Что такое швп на чпу
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ШВП для ЧПУ
— Грузоподъемность. При тяжелой обработки винт ШВП не должен прогибаться между опорами или вибрировать иначе это отразится на точности обрабатываемой детали, что потребует снижение режимов обработки и глубины резания. В итоге повысится время обработки и снизится производительность. Поэтому необходим жесткий винт ШВП.
— Точность позиционирования. Точность перемещения узла станка зависит от точности ШВП, если там будут люфты или грубая точность, то это также отразится на точности обрабатываемых деталей.
— Точность повторяемости. Также зависит от точности изготовления шарико-винтовой передачи.
— Скорость перемещения. В современных станках с ЧПУ скорость и ускорение выходят на первые позиции, так как необходима высокая скорость на быстрых перемещениях, а также и на рабочих ходах, особенно в высокоскоростной обработке.
— Плавность хода. ШВП должен обеспечивать плавность перемещения узла станка, иначе это также отразится на точности обработки. Скачки не допустимы, особенно это имеет место в момент трогания перемещения узла.
— Долговечность. Узел ШВП должен иметь долгий срок службы при расчетных нагрузках, так как его быстрый износ приведет к неплановым простоям на ремонт.
— Отсутствие нагрева. При работе станка ШВП не должны нагреваться, иначе будет быстрый износ самой ШВП и это отразится на точности станка.
Теперь думаю понятно, почему так важно иметь качественную, хорошую, жесткую шарико-винтовую передачу в станке. Давайте посмотрим на ее устройство.
Устройство ШВП
1. Винт ШВП — это вал, в котором имеется винтовая канавка или несколько канавок криволинейного (полукруглого) сечения. Таким образом винты ШВП бывают однозаходные и многозаходные. Данные канавки служат дорожкой для шариков, которые заполняют промежуток между винтом и гайкой. Более подробно о многозаходных винтах ШВП можно ознакомиться здесь (очень рекомендуется).
2. Гайка ШВП – это гайка, в которой сделаны ответные винтовые канавки кругового сечения, с тем же шагом, что и на винте. Таким образом канавки образуют канал кругового сечения, в котором могут прокатываться шарики определенного диаметра. В гайке также реализован канал для циркуляции шариков по кругу, таким образом они не выходят наружу из гайки, а возвращаются обратно в зацепление между гайкой и винтом.
3. Шарики. В зависимости от используемого винта и гайки используют необходимое количество шариков и определенного диаметра.
Не путаем ШВП с ходовым винтом
По сути шарико-винтовая передача является одной из разновидностей передачи вращательного в поступательное движение. Существуют три основных вида: ШВП, Винт-гайка скольжения, Зубчатая рейка.
В передаче Винт-гайка скольжения используется трапецеидальная или метрическая резьба, гайка перемещается вдоль винта по резьбе и при этом наблюдается большая площадь контакта, что в свою очередь ведет к высокой несущей способности, но и к повышенному трению и нагреву.
Основным и принципиальным отличием является условия трения: качения в ШВП или скольжения в передаче Винт-Гайка.
1. Более высокую скорость и ускорение, за счет меньшей площади контакта и трения, чем у передачи винт-гайка.
2. Более высокую точность позиционирования и повторяемости.
3. БОльшую плавность хода, за счет шариков и отсутствие рывков при трогании.
4. Значительно меньший нагрев, так как нет большого трения.
5. Больший КПД 90-95% и выше, в отличие от передачи Винт-гайка скольжения около 40-50%.
6. Для ШВП требуется электродвигатель меньшей мощности, в силу меньшего трения, а также меньше расход электроэнергии. У ходового винта необходим более мощный мотор и больший расход кВт энергии.
7. Минимальный износ. В передаче винт-гайка скольжения винт стирается в виду трения, тем самым «стирается» и точность передачи и всего станка в целом.
8. БОльшую долговечность. Менять ШВП требуется меньше, чем ходовой винт, опять же в силу трения и меньшего износа.
9. Низкую стоимость владения, так как более долговечная ШВП требует редкого ремонта, ввиду отсутствия большого трения и нагрева, меньшего расхода кВт. А кроме того, отсутствие простоев на ремонт устраняет упущенную прибыль, и тем самым еще более снижает стоимость владения ШВП.
10. Большие осевые силы.
Однако, передача через ходовой винт:
1. Более дешевле по стоимости.
2. Более жесткая.
3. Более грузоподъемная, так как имеет большую площадь контакта.
4. Более компактная, так как в гайке нет каналов для шариков.
5. Менее трудоемкая и более простая в изготовлении.
6. Лучше подходит для вертикального размещения, так как в ШВП необходимы дополнительные опоры для предотвращения падения винта и узла станка.
7. Самотормозящая передача.
Также часто путают понятие ход и шаг. Ход — это расстояние пройденное гайкой за один оборот винта. Шаг — это расстояние между канавками. При однозаходном винте шаг и ход будут совпадать, а при многозаходном нет.
Винты ШВП рассчитаны на осевую нагрузку, а сопротивление радиальным нагрузкам по большей части обеспечивается связью с линейными направляющими подвижного узла.
Для определения размеров электродвигателя, важным является необходимый крутящий момент, который в большей степени зависит от осевой нагрузки на винт. Здесь необходимо учитывать не только силу резания, но и силу для перемещения узла, силу трения. Максимальный крутящий момент возникает в момент ускорения.
Основные характеристики ШВП
К основным характеристикам ШВП относят:
1. Диаметр винтовой канавки (D).
2. Шаг винтовой канавки (P).
3. Диаметр шариков (d), часто его выбирают равным d=6*P
4. Ход за 1 оборот, в однозаходных винтах ход равен шагу.
5. Однозаходный или многозаходный.
6. Класс точности.
7. Стартовый крутящий момент.
8. Шумность.
9. Угол винтовой канавки.
Класс точности ШВП определяет: точность шага, шероховатость, допуски размеров, люфт, шумность, стартовый крутящий момент и т.д. Про класс точности можно почитать здесь (рекомендуется знать).
Класс точности ШВП
ШВП разделяют на две основные группы это ШВП транспортной группы и позиционной группы. Они имеют различное применение, а соответственно и различные, предъявляемые к ним требования, в том числе классы точности. Как правило ШВП транспортной группы менее точные и в них присутствует бОльший люфт. Более подробно про классы точности ШВП можно почить здесь (оч. рекомендуется).
Опоры ШВП
Особое внимание необходимо уделить опорам ШВП, ненадежность данных узлов может снизить достоинства даже самой жесткой и точной ШВП. По расположению они подразделяются на вертикальные (BK и BF) и горизонтальные (FK и FF). Существуют и другие серии, но для понимания вопроса нам достаточно BK, BF. Более детально про опоры ШВП можно почитать здесь (оч. рекомендуется).
Изготовление ШВП
В основном винты ШВП изготавливают шлифованием либо накатыванием. Эти способы имеют свои достоинства и недостатки. Подробнее о способах изготовления ШВП можно узнать, перейдя по ссылке (оч. рекомендуется).
Преднатяг ШВП
Для повышения точности ШВП осуществляют предварительный натяг ШВП или преднатяг ШВП, т.е. гарантированно выбираются зазоры между гайкой и винтом ШВП, создается дополнительная нагрузка или натяг в ШВП. Тема достаточно большая, поэтому подробнее можно узнать об этом здесь (оч. рекомендуется).
Резюме
Вместо резюме, выделим основные моменты, на которые необходимо обратить внимание при выборе или проектировании ШВП:
1. Класс точности ШВП.
2. Способ обработки (шлифованные, катанные, PSF Technology, структура поверхностного слоя, расположение волокон).
3. Грузоподъемность ШВП (кол-во шариков в зацеплении, однозаходная или многозаходная ШВП).
4. Скорость (большой шаг канавки для высокоскоростных перемещений).
5. Опоры ШВП. (подшипники, частота вращения, ресурс и т.д.)
6. Преднатяг и регулировка ШВП (как конструктивно осуществляется преднатяг?). Нужно еще на начальном этапе понимать, как убрать люфт в ШВП с меньшими затратами.
7. Материал и твердость деталей ШВП. При ремонте не хотелось бы менять винт, а только шарики.
8. Габаритные размеры (высокая жесткость, но компактность конструкции)
9. Ресурс и экономичность.
Не нужно стремиться к завышенным характеристикам ШВП, так как это приведет к удорожанию механизма в целом. Так большой диаметр ШВП потребует большие опоры ШВП с большими подшипниками ШВП, а также более большой и мощный электродвигатель, который в свою очередь потребует больше места, т.е. массивнее станину станка и т.д. Все это в целом приведет к значительному удорожанию всего станка, хотя потребности в этом нет. Плюс к большему расходу кВт электроэнергии на всем протяжении использования оборудования.
Необходимо рассчитывать ШВП на определенные нагрузки и придерживаться рекомендациям из справочников, так все остальные части станка будут гармонично вписываться в конструкцию, спокойно справляясь с заданными нагрузками. Таким образом будет учтена и экономическая составляющая.
Шарико-винтовая передача движения
Для передачи усилия и движения могут применяться самые различные шарико-винтовые передачи. Наибольшее распространение получила шарико-винтовая передача. Она обеспечивает линейное передвижение привода, которое преобразует вращение в поступательное движение. Среди особенностей этого процесса можно отметить крайне малое трение, так как оно приводит к износу материала и существенному снижению КПД, нагреву трущихся элементов. Рассмотрим особенности этого процесса подробнее.
Функциональное предназначение и устройство
Как ранее было отмечено, шарико-винтовая пара применяется для передачи усилия и преобразования вращения в поступательное движение. Устройство характеризуется наличием нескольких элементов:
Наибольшее распространение получили варианты исполнения, характеризующиеся резьбой с полукруглым профилем. Шариковые винтовые пары довольно просты в исполнении, что определяет их надежность и длительный срок эксплуатации.
Устройство шарико-винтовой передачи
Принцип работы
Винтовая пара характеризуется довольно простой конструкцией, которая работает следующим образом
Встречаются самые различные варианты исполнения рассматриваемой конструкции. Они выбираются в зависимости от условий эксплуатации и предназначения. Примером можно назвать то, что в станкостроительстве используется шариковая винтовая передача с трехконтурной гайкой. Для этого создается специальный вкладыш, для которого создается окно овальной формы. Для снижения трения и повышения показателя КПД применяются сразу три вкладыша, размещаемые под углом 120 градусов относительно друг друга.
Быстроходные или скоростные ШВП
Современные станки и иное оборудование характеризуется высокой производительностью и универсальностью в применении. Как правило, усилие создается двигателем, который совершает вращательное движение. Для того чтобы преобразовать вращение в возвратно поступательное движение применяется винтовая передача. Обычное сочетание винта и гайки характеризуется менее высоким КПД, чем новые скоростные конструкции.
Быстроходная шариковая винтовая передача характеризуется следующими особенностями:
Чаще всего скоростные ШВП устанавливаются на станки с ЧПУ. За счет их применения обеспечивается быстрое перемещение исполнительных органов.
Классификация
При изготовлении шарико винтовой передачи могут применяться самые различные технологии. В зависимости от их особенностей выделяют следующие виды конструкций:
Виды шарико-винтовой передачи
Подобная классификация учитывается при выборе требуемой конструкции.
Технические характеристики ШВП
При выборе шарико-винтовой передачи учитываются ее основные характеристики. Как правило, они следующие:
Технические характеристики ШВП
Можно встретить также табличную информацию, которая применяется для определения основных характеристик.
Установка передачи
Выбор ШВП можно провести в процессе разбора конструкции и эскизного проектирования. Перед установкой винтореечной шариковой передачи проводится расчет:
Шарико-винтовая передача перед установкой
После выбора подходящего варианта исполнения шарико-винтовой передачи проводится ее установка. Крепление может проводится при применении винтов и заклепок или путем сварки.
Область применения
Основные характеристики определяют широкое распространение ШВП. Примером можно различные узлы автомобилей и станки. Более наглядным применением ШВП можно назвать нижеприведенные случаи:
Шарико-винтовая передача на станке с ЧПУ
Как ранее было отмечено, в качестве основного источника усилия устанавливается двигатель. Вращение преобразуется рейкой в возвратно-поступательное движение, которое весьма распространено.
Преимущества ШВП перед остальными видами передач
Преимуществ у ШВП довольно много. Подобная конструкция характеризуется следующими достоинствами:
Однако есть и несколько существенных недостатков, которые должны учитываться при выборе привода. Примером можно назвать высокую вероятность обратного хода при установке винта под большим углом или вертикально. Этот недостаток связан с тем, что трение минимальное.
Рассматриваемую шарико-винтовую передачу не рекомендуется использовать при создании ручных подач. Кроме этого, негативным фактором можно назвать высокую стоимость изделия, так как оно состоит из нескольких точных элементов. Для обеспечения низкой степени износа поверхность подвергается закалке, за счет чего стоимость изделия также повышается.
Шарико-винтовая передача SFU1605 из Китая: собираем большой ЧПУ фрезер
Обзор на специфический товар: комплекта ШВП типа SFU1605-1000 в качестве элементов передач ЧПУ станка.
В обзоре будет краткая информация о том, что такое ШВП и как ее применять
Собственно говоря, при попытке рассчитать и построить любительский ЧПУ станок (фрезер) своими силами столкнулся с тем, что у нас либо дорогие комплектующие для станков, либо не совсем то, что нужно. А конкретно, была проблема с приобретением ходового винта или ШВП в качестве элементов передачи по осям станка. 
Как правило, выбирают с учетом нагруженности (масса передвигаемого портала/оси) и влиянию люфта. В ШВП люфт меньше за счет подшипников, они считаются точнее и предпочтительнее, но при этом достаточно дороги для самоделок. 
Винтовая передача — механическая передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки.
один из основных типов: шариковинтовая передача качения (ШВП).
Шарико-винтовая передача (далее ШВП) — это более надежный аналог ходового винта, но вместо латунной гайки (или пластиковой как для винтов типа TRR-12-3, как у меня на старом проекте) предназначена специальная гайка с шариками, которые входят в зацепление с винтом ШВП, выбирают весь люфт и одновременно снижают трение. Для самостоятельной сборки станка ЧПУ или 3Д принтера на ШВП потребуется винт ШВП, гайка к нему, муфта крепления к двигателю и подвесные подшипники.
Вот небольшой рендер из интернета. Хорошо видно, как шарики распределены по винту. Аналогично Т8, винт ШВП имеет резьбу в несколько заходов. 
Для станка ЧПУ нужно было для оси Y два комплекта ШВП на 1000 мм, и для X оси: 600 мм.
ШВП получил курьерской почтой. Это не дорогой вариант, учитывая вес посылки (около 8 кг). 
Упаковка представляет собой длинную узкую коробку, внутри картонной упаковки есть упаковка типа синтетического мешка, очень прочный материал. Аккуратно распаковываем. Внутри всем знакомая bubble-wrap, то есть пупырчатая пленка, которая защищает товар от механических воздействий. 
Убираем пленку. В посылке было три комплекта ШВП: винт+гайка, разного размера. Два комплекта предназначены для перемещения портала станка по оси Y, третий короткий комплект для оси X. 
Все комплекты завернуты в ингибиторную зеленую пленку, которая препятствует попаданию влаги. Плюс присутствует изрядное количество смазки на поверхности товара. 
В этом комплекте я доплачивал за оконцовку одного комплекта на 600 мм (так вышло дешевле). Оконцовку (machined) заказывал отдельно у этого же продавца (у него есть такая услуга в каталоге), стоило по 1 баксу за каждый конец винта. Хороший вариант для тех, кто берет винты в конкретный размер. 
Вот что представляет собой «оконцовка». Это обтачивание винта 16.05 мм до диаметра 12 мм для установки в подвесной подшипник, далее резьбовая часть для фиксации винта, затем обтачивание до 10мм для зажимания конца в эластичную муфту двигателя 
Посылка дошла в целости и сохранности, курьерская доставка это не почта России. Прикладывал линейку в разных местах, чтобы найти искривление. Не нашел, ШВП ровные. Остальное покажет установка и использование. 
Фото резьбовой части винтов 
Внешний вид комплектов 
И еще. Гайки пришли уже накрученные на винт… Шарики засыпаны внутри, есть смазка. Просите при заказе запасные шарики, хотя бы несколько. 
Далее начинаем проверять размеры винтов. Короткий на 600 мм. То есть в эти 600 входит резьбовая часть с обоих сторон. Реальный ход по осям станка получится меньше.
Обратите внимание, что в лоте размер указан для винта ШВП вместе с резьбой и обточенными концами, то есть рабочий ход по ШВП будет меньше, чем ее длина! А конкретно на 65 мм меньше. 
Второй и третий винты ШВП на 1000 мм 
Диаметры резьбовой части соответственно 1605 
посадочные места под подшипники BK12 и BF12 10 и 12 мм соответственно. 
И с другой стороны под подшипник. Диаметр самой гайки SFU1605 равен 28 мм. 
Если снять с гайки пластиковую заглушку, то можно обслужить ШВП, смазать или поменять шарики. Проверяю, что все в наличии)))) 
Собственно говоря, можно снять гайку, протереть ее, заново смазать ее, загрузить шарики обратно. Пластиковая крышка крепится потайным винтом под шестигранник 2.5 (его видно вверху). 
Для установки ШВП в станок потребуются подвесные подшипники типа BK12+BF12 (прямые) или FK12+FF12 (фланцевые), эластичная муфта 6.35*10mm для подключения к двигателю типа NEMA23 с одной стороны (6.35мм) и к концу ШВП с другой (10 мм).
Внешний вид комплекта оси в сборе: подшипники BK12, BF12, стопорное кольцо, гайка для фиксации винта, держатель гайки SFU1605, муфта для двигателя и сам винт с гайкой. 
Размеры ШВП для тех, кто собирается приобрести или проектирует механику станка 
И отдельно для SFU1605 
Внешний вид гайки SFU1605 
Внешний вид подшипников BK12+BF12 (слева) и подшипников с фланцем FK12+FF12 (справа). Отличаются способом установки на раму. 
Гайка ШВП крепится через специальный корпус-переходник. Держатель для гайки SFU1605, алюминиевый 
Теперь немного видео, поясняющего принцип работы ШВП. Обратите внимание на перемещение шариков (по встроенному каналу внутри гайки).
Следующие фотографии дают общее представление о использовании ШВП в конструкции станка ЧПУ. 
Вот фото самодельного станка, в котором ШВП зафиксированна неподвижно, а вращается гайка с помощью ременного привода и шестерни 
В итоге, ШВП является более дорогим и надежным вариантом передач для станков, подходит для перемещения тяжелых порталов с высокой точностью. В зависимости от веса и конструкции станка можно применять SFU1205, SFU1605/1610, SFU2005/ 2010 или еще более массивную SFU2505/2510.
Надеюсь, информация была полезная для вас.
Ссылка на магазин CNA Mechanical Parts
Ссылка на более дешевый вариант — ШВП SFU1204
Ссылка на демократичный по стоимости вариант TRR-12-3 с пластиковой гайкой