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(зазор). Этот зазор определяет величину "свободного хода" передачи, т.е. насколько будет поворачиваться вал двигателя не вызывая реального перемещения по данной координате. 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.backlash.jpg 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 двойных гаек, разрезных гаек или увеличением длины гайки.

Так, скажем, двойная гайка ШВП серии DFU позволяет создать натяг, повернув 2 части гайки друг относительно друга и зафиксировав их в таком натянутом положении с помощью шайбы-прокладки: шарики одной половины будут давить на поверхность в одном направлении, шарики другой - в противоположном. Натяг регулируется с помощью подбора толщины прокладки.


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.

(c) Darxton.ru, 2013