При проектировании высококлассной автоматизации инженеры часто выделяют значительный бюджет на прецизионные шарико-винтовые передачи класса C3. Цель проста: субмикронная точность.

Однако мы часто сталкиваемся с обескураживающим парадоксом: Премиальные винты обеспечивают посредственную производительность. Машины демонстрируют вибрацию, тепловыделение и ошибки позиционирования, которые значительно отклоняются всего через несколько месяцев.

После устранения неисправностей сотен систем линейного перемещения мы обнаружили, что виновником редко является сам винт. Вместо этого это часто упускаемое из виду «оборудование» — Опорный узел шарико-винтовой передачи— и точность обработки торцов вала.

В этом тематическом исследовании анализируются данные, лежащие в основе реального сбоя, и объясняется, почему жесткость и геометрические допуски являются вашей истинной линией защиты.

Производитель полупроводникового оборудования модернизировал свой инспекционный стол для пластин (ось X). Они перешли на шлифованные винты C3 для обеспечения точности. Тем не менее, лазерное интерферометрическое тестирование показало погрешность позиционирования ±0,015 мм, что значительно превышает допустимый предел. Хуже того, на низких скоростях нагрузка на двигатель показывала нерегулярные скачки — классический признак «скачкообразного движения» и плохой жесткости системы.

Мы заменили типовые «стандартные» опорные узлы на высокожесткие прецизионные узлы (со ссылкой на стандарты BK15/FK15). Разница была в данных.

Опорный узел — это не просто кронштейн; это якорь вашей трансмиссии. Вот техническое сравнение, которое решило проблему:

Многие типовые опорные узлы используют стандартные шарикоподшипники с глубокими канавками. Для прецизионного движения это фатальный недостаток из-за осевого люфта. Высокопроизводительные узлы должны использовать согласованные радиально-упорные шарикоподшипники (ACBB) P4 с определенным предварительным натягом.

Давайте посмотрим на характеристики стандартного прецизионного узла 15 мм (№ 15):

• Осевая жесткость (жесткость): 28 кгс/мкм.
  (Значение: осевая нагрузка 28 кг приводит к смещению всего на 1 микрон.)
• Основная динамическая грузоподъемность (Ca): ~730 кгс.
• Основная статическая грузоподъемность (Coa): ~1060 кгс.

Для машин, работающих в чистых помещениях или влажной среде, стандартные покрытия черным оксидом недостаточны. После испарения масла на основании начинается микрокоррозия, изменяющая высоту центра (h).

Мы рекомендуем электролитическое никелирование по двум причинам:

• Равномерность: Толщина покрытия контролируется в пределах 5–10 мкм, что гарантирует, что допуск на отверстие подшипника останется неизменным (в отличие от горячего цинкования).
• Стабильность основания: Он проходит испытания ASTM солевым туманом, гарантируя, что монтажная поверхность останется идеально плоской в течение всего срока службы машины.

Даже лучший опорный узел выйдет из строя, если вал винта обработан плохо. Опорный узел полагается на «нажимную посадку» с валом.

Мы измерили торец вала вышедшей из строя машины в соответствии со стандартами геометрических допусков ISO/JIS. Результаты оказались показательными:

«Дымящийся пистолет»: Посмотрите на перпендикулярность. Плечо вала отклонялось на 0,012 мм. Когда стопорная гайка была затянута, кривое плечо заставляло прецизионные подшипники наклоняться, создавая «вынужденный изгиб» в валу винта. Это мгновенно уничтожило точность C3.

Исправление включало трехэтапный протокол:

1. Обновление: Установлены высокожесткие никелированные опорные узлы (DF согласованные ACBB).
2. Повторная обработка: Перешлифовали торец вала в соответствии с допуском h5 и перпендикулярностью 0,003 мм.
3. Сборка: Использовали динамометрический ключ для правильного управления предварительным натягом.

Результат: Точность позиционирования стабилизировалась на уровне ±0,003 мм. Рябь движения исчезла, и шум машины значительно снизился.

От жесткости 28 кгс/мкм до допуска на обработку 0,003 мм эти цифры определяют границу между «движением» и «прецизионным движением».

Не позволяйте типовому опорному узлу стать узким местом вашей высокоточной системы. Оценивайте свои компоненты на основе данных, а не только размеров.