Guida all'ispezione e alla manutenzione delle viti a sfere

Inizia da qui: abbina il tuo sintomo a una causa

Prima di smontare qualsiasi cosa, identificare cosa sta effettivamente facendo la macchina. Lo stesso componente - un cuscinetto di supporto usurato, ad esempio - può produrre sintomi diversi a seconda di come ha ceduto. Lavorare a ritroso dal sintomo è più veloce e più affidabile che controllare ogni componente in sequenza.

Utilizza questa tabella come punto di ingresso. Le sezioni da 1 a 5 di seguito affrontano ciascuna un'area in dettaglio.

Sezione 1: Gioco assiale del cuscinetto di supporto

I cuscinetti di supporto mantengono l'albero della vite in posizione assiale fissa su ciascuna estremità. Quando sviluppano gioco - a causa di controdadi allentati, piste usurate o precarico errato - l'albero della vite stessa si muove assialmente sotto carico. Questo movimento assiale si traduce direttamente in un errore di posizionamento ed è una delle cause più comuni di gioco nelle macchine CNC.

Come misurare correttamente il gioco assiale

La misurazione deve essere effettuata direttamente sull'albero della vite, non sulla chiocciola o sulla tavola della macchina. La misurazione al tavolo combina molteplici fonti di errore e rende impossibile isolare il cuscinetto.

Attrezzatura necessaria:Comparatore a base magnetica-, risoluzione 0,001 mm o superiore.

1. Montare il comparatore su una superficie di riferimento fissa - il telaio della macchina o un dispositivo pesante imbullonato al tavolo. La punta della sonda deve entrare in contatto con la faccia finale dell'albero della vite, centrata sull'asse dell'albero.
2. Bloccare il dado in modo che non possa spostarsi lungo l'albero durante la prova. Non consentire alla chiocciola di fornire la forza di reazione assiale - ciò caricherebbe la chiocciola anziché il cuscinetto.
3. Applicare manualmente una forza di spinta assiale costante all'albero, di circa 10–20 N. Prendere nota della lettura dell'indicatore.
4. Applicare una forza di trazione assiale costante nella direzione opposta con la stessa forza. Nota la lettura.
5. Il movimento totale dell'indicatore tra spinta e trazione è il gioco assiale del gruppo cuscinetto di supporto.

Interpretazione:

• Meno di 0,005 mm: accettabile per la maggior parte delle applicazioni CNC.
• 0,005–0,015 mm: limite. Ricontrollare le condizioni della rondella di precarico e la coppia del dado di bloccaggio prima di decidere sulla sostituzione.
• Più di 0,015 mm: il gioco del cuscinetto contribuisce all'errore di posizionamento. Indagare la causa prima di rimontare.

Cosa ti dice la misurazione:

Se il gioco è presente ma le piste dei cuscinetti risultano lisce quando ruotate a mano, la causa più probabile è un dado di bloccaggio allentato o una rondella di precarico che si è compressa nel tempo. Stringere nuovamente il dado di bloccaggio alla coppia corretta e ricontrollare. Se il gioco ritorna entro un breve periodo di funzionamento, la lavatrice è usurata e necessita di essere sostituita.

Se è presente del gioco e il cuscinetto appare ruvido, presenta intaccature o presenta oscillazioni radiali rilevabili quando viene ruotato, il cuscinetto stesso è usurato e deve essere sostituito. La regolazione del precarico su un cuscinetto usurato fornisce solo un miglioramento temporaneo.

Precarico corretto per i cuscinetti di supporto

I cuscinetti di supporto sulle viti a sfere sono in genere cuscinetti a contatto angolare installati in una configurazione fissa-fissa o fissa-libera. La condizione di installazione corretta è un leggero precarico assiale - sufficiente a eliminare il gioco interno e impedire che il cuscinetto si allenti sotto carichi inversi, ma non tanto da generare calore eccessivo o ridurre la durata del cuscinetto.

Un cuscinetto di supporto precaricato correttamente non dovrebbe mostrare alcun movimento assiale rilevabile sotto una forza manuale di 10–20 N applicata all'estremità dell'albero. L'albero deve ruotare dolcemente senza intaccature o variazioni di resistenza. Dopo aver funzionato alla velocità operativa per 15–30 minuti, l'alloggiamento del cuscinetto dovrebbe essere caldo al tatto (30–50 gradi sopra la temperatura ambiente) ma non caldo.

Se viene installato un cuscinetto sostitutivo, utilizzare le stesse specifiche del cuscinetto dell'originale. I cuscinetti a contatto angolare per il supporto di viti a ricircolo di sfere sono generalmente disponibili in configurazioni con angolo di contatto di 15 gradi, 25 gradi o 60 gradi - l'angolo di contatto originale deve essere mantenuto, poiché angoli diversi hanno capacità di carico assiale e rigidità diverse.

Sezione 2: Ispezione e riparazione del gioco dei dadi

Il gioco assiale nella chiocciola è-correlato all'usura, non alla regolazione-allo stesso modo del precarico del cuscinetto. Le sfere e le piste nella chiocciola accumulano micro-usura nel tempo, che aumenta gradualmente il gioco interno tra sfera e pista. Quando questo gioco diventa sufficientemente grande, si manifesta come gioco sulla tavola della macchina - più visibilmente come un errore di posizione che appare solo quando l'asse inverte la direzione.

Misurazione del gioco del dado

Prima di misurare il gioco del dado, verificare che il gioco assiale del cuscinetto di supporto rientri nelle specifiche (Sezione 1) e che tutte le viti di collegamento della flangia siano serrate (Sezione 3). Uno qualsiasi di questi fattori, se presente, contaminerà la misurazione del gioco del dado.

Procedura:

1. Montare il comparatore sulla tavola della macchina (non sulla chiocciola o sull'albero), con la sonda a contatto con un riferimento fisso sul telaio della macchina.
2. Portare l'asse al punto medio della sua corsa e fermarsi.
3. Applicare un leggero carico assiale alla tavola nella direzione positiva (spingere) e azzerare l'indicatore.
4. Applicare un carico assiale leggero nella direzione negativa (trazione) con la stessa forza.
5. La lettura dell'indicatore corrisponde al gioco assiale totale nella chiocciola, presupponendo che il gioco del cuscinetto sia già stato confermato e rientra nelle specifiche.

La distanza accettabile dipende dall'applicazione. Per l'automazione generale con precisione C7, spesso è accettabile fino a 0,05 mm. Per la lavorazione CNC con requisiti di precisione C5, il gioco del dado deve essere generalmente mantenuto al di sotto di 0,01–0,02 mm.

Chiocciola doppia (serie DFU): regolazione del gioco

I design a doppio-dado - come la serie DFU - utilizzano un distanziale di precisione tra le due metà del dado per generare il precarico interno. Quando si sviluppa del gioco, il distanziale può essere sostituito con uno leggermente più spesso per ripristinare il precarico ed eliminare il gioco.

L'aumento necessario dello spessore del distanziale dipende dal gioco misurato e dalla geometria del circuito delle sfere. Come punto di partenza, un aumento del distanziale di 1,5–2 volte il gioco misurato ripristinerà approssimativamente il gioco zero. La regolazione fine viene eseguita misurando il gioco dopo ogni sostituzione del distanziale fino al raggiungimento dell'obiettivo.

Dopo la regolazione, far compiere all'asse tutta la sua corsa a velocità normale e controllare la temperatura della chiocciola. Un dado doppio precaricato correttamente sarà più caldo di 5-10 gradi rispetto a un dado singolo con gioco-regolato. Se il dado diventa molto più caldo di questo valore dopo la regolazione, l'aumento del distanziale era troppo grande e il precarico è eccessivo - fino alla dimensione del distanziale successivo più piccola.

Si noti che la regolazione del distanziale può solo compensare il gioco causato dall'usura. Se le piste mostrano vaiolature, sfaldature o danni superficiali visibili, la regolazione del distanziale non ripristinerà la precisione - il gruppo dado deve essere sostituito.

Chiocciola singola (serie SFU): quando regolare e quando sostituire

I modelli a dado singolo-non dispongono di un meccanismo di regolazione del distanziale. Il gioco interno è fissato dal diametro della sfera e dalla geometria della pista. Quando si sviluppa del gioco a causa dell'usura, ci sono due opzioni:

Opzione 1 - Sostituisci con palline sovradimensionate

Se l'usura è minima (gioco misurato inferiore a 0,05 mm e nessun danno visibile alla pista), la sostituzione delle sfere con una di diametro leggermente maggiore può ripristinare il precarico interno ed eliminare il gioco. Gli incrementi standard per la sostituzione della sfera sono +0.025mm e +0.050mm sopra il diametro nominale della sfera.

Prima di tentare questa operazione, ispezionare visivamente e al tatto le piste. Fai scorrere il dito lungo l'albero della vite esposto nell'area coperta dal dado. La pista dovrebbe risultare liscia e uniforme. Se si avvertono creste, vaiolature o rugosità, la sostituzione della sfera non ripristinerà le prestazioni - la geometria della pista non è più corretta indipendentemente dalla dimensione della sfera.

Quando si sostituiscono le sfere, tutte le sfere del circuito devono essere sostituite con lo stesso lotto e lo stesso grado di maggiorazione. Mescolare sfere di diametri diversi - anche di 0,005 mm - crea una distribuzione ineguale del carico e accelera l'usura delle sfere caricate. Ordina un set di sostituzione completo anziché singole palline.

Dopo aver montato le sfere maggiorate, controllare la coppia di funzionamento ruotando manualmente l'albero. La resistenza dovrebbe essere leggermente più alta rispetto a prima (il precarico è aumentato) ma la rotazione dovrebbe essere fluida per tutta la corsa. Se l'albero sembra teso o irregolare in qualsiasi punto, l'incremento sovradimensionato è troppo grande per la condizione di usura effettiva - torna all'incremento più piccolo.

Opzione 2 - Sostituisci il dado o il gruppo completo di vite-e-dado

Se l'usura della pista è visibile, se il gioco misurato supera 0,05 mm o se il requisito di precisione è C5 o più stretto, il gruppo dado deve essere sostituito anziché regolato. Per la serie SFU, le chiocciole di ricambio sono disponibili come articoli standard in stock e possono essere installate senza sostituire l'albero della vite se l'albero stesso non è danneggiato.

Quando si ordina un dado sostitutivo, specificare il diametro nominale della vite, il passo e il tipo di dado. Se il grado di precisione originale non è noto, misurare il diametro dell'albero della vite e il passo con un micrometro e un misuratore di passo - questo di solito è sufficiente per identificare la sostituzione corretta.

Sezione 3: Connessione a flangia e allentamento meccanico

Le viti flangiate allentate sono una delle cause più frequentemente trascurate del gioco apparente delle viti a ricircolo di sfere. La chiocciola è montata sul carrello della macchina tramite una flangia, fissata da quattro o più viti a testa cilindrica. Nel corso del tempo, le vibrazioni e i carichi inversi possono gradualmente far retrocedere queste viti, introducendo gioco tra la faccia della flangia e il carrello.

Questo tipo di allentamento è facile da diagnosticare erroneamente come gioco del dado o gioco dei cuscinetti, perché il sintomo - gioco sulla tavola - è identico. La differenza è che l'allentamento della flangia ha una caratteristica: quando si spinge e si tira la tavola a mano osservando il corpo del dado, il dado stesso si sposterà leggermente rispetto al carrello se la flangia è allentata. Con il gioco della chiocciola, il corpo della chiocciola rimane fisso e l'albero si muove al suo interno.

Procedura di ispezione:

1. Con la macchina ferma e i servoazionamenti abilitati, spingere e tirare la tavola manualmente osservando l'interfaccia tra la flangia del dado e la superficie del carrello.
2. Qualsiasi apertura o movimento visibile dello spazio in corrispondenza di questa interfaccia conferma l'allentamento della flangia.
3. Utilizzare una chiave dinamometrica per controllare ciascuna vite flangiata rispetto alle specifiche per quella dimensione e grado della vite. Non fare affidamento sulla sensazione - Le viti flangiate che sembrano "aderenti" a mano sono spesso sottoserrate.
4. If any screw was loose, retighten all screws in a cross pattern to the specified torque, then recheck the table clearance measurement.

Prevenzione:Applicare il composto-bloccante per filettature alle viti della flangia durante l'installazione iniziale e dopo qualsiasi reinstallazione. Ciò non impedisce la rimozione con una chiave standard ma previene l'allentamento-indotto dalle vibrazioni.

Sezione 4: Lubrificazione - Diagnosi e correzione dei problemi durante il servizio

I guasti alla lubrificazione nelle viti a ricircolo di sfere in servizio si presentano in modo diverso dai problemi affrontati durante l'installazione. In una macchina in funzione da mesi o anni, i problemi di lubrificazione più comuni sono l'esaurimento del lubrificante, il degrado del lubrificante e le linee di consegna bloccate nei sistemi centralizzati.

Riconoscere i problemi di lubrificazione

L'indicatore più precoce e affidabile di un problema di lubrificazione è l'aumento della temperatura nella chiocciola. Quando il film lubrificante diventa insufficiente, l'attrito delle piste-delle sfere aumenta e la chiocciola diventa più calda. Una temperatura di riferimento registrata alla messa in servizio - o semplicemente una temperatura operativa costante osservata nel tempo - rende questa tendenza rilevabile prima che causi danni.

Altri indicatori:

• Aumento del rumore, in particolare un suono a frequenza-più alta durante il movimento (non la risonanza a frequenza-bassa di un problema di allentamento meccanico)
• Aumento della corrente di azionamento a velocità costante, visibile nel monitor del servoazionamento
• Variazione di rugosità o resistenza quando l'asse viene spostato lentamente a mano con azionamenti disabilitati

Se è presente uno di questi, non continuare a far funzionare la macchina a carico e velocità normali. Aggiungere prima il lubrificante e ricontrollare.

Aggiunta di lubrificante a un'installazione in esecuzione

Per un dado con ingrassatore, iniettare lentamente il grasso attraverso il raccordo mentre l'asse è fermo. Utilizzare lo stesso tipo di lubrificante utilizzato durante l'installazione - non mescolare i tipi di grasso. Una dose di rifornimento tipica per una noce SFU 2005 è di 0,3–0,5 grammi; per una DFU 3210 più grande, circa 1–1,5 grammi.

Dopo aver aggiunto il grasso, eseguire diversi cicli lenti di corsa completa-dell'asse prima di tornare al funzionamento normale. Monitorare la temperatura della chiocciola per 15–30 minuti dopo aver ripreso la velocità normale. Se la temperatura ritorna ai valori di base, il problema di lubrificazione è risolto. Se rimane elevato, il problema potrebbe essere più avanzato - ispezionare il dado per verificare che non sia contaminato o danneggiato.

Linee di lubrificazione centralizzata bloccate

Sulle macchine con sistemi di lubrificazione a olio centralizzati, i blocchi nelle linee di distribuzione o nelle valvole di dosaggio sono una causa comune di guasto localizzato della lubrificazione - il sistema sembra funzionare, ma una o più viti a sfere non ricevono olio adeguato.

I sintomi di una linea bloccata sono localizzati: un asse è surriscaldato o rumoroso mentre gli altri sono normali. Per eseguire la diagnosi, scollegare la linea di mandata sul raccordo a dado e attivare manualmente un impulso di lubrificazione dal controllo della macchina. L'olio dovrebbe fuoriuscire dalla linea scollegata entro pochi secondi. Nessun flusso, o un flusso molto lento, conferma un blocco.

Nella maggior parte dei casi si verificano intasamenti sulle valvole dosatrici o sul dado stesso, soprattutto se il lubrificante è stato cambiato senza lavare l'impianto. Eliminare l'ostruzione scollegando il segmento di linea interessato e soffiando con aria compressa a bassa-pressione oppure sostituendo la valvola dosatrice se non è possibile eliminarla.

Dopo la pulizia, ricollegare la linea, attivare diversi impulsi di lubrificazione manuale e verificare il flusso sul raccordo a dado prima di ricollegarlo.

Contaminazione all'interno della noce

Se la macchina funziona in un ambiente con trucioli metallici, refrigerante o polvere fine, la contaminazione che entra nella chiocciola accelera l'usura e può causare guasti improvvisi. Segni di contaminazione includono resistenza granulosa quando l'asse viene spostato a mano, grasso scuro o scolorito visibile sulle guarnizioni dei dadi e una rapida ricomparsa del gioco dopo la regolazione.

Se la contaminazione viene confermata, il dado deve essere rimosso e pulito prima della rilubrificazione. Non aggiungere semplicemente grasso fresco sopra quello contaminato - le particelle continueranno ad abradere le piste indipendentemente dalla quantità di lubrificante.

Le condizioni della guarnizione del dado devono essere controllate ogni volta che il dado viene rimosso. Le guarnizioni a labbro usurate o danneggiate consentono l'ingresso di contaminanti indipendentemente dalla frequenza di lubrificazione. Le guarnizioni di ricambio sono disponibili per la maggior parte dei modelli di dadi standard e devono essere sostituite automaticamente ogni volta che il dado viene smontato dalla macchina.

Sezione 5: Problemi relativi ai parametri del servoazionamento

Non tutti i problemi delle viti a ricircolo di sfere sono meccanici. Alcuni sintomi di vibrazione, strisciamento e instabilità di posizionamento hanno la causa principale nelle impostazioni dei parametri del servoazionamento piuttosto che nei componenti meccanici.

La distinzione fondamentale è questa: i problemi meccanici tendono ad essere costanti e ripetibili - lo stesso sintomo alla stessa posizione o velocità, ad ogni ciclo. I problemi relativi ai parametri del servo tendono ad essere variabili - il sintomo cambia con la velocità, il carico o la temperatura oppure appare e scompare senza un'ovvia causa meccanica.

Guadagno dell'anello di posizione

Il guadagno dell'anello di posizione (Kp) determina quanto aggressivamente il servo risponde all'errore di posizione. Se Kp è impostato su un valore troppo elevato per la rigidità meccanica dell'asse -, cosa che può verificarsi dopo la sostituzione di una vite a ricircolo di sfere, un cambiamento di carico o un cambiamento nell'orientamento dell'asse -, l'asse oscillerà o vibrerà, in particolare durante l'accelerazione e la decelerazione e in particolare a bassa velocità.

Se questo schema corrisponde al sintomo osservato, ridurre il Kp del 10–20% e ripetere il test. Il Kp corretto è il valore più alto che produce un movimento stabile e fluido senza oscillazioni nell'intero intervallo di velocità e carico dell'applicazione.

Guadagno e integrale dell'anello di velocità

Il guadagno dell'anello di velocità (Kv) e la costante di tempo integrale controllano il modo in cui l'azionamento risponde all'errore di velocità. I parametri del loop di velocità non corrispondenti producono movimenti striscianti o oscillanti a bassa velocità - l'asse si muove con una serie di piccoli sobbalzi anziché in modo fluido.

Questo sintomo viene spesso confuso con il gioco della vite a ricircolo di sfere poiché entrambi producono movimenti a scatti durante l'inversione. La differenza: il gioco produce una zona morta coerente (un intervallo di rotazione del motore senza movimento dell'asse), mentre un problema di loop di velocità produce un movimento irregolare durante tutta la corsa, non solo all'inversione.

Quando rivolgersi a esperti in servomotori

La regolazione dei parametri del servo su un azionamento moderno è iterativa e richiede l'accesso alle funzioni di monitoraggio e regolazione automatica- dell'azionamento. La descrizione sopra fornisce un punto di partenza per diagnosticare se il problema è legato ai parametri-, ma l'ottimizzazione completa dovrebbe essere eseguita da qualcuno che abbia familiarità con lo specifico sistema di azionamento in uso.

Se i parametri del servo sono rimasti invariati ma si è verificato un problema dopo una riparazione meccanica (sostituzione del cuscinetto, sostituzione del dado o regolazione del precarico), la nuova configurazione meccanica ha caratteristiche di rigidità diverse e i parametri dell'azionamento dovranno essere ri-ottimizzati per la nuova condizione.

Programma di manutenzione preventiva

La manutenzione più-efficace in termini di costi è quella che previene i guasti invece di risolverli. Il programma riportato di seguito è un quadro iniziale - gli intervalli corretti per una macchina specifica dipendono dal ciclo di lavoro, dall'ambiente e dai requisiti di precisione e devono essere modificati in base all'esperienza effettiva con quella macchina.

Quando l'ispezione indica che è necessaria la sostituzione

Alcune condizioni non possono essere corrette mediante regolazione o rilubrificazione. Se l'ispezione rivela uno dei seguenti elementi, il componente interessato deve essere sostituito anziché rimesso in servizio:

• Vaiolature, sfaldature o scheggiature visibili sulla pista dell'albero della vite o all'interno del dado
• Scolorimento della sfera (la colorazione blu o marrone indica danni dovuti al calore dovuti a un guasto della lubrificazione)
• Albero della vite con curvatura visibile o danni al profilo della filettatura
• Supportare i cuscinetti con rotazione irregolare o dentellata che non migliora dopo la pulizia e la rilubrificazione
• Guarnizioni del dado strappate, indurite o che non sono più a contatto con l'albero

Per le serie SFU e DFU, le chiocciole sostitutive sono fornite come articoli standard e possono essere installate sull'albero della vite esistente se l'albero non è danneggiato, evitando così i costi e i tempi di fermo necessari per la sostituzione del gruppo completo.