Люфт и обратная передача усилия - явления, с которыми вы обязательно столкнетесь, когда будете строить свой станок с ЧПУ. В данной статье они будут рассмотрены в разрезе распространенных винтовых передач - трапецеидальных винтов и ШВП.
Люфт
Люфт винтовой передачи можно определить как расстояние, на которое можно сместить винт и гайку друг относительно друга без взаимного вращения. Если вы наденете накрутите гайку на трапецеидальный винт и попробуете с усилием пошатать гайку вдоль оси винта, то, скорее всего, почувствуете, как гайка поддается под вашими усилиями - это и есть люфт. Люфт бывает осевым и радиальным, но важен для рассмотрения только осевой - так как именно осевые перемещения негативно влияют на точность и повторяемость станка. Люфт проявляет свои вредные свойства прежде всего при смене направления движения - пока станок движется в одном направлении, промежуток между гайкой и винтом постоянно выбран за счет сил трения и не вносит погрешности. Посмотрим на иллюстрацию.
В случае использования обычной гайки, без выборки люфта, трапецеидальный винт может повернуться на достаточно большой угол без касания гайки. Это означает утрату заданной позиции. Причем зазор в передаче будет увеличиваться по мере износа - именно по этой причине большинство гаек, используемых в CNC-роутерах, имеют механизмы выборки люфта(обычно в виде разреза). Радиальный люфт обычно никак себя не проявляет при движении, но тоже является нежелательным. Аналогично, может быть выбран с помощью разрезных гаек или увеличением длины гайки.
Обратная передача
Винтовые передачи преобразуют вращательное движение в поступательное, но возможно и обратное преобразование - осевое усилие на гайке превращается в крутящий момент на винте. С этим эффектом знакомы все, что работал с шарико-винтовыми парами. Обычно трапецеидальные винты считаются самотормозящимися, т.е. неспособными к обратной передаче. Однако, если угол подъема резьбы велик, а трение скольжения мало(что бывает в случае использования гаек со специальными покрытиями) - эффект обратной передачи все же может иметь место. Обобщенно говоря, можно считать пары винт-гайка с КПД > 50% способными к обратной передаче. Кроме того, вибрации могут спровоцировать этот эффект, и те системы перемещения, которые обычно являются самотормозящимися, в условиях сильной тряски могут начать передавать усилия в обратном направлении. Применительно к ЧПУ-станкам, все упомянутое в основном касается оси Z. Поскольку на оси Z зачастую устанавливается тяжелый рабочий агрегат, мощный фрезерный шпиндель и т.п., при использовании передач с высоким КПД - ШВП, зубчатой рейки - внезапное пропадание питания чревато тем, что ось всей массой рухнет вниз на опорные элементы. Чтобы этого избежать, приходится применять сложные системы с противовесами, амортизирующими пружинами, электромагнитными тормозами.
Также, обратная трансформация линейного усилия в момент может происходить и в совсем мелких масштабах, однако возникающей вследствие этого погрешности будет достаточно, чтобы ваш станок стал практически бесполезен, и это обязательно надо иметь в виду. Даже если станок будет строиться на строительных шпильках, иногда потребуется предпринять какие-либо дополнительные усилия для подстраховки - установить пружины и т.д. Самая простая вещь, которую вы всегда можете иметь в виду - используйте для оси Z винт с наименьшим шагом, который позволяет проект.