Un par de husillos de bolas con tecnología de fabricación madura y escala industrial Tiene una historia de más de 100 años desde su nacimiento. La tabla comparativa de códigos antiguos y nuevos de rodamientos nacionales y rodamientos importados (57) tiene una trayectoria de 46 años en mi país. A medida que el anfitrión se desarrolla, las funciones de sus productos también se amplían y mejoran constantemente. Desde la "transmisión de ahorro de energía AC-LM" original (antes de la década de 1960) hasta el "posicionamiento preciso" (después de la década de 1970), y luego desde la "transmisión rápida de gran tamaño" (década de 1980) a la "transmisión precisa de alta velocidad" (mediados de la década de 1960) -Década de 1990), se puede decir que el desarrollo de la "velocidad" y la "precisión" avanza con los tiempos.
Cuando el husillo de bolas y la tuerca de bolas se mueven entre sí, la aceleración es ≥1g, la velocidad lineal es ≥60m/min o el valor DN es ≥120000 (el valor DN se define como el valor nominal diámetro do (mm) del husillo de bolas y la bola El producto de la velocidad relativa n (r/min) del husillo y la tuerca de bolas), la precisión es superior a P3 (estándar nacional GB/min)
Debido a las excelentes características de fricción de rodadura y la alta eficiencia de transmisión del par de husillos de bolas (η=90~95), así como a la función de transmisión rápida y flexible de la tabla de comparación de códigos nuevos y antiguos de rodamientos nacionales y rodamientos importados ( 58), que tiene la ventaja de acelerarse. Hay tres formas de aumentar la velocidad: (1) Aumentar el avance Pn, que es lo que a menudo llamamos un par de husillos de bolas de avance grande (o avance súper grande). Dado que el aumento de Pn no favorece la mejora de la precisión del avance, la rigidez estática del sistema de alimentación disminuye rápidamente, por lo que solo es adecuado para situaciones de conducción rápida que no requieren una alta precisión de posicionamiento. (2) Consideración integral de la precisión, velocidad y características dinámicas, aumentar moderadamente Pn y N (velocidad) y el número de cabezas de hilo. Debido a la limitación de la velocidad crítica Nc, no es aconsejable alcanzar velocidades elevadas. (3) Realizar innovaciones en la estructura del producto y los métodos de transmisión, como cambiar el accionamiento principal de tornillo por accionamiento principal de tuerca; cambiar el accionamiento simple por tornillo hueco doble, diámetro de tuerca pequeño, elementos rodantes ligeros, etc.
La aparición de PHS-BS se originó a mediados y finales de los años 90. Los métodos de prueba de dureza y clasificación del tratamiento térmico de rodamientos SKF fueron los primeros en lanzar la serie HMC para máquinas herramienta CNC de alta velocidad, con un diámetro de φ 36 ~ 55 mm, Pn = 16 ~ 32 mm, Vmax = 116 m/min, aceleración 1,3 g , etc. En los últimos años, fabricantes de husillos de bolas de renombre mundial han lanzado sucesivamente un lote de productos PHS-BS silenciosos con DN ≥ 150000 (220000), V ≥ 120 m/min (200 m/min) y aceleración ≥ 1,5 g, como: Series BSS y S3 de NSK Company, series SBK de THK, series Super S de HIWIN de la provincia de Taiwán, series FSW de PMI, series FDM-E de German Rexroth y series NTG
mi país fue desarrollado por primera vez por Beijing Machine Herramienta El instituto se dedica a la investigación de PHS-BS y, en la década de 1950, completó el desarrollo del instrumento de medición integral de par de husillos de bolas de alta velocidad GSZ2000. Posteriormente, Bote Company en Jining, provincia de Shandong, también cooperó con la Universidad Tecnológica de Shandong para desarrollar con éxito el instrumento de submedición de husillo de bolas de alta velocidad BTJS-03. El nivel nacional actual de PHS-BS es: Vmax ≥ 60 m/min (80 m/min), aceleración ≥ 0,4 g, precisión ≥ P3, DN ≥ 140000.
Figura 2 Instituto de Investigación de Máquinas Herramienta de Beijing Compañía Eléctrica y Mecánica de Precisión El centro de mecanizado vertical de tres ejes serie μ1000 utiliza PHS-BS para lograr un avance rápido y un posicionamiento de alta precisión. En resumen, la nueva generación de PHS-BS tiene las siguientes características:
(1) Se optimiza el diseño del dispositivo de conmutación de circulación. Un nuevo método para resolver el problema de que la brecha de expansión del cojinete principal del molino de carbón de bolas de acero con cojinete NSK es demasiado pequeña. La investigación experimental ha demostrado que el dispositivo de inversión de circulación es un vínculo clave que afecta directamente la suavidad y las características dinámicas, la vibración y el ruido de la bola PHS-BS, y restringe la mejora del valor DN. Los primeros PHS-BS utilizaban tubos guía de talón cortados de paredes gruesas para conectar la dirección de extensión de la espiral de la tuerca de bolas con los tubos guía de talón. En los últimos años se ha popularizado una nueva estructura de bucle interno.
Está equipado con dispositivos de retorno de "tapón final" en ambos extremos de la espiral de la tuerca de bolas, lo que hace que el valor DN alcance 200.000, reduce el ruido entre 6 y 7 dB (A) y reduce el tamaño radial de la tuerca en aproximadamente un 30 %.
(2) Optimizar la estructura de la cadena de bolas. Para reducir la fuerza centrífuga de los elementos rodantes cuando giran a alta velocidad, se utilizan bolas de pequeño diámetro, bolas cerámicas Si3N4 o bolas modificadas DS. Para evitar que los elementos rodantes choquen, se aprieten y se froten entre sí durante el funcionamiento a alta velocidad, se agrega a la cadena de bolas un aislador con función de lubricación hecho de plásticos de ingeniería especiales, lo que reduce efectivamente el aumento de temperatura y el ruido, y aumenta la estabilidad de los elementos rodantes.
(3) Para reducir el impacto del "efecto cuña" en la estabilidad de los elementos rodantes durante el funcionamiento a alta velocidad, se optimizaron los parámetros geométricos de las pistas de rodadura roscadas internas y externas para reducir el rugosidad de la superficie de la pista de rodadura. O la superficie ha sido modificada para mejorar las características de fricción.
(4) Haga que el husillo de bolas sea hueco y realice un enfriamiento fuerte desde el interior del husillo de bolas. Algunas empresas también colocan varillas amortiguadoras en los orificios interiores para suprimir las vibraciones a altas velocidades. La serie "Cool Type I" de HIWIN también enfría potentemente tuercas esféricas.
(5) Rexroth alemán, INA, rodamientos nacionales y rodamientos importados Tabla comparativa de especificaciones, dimensiones y parámetros nuevos y antiguos en los últimos años (60) THK japonés y otras empresas han lanzado alta velocidad. Accionamientos lineales con tuercas de bolas accionados directamente por motores de corriente alterna.
(6) El tornillo y la tuerca son accionados por dos motores de CA respectivamente. La superposición de sus velocidades de rotación y direcciones de rotación puede duplicar la velocidad y lograr una microalimentación.
(7) Aproveche al máximo el par de husillos de bolas para completar la función de movimiento sincrónico y adopte un método de accionamiento de doble tornillo con motor dual para mejorar la estabilidad del sistema de alimentación servo a altas velocidades y mejorar las características de energía cinética, como el centro de mecanizado horizontal de alta velocidad HPC-800HP de Cincinnati Lamb Company en Estados Unidos (ver Figura 3). Además, están la DMC63H de DMG en Alemania, la DHP-80-5x de DIXI en Suiza, la A55E de Makino en Japón, la DHSC500 de Dalian Machine Tool Group en China, la NJ-5HMC40 de Ningjiang Machine Tool Group, etc. También accionado por dos motores y dos tornillos.
Figura 3 El centro de mecanizado horizontal de alta velocidad HPC-800HP de Cincinnati Lamb Company en Estados Unidos adopta accionamientos duales PHS-BS para los ejes X, Y y Z, V=80 m/min, aceleración 1,5 gy estructura de doble marco. La unidad mejora en gran medida la estabilidad del avance rápido.
Según las estadísticas de la encuesta y el seguimiento en la Exposición Internacional de Máquinas Herramienta CIMT, se puede ver que el nuevo método para resolver el problema de la brecha de expansión demasiado pequeña del rodamiento principal del molino de bolas de acero con rodamiento NSK es sigue siendo la corriente principal en las máquinas herramienta CNC de alta velocidad de rango medio, y PHS-BS también es común en algunas máquinas herramienta CNC de alta velocidad y gama alta.
Las dos estrellas aparecieron en el mismo escenario, cada una con sus momentos más destacados.
La empresa alemana DMG es famosa por su producción en masa de diversos equipos CNC de alto rendimiento. Su sistema de servoalimentación adoptó AC-LM anteriormente, y la tasa de adopción también es muy alta (el modelo de máquina herramienta está marcado con "lineal"). La empresa dispone de tres tipos de configuraciones AC-LM y PHS-BS:
Todos los ejes están equipados con máquinas CNC "rápidas" accionadas por AC-LM. Cuadro comparativo de dimensiones y especificaciones entre rodamientos nacionales y rodamientos importados (61). Por ejemplo: DMC85V lineal, DMC75V lineal, DMC105V lineal, DMC60H lineal, DMC80H lineal y máquina de procesamiento láser de corte de precisión DML 80, etc.
Tipo de controlador híbrido. Por ejemplo: centro de mecanizado vertical grande de columna móvil lineal DMF500, AC-LM (carrera de 5 m) para el eje X, v = 100 m/min, por otro lado, PHS-BS se utiliza para los ejes Y y Z, V = 60 m; /min. Además, CTV250, CTX300, CTX420, DMC104V, DMF220F y DMF360F son todos tipos de unidades híbridas.
Todos los ejes están equipados con "potentes" centros de mecanizado accionados por PHS-BS.
Por ejemplo, el centro de mecanizado horizontal de alta velocidad DMC63H, los ejes X, Y y Z están impulsados por PHS-BS (φ 50, Pn=35), V=80 m/min, aceleración 1 g, precisión de posicionamiento 0,008 mm, además de DMC80H y DMC100H, DMC125H (duo BLOCK) y DMC60T, etc.
AC-LM y PHS-BS han sido adoptados por DMG y aparecen en el mismo escenario en sus productos líderes. La diversidad de métodos de conducción también se refleja en los equipos CNC de alta velocidad del mismo modelo y serie de la misma empresa, que pueden configurarse con diferentes métodos de conducción según las diferentes ocasiones de uso. Por ejemplo, el BZ500 de la empresa alemana Grob está equipado con PHS-BS, mientras que el BZ500L está equipado con AC-LM. El modelo MA-400HA de Otaru Iron Works de Japón está equipado con PHS-BS y el modelo MAC-Star-400 está equipado con AC-LM. La serie Specht63 de Hueller-Hille de Alemania está equipada con PHS-BS, la serie Specht 500L está equipada con AC-LM, etc.
DMG y algunas empresas sólo configuran AC-LM en el eje X de carrera larga. La tabla de comparación de códigos antiguos y nuevos de rodamientos nacionales y rodamientos importados (62) está diseñada para mejorar las características dinámicas y la precisión de posicionamiento de las máquinas herramienta, al tiempo que minimiza el tiempo sin procesamiento y mejora la eficiencia de producción, mientras que otros ejes todavía están impulsados por PHS. -BS, mejorando así las prestaciones de la máquina herramienta. La relación precio/prestaciones resulta más atractiva para los usuarios. Este modo de "unidad híbrida" es una combinación optimizada de "funciones" AC-LM y PHS-BS. El objetivo es satisfacer al máximo las necesidades personalizadas de los usuarios y buscar el mejor rendimiento de costes en innovación. De hecho, este concepto de diseño puede aportar beneficios tangibles a los usuarios. El modelo "híbrido" refleja objetivamente la diversidad de la demanda del mercado y refleja los aspectos más destacados de las dos estrellas.
De hecho, aunque AC-LM y PHS-BS tienen cada uno sus propias ventajas, también tienen sus propias debilidades. La Tabla 1 compara AC-LM y PHS-BS. Se puede ver que cada uno tiene su mejor rango de aplicación en máquinas herramienta CNC.
Tabla 1 Comparación entre el motor lineal de CA y el par de husillos de bolas de alta velocidad y precisión
El accionamiento por motor de CA tiene ventajas únicas en los siguientes campos de equipos CNC:
( 1) Alta velocidad, velocidad ultraalta, alta aceleración, grandes lotes de producción, muchos movimientos que requieren posicionamiento y cambios frecuentes de velocidad y dirección. Por ejemplo, líneas de producción en la industria automotriz y de TI, y la fabricación de moldes complejos y de precisión.
(2) Centro de mecanizado de gran escala, carrera ultralarga y alta velocidad, procesamiento "huecado" de aleaciones ligeras, paredes delgadas y altas tasas de eliminación de metal en la industria de fabricación aeroespacial. Por ejemplo, el centro de mecanizado "Hyper Mach" (46 m) de la empresa Cincinnati en Estados Unidos el "Centro de mecanizado de ultra alta velocidad Hypersonic 1400L" de la empresa japonesa MAZAK (ver Figura 4) utiliza AC-LM para los ejes X e Y, y la velocidad de avance rápido es de 120 m/min, lo que puede ahuecar todo el bloque de aluminio en piezas de avión (el eje Z todavía usa PHS-BS).
Figura 4 Centro de mecanizado pórtico hipersónico de ultra alta velocidad 1400L de la empresa japonesa MAZAK. Los ejes x e y son accionados por motores lineales, V=120 m/min.
(3) Requiere características dinámicas altas, seguimiento de alta y baja velocidad y posicionamiento dinámico preciso de alta sensibilidad. Por ejemplo, una nueva generación de máquinas de mecanizado eléctrico CNC de alto rendimiento, máquinas herramienta CNC de ultraprecisión, una nueva generación de rectificadoras de cigüeñales CPC, rectificadoras de levas, tornos no circulares CNC, etc. Representado por Sodik.
(4) Equipos CNC especiales de carga ligera y alta velocidad. Por ejemplo, la máquina punzonadora y grabadora láser "DML80 de corte de precisión" de DMG de Alemania, la máquina de corte láser "AXEL3015S" de la empresa LVD de Bélgica, la máquina de procesamiento láser de alta velocidad "Hyper Cear510" de Mazak, etc.
Analicemos las mejores aplicaciones de PHS-BS. Aunque el valor DN de PHS-BS ha experimentado un aumento en la velocidad de 70.000 a 65.438 0,5 millones y luego a 200.000 (220.000), se puede ver en la Tabla 65, 438 0 que debido a la debilidad de la transmisión mecánica pura, la lineal Las mejoras en velocidad, aceleración y rango de recorrido siempre son limitadas. Tomando como ejemplo las series BSS y S3 de nueva generación de la empresa japonesa NSK, el valor DN introducido en sus muestras de productos es 220.000.
Si elige un producto de φ40×20 mm, Vmax=110 m/min. Debido a que la velocidad de NMAX = 5500 rpm es muy alta y debido al límite de la velocidad crítica Nc, el rango de carrera obviamente no será demasiado largo. Si se utiliza un producto con un paso grande de φ40×40 mm, Vmax=220 m/min, lo que obviamente no puede cumplir con los requisitos de alta precisión de posicionamiento. El valor DN de 220.000 refleja el nivel de diseño y fabricación de la empresa desde un aspecto. Si elige un producto de φ40×20 (doble cabezal) mm y lo utiliza en condiciones de n≈4000~5000 rpm y V=80~100m/min, su seguridad, confiabilidad y vida útil pueden ser mayores de lo esperado. De hecho, hasta el momento, no existe ningún ejemplo exitoso de accionamiento PHS-BS en máquinas herramienta de corte de metales CNC de alta velocidad y alta gama (excepto máquinas herramienta de conformado CNC) que requieran una velocidad de avance rápida V ≥ 20 m/min.
Según la encuesta y el análisis, los mejores escenarios de aplicación de PHS-BS son: V=40~100m/min, aceleración 0,8~1,5(2,0)g, precisión por encima del nivel P3 y rango de carrera dentro 3m Equipos CNC de alta velocidad de gama media a alta y algunos equipos CNC de alta gama.
Reflexiones sobre la revitalización y el desarrollo
Recientemente, en las "Varias opiniones del Consejo Estatal sobre la aceleración de la revitalización de la industria de fabricación de equipos" se afirmó: "Desarrollar a gran escala, Equipos CNC de precisión y alta velocidad y sistemas y funciones CNC Componentes, cambiando la situación actual de las máquinas herramienta CNC de alta precisión a gran escala que dependen principalmente de las importaciones y satisfaciendo las necesidades del desarrollo de maquinaria, industria aeroespacial y otras industrias. "AC-LM y PHS-BS son accionamientos lineales muy importantes en equipos CNC de precisión a gran escala, especialmente de alta velocidad. Características. El desarrollo de componentes funcionales de mecanizado de alta velocidad, tecnología de accionamiento de alta velocidad y tecnología de mecanizado de precisión figura como tecnología clave en el "Plan Especial para el Desarrollo de Máquinas Herramienta CNC" (proyecto) formulado bajo los auspicios del Fondo Nacional de Desarrollo y Comisión de Reforma. Obviamente, es imperativo revitalizar los equipos CNC de gran escala, precisión y alta velocidad de mi país para lograr la localización e industrialización de los principales componentes funcionales, como sistemas CNC, husillos eléctricos, AC-LM y PHS-BS, lo antes posible. posible.
(1) Es urgente acelerar la revitalización. En China, el desarrollo de estos dos tipos de componentes funcionales que permiten una conducción a alta velocidad y un posicionamiento preciso va a la zaga de la demanda del mercado, y existe una clara brecha con los mercados extranjeros. Tomemos como ejemplo PHS-BS. Si bien los productos de segunda y tercera generación se lanzaron en el extranjero, China aún se encuentra en la etapa inicial de desarrollo de los productos PHS-BS de primera generación y aún no se han comercializado. En cuanto a AC-LM, que se utiliza para equipar máquinas herramienta CNC de alta velocidad y alta gama, actualmente no existe ninguna empresa con una sólida solidez técnica y condiciones de producción en masa para ofrecer productos al mercado, y aún no ha salido del " etapa de investigación en modalidad académica. Debemos ser claramente conscientes de que acelerar el desarrollo de AC-LM y PHS-BS es urgente. Es el deseo urgente de localizar e industrializar los equipos CNC de mi país, y también es la necesidad de los tiempos de mejorar el sistema integral de mi país. fuerza nacional.
(2) Ventajas complementarias y desarrollo común. Aunque AC-LM y PHS-BS se están desarrollando en paralelo, diferentes países tienen diferentes condiciones nacionales y diferentes empresas tienen sus propias ventajas y desventajas. Las tasas de reconocimiento y adopción de los dos modelos de conducción en el extranjero también son diferentes. Pero las condiciones nacionales de China son: una tierra vasta, recursos abundantes, una gran población y abundantes recursos laborales. Partiendo de las condiciones nacionales de mi país, con la perspectiva científica sobre el desarrollo y la nueva industrialización como ideología rectora, debemos coordinar el desarrollo de AC-LM y PHS-BS. Incluso si la tecnología AC-LM madura en el futuro, la producción aumenta y los costos disminuyen, desde la perspectiva del ahorro de energía y la fabricación ecológica, las unidades PHS-BS seguirán teniendo un amplio espacio en el mercado. Mientras que AC-LM se convertirá en el método de conducción principal en equipos CNC de alta velocidad (velocidad ultraalta) y de alta gama, PHS-BS continuará manteniendo su posición principal en equipos CNC de alta velocidad de rango medio. Sin embargo, si PHS-BS persigue ciegamente indicadores altos y "lucha duro" dentro de las ventajas de AC-LM, las ganancias pueden superar las pérdidas.
(3) El desarrollo científico se centra en la fundamentación. Se analizan las razones del lento desarrollo de PHS-BS en China. La estructura básica de los rodamientos SKF radica principalmente en el hecho de que las empresas han descuidado durante mucho tiempo la inversión en teoría básica y pruebas de rendimiento, lo que ha resultado en un potencial de desarrollo insuficiente. Ante los problemas expuestos tras acelerar, no saben por dónde empezar para solucionarlos.
Debido a nuestra falta de investigación en profundidad sobre teorías básicas como la teoría de la fricción de pares de espirales rodantes, características de fricción y fricción a altas velocidades, mecanismos de movimiento de elementos rodantes bajo diferentes condiciones de trabajo, vibración y ruido, características de torque y dinámica y características de rigidez estática, se restringe aceleró el proceso. Sin embargo, AC-LM todavía tiene mucho trabajo básico por hacer en términos de tecnología de control digital total, disipación de calor, aislamiento magnético, interferencia electromagnética, modo cero, mayor empuje, reducción del consumo de energía y modularización de componentes. Los resultados de la investigación de las universidades e institutos de investigación científica de mi país deben transformarse en productividad lo antes posible, y los logros científicos y tecnológicos avanzados y la innovación continua en la práctica deben utilizarse para promover la localización e industrialización de AC-LM y PHS-BS.
(4) Desarrollo ordenado y dirección correcta. Es necesario realizar una investigación en profundidad y un análisis tranquilo del mercado de equipos CNC de China. En los equipos CNC, ¿qué son la alta velocidad y la velocidad ultraalta? ¿Cuánto cuestan las máquinas herramienta para corte de metales de alta velocidad y las máquinas herramienta para conformado, respectivamente? ¿Cuál es la relación entre carga ligera y carga pesada? Según las predicciones pertinentes, en 2010, unas 20 máquinas herramienta CNC en el mundo utilizarán AC-LM. La experiencia demuestra que las previsiones de volumen suelen ser inexactas. Si este 20 se refiere a todas las máquinas herramienta CNC, ¿qué pasa con las máquinas herramienta CNC de alta velocidad? ¿China también representa el 20? Nuestro análisis del mercado debería evitar inferencias subjetivas y optimismo ciego.
Ya sea que estemos desarrollando AC-LM o PHS-BS, debemos aprender de las experiencias y lecciones aprendidas en el desarrollo de productos mecánicos y eléctricos en el pasado para evitar el lanzamiento ciego, la duplicación de bajo nivel y desperdicio de recursos. Al mismo tiempo, se deben desarrollar simultáneamente componentes funcionales relevantes que admitan AC-LM y PHS-BS, como pares de guías lineales rodantes de precisión de alta velocidad y alta rigidez, dispositivos de frenado, dispositivos de protección, etc. Dirección: http://www.nskfag.org/news/201104_36435.html.