بال اسکرو و مهره و معرفی کلاس آن
بال اسکرو قطعات مکانیکی خطی هستند که حرکت دورانی را با کمی اصطکاک به حرکت خطی تبدیل میکنند. بال اسکرو متشکل از شیار های مشخصی است که به صورت دوارنی حول شفت قرار گرفته اند. همچنین بال اسکرو ها به همراه یک قطعه ی مکانیکی به نام مهره (محفظه ای برای قرار گیری ساچمه ها) میباشد.
این قطعات معمولا از جنس استیل و با مقاومت بالا هستند تا بتوانند فشار های حرکتی ساچمه ها را که به صورت یک سیکل چرخشی حرکت میکنند را تحمل نمایند و آنها ( ساچمه ها ) را در مسیر تعیین شده هدایت کنند. این تکنیک به منظور استفاده در فرایندهایی است که دقت ، نقش پر رنگ و حیاتی را ایفا مینماید. مجموعه ساچمه ها و محفظه به عنوان مهره و شفت شیار دار با نام اسکرو و یا پیچ شناخته میگردد.
بال اسکرو ها مصارف مختلف و فراوانی دارند و تقریبا در بسیاری از صنایع همچون صنایع هوا و فضا ، خودرو ، صنایع نظامی ، ماشین ابزار ، ربات و غیره بکار میروند.
بال اسکرو مستقلا توسط استیونسون و گلن (Glenn) در سال 1898 اختراع شد.
بال اسکرو ها بر اساس دقت به شش کلاس تقسیم میگردند C0-C7 و رول بال اسکرو ها به سه دسته C7-C10.
دقت بال اسکرو ها بر اساس استاندارد DIN و ISO ، ANSI و JIS ارزیابی میگردند. کلاس دقت در سری C0-C5 بر اساس موقعیت و ویژگی های خطی و در سری های C7-C10 در خطای فاصله ی حرکتی (300 میلی متر) تعریف میگردند.
مهره های بال اسکرو (nut) نیز انواع مختلفی دارند :
1- نوع return-pipe : در این سری ساچمه ها حرکت رفت و برگشتی دارند (circulating)
2- نوع deflector : در این سری که یک مهر فشرده میباشد ، ساچمه ها سیر چرخش خود را به وسیله یک deflector ( منحرف کننده ) تغییر و پیرامون شفت به حرکت درمی آیند و سپس به موقعیت اولیه خود باز میگردند.
3- نوع End-cap : این سری به منظور پشروی سریع بسیار مناسب میباشد. ساچمه ها از بخش end-cap شروع به حرکت میکنند و از داخل کانال جا به جا شده و سیکل چرخشی را طی مینمایند.
دقت حرکتی :
این دقت ها همانطور که در بالا اشاره شد با معیار ها و استاندارد های مختلفی ارزیابی میگردد که مشخصات مواد بکار رفته و تلرانس های هندسی را پوشش میدهد . مهم ترین فاکتور خطای حرکتی ، در مقیاس طولی است که مهره به همراه بال اسکرو طی میکند. این میزان بر حسب "میلیمتر" در هر 300 mm و یا اینچ در هر فوت بیان میگردد و به عنوان تعیین رتبه دقت بال اسکرو است.
بر اساس قرار داد هر چه میزان این عدد یا این نرخ پائین تر باشد به معنای خطای کمتر حرکتی و بنابراین دقت بیشتر است. به معنای دیگر ، کلاس 1 پیچ به طور قطع از دقت بیشتری نسبت به کلاس 7 پیچ برخوردار است. البته دقت بالاتر کلاس 1 همچنین هزینه ی بیشتر و زمان تولید بیشتر ، چیزی در حدود 10 هفته دارد.
به منظور انتخاب درست بال اسکرو و مهره باید بر اساس نوع نیاز و اپلیکیشن مورد نظر مواردی را در نظر گرفت همچون میزان تحمل فشار ، طول عمر ، سرعت ، اندازه طولی و غیره .
تولید کنندگان بال اسکرو و مهره برای افزایش طول عمر محصولات خود روش ها و تکنیک های تولید را برای محاسبه این زمان بکاربرده اند. آلودگی ، روغنکاری و نصب نامناسب و تکنیک های مونتاژ می تواند در کوتاه شدن عمر مفید بال اسکرو ها موثر باشند. به یقین استفاده از بال اسکرو های با سایز بیشتر توان تحمل فشار بیشتری را دارند و بنابراین استفاده از آنها مرقون به صرفه تر و منطقی تر است.
طول عمر میتواند بر اساس روش زیر محاسبه گردد :
Ca نرخ فشار پایه داینامیک و Fm معادل فشار محوری و Fw فاکتور فرسودگی است.
دقت ، متد تولید را تعریف می کنند :
در ساخت بال اسکرو دو روش وجود دارد ،
1- بال اسکرو های ساخته شده به روش رولینگ که به بال اسکرو های rolled ballscrew شناخته میگردند .
2- بال اسکرو های ساخته شده به روش سنگ زنی که به بال اسکرو های ground ballscrew شناخته میگردند.
در روش رولینگ رزوه ها توسط دستگاه رولینگ بدون عملیات برشی ایجاد میگردند. این عملیات رولینگ به روش سرد میباشد که میتواند رزوه های خارجی پیچ و رزوه های داخلی مهره را تولید نماید. در این روش مانند روش دیگر میتوان قطعاتی با مشخصات ، مختصات و اندازه های مختلف ساخت. روش تولید در این مدل بسیار سریع و آسان است.
در روش سنگ زنی و یا همان ground screw رزوه ها به وسیله ی دستگاه سنگ زنی داخلی و خارجی ساخته میگردند. در این روش ابتدا طول مد نظر بریده می شود و سپس بر اساس مختصات در خواستی ، رزوه ها ساخته می شوند.
تفاوت های دو روش فوق در ساخت بال اسکرو :
بال اسکرو های ساخته شده به روش رولینگ به دلیل نوع ساخت از مقاومت بیشتری بر خوردارند. بال اسکرو های ساخته شده در این روش بسیار مرقون به صرفه هستند چرا که در ساخت بال اسکرو هیچ تراشه ای ایجاد نمیگردد ، همچنین زمان تولید بسیار سریع میباشد و در یک فرایند و یا در اصطلاح در یک شات (shot) انجام می شود. اما در این روش سطح ایجاد شده سخت تر و خشن تر نسبت به مدل سنگ زنی میباشد بنابراین دقت در روش رولینگ نسبت به روش سنگ زنی پائین تر خواهد بود. در ضمن طول عمر در روش رولینگ نیز کمتر می باشد و سطح رول شده در مقابل فرسایش واکنش سریع تری نشان خواهد داد. در مقابل ، روش سنگ زنی بسیار زمان بر میباشد. اگرچه صرف این زمان باعث افزایش محسوس قیمت میگردد ولی میتوان به قطعاتی با دقت بسیار بالاتر دشت یافت.
در شکل زیر میتوان دو نمونه تولید شده به روش های فوق را مشاهده نمود.
نمونه سمت چپ به روش رولینگ rolled screw و نمونه سمت راست به روش سنگزنی و یا همان ground screw میباشد.
بال اسکرو های تولید شده در روش سنگزنی برای مصارفی استفاده میگردند که دقت های درخواستی بسیار بالا هستند.
در روش تولیدی سنگزنی شفت ها قبل از تولید سختکاری میگردند اما در روش رولینگ شفت ها پس از عملیات روزه زنی و رولینگ وارد عملیات حرارتی و سختکاری میگردند و این حقیقت به این دلیل است که امکان رولینگ رزوه ها پس از عملیات سختکاری بسیار مشکل خواهد بود و احتمالا موجبات تغییر شکل و کاهش محسوس دقت را سبب خواهد شد .
بال اسکرو و مهره در ماشین ابزار و روش انتخاب آن :
در ماشین ابزار معمولا از بال اسکرو های سنگ خورده ground ball screw به دلیل نیاز اساسی در دقت و طول عمر استفاده میگردد.
برای انتخاب درست سازندگان ماشین ابزار نکاتی را برای این امر باید در نظر بگیرند و با استفاده از روش های محاسباتی به بهترین گزینه دست یابند.
شرکت های سازنده ی قطعات مانند بال اسکرو و یا بال بیرینگ و غیره لیستی در خصوص دقت ها دارند که میتوان بر اساس کلاس به آن رجوع نمود.
بر اساس استاندارد ISO 3408 بال اسکرو ها با گرید 1 از بالاترین دقت و سپس 3 ، 5 و ... دقت های کمتری دارند. اگر دقت موقعیت یابی مناسب مد نظر باشد باید بال اسکرو هایی از گرید 3 تا 5 استفاده نمود.
به طور معمول گرید های 3 تا 5 بیشترین مصرف را دارند.
گرید 3 یعنی C3 بهترین گزینه برای ماشین های ابزار cnc میباشد و بهترین عملکرد را در ماشین های ابزار دارد.
مقاله فوق در واحد تحقیق و توسعه خاوران صنعت پاسارگاد تهیه و تنظیم گردیده است.
استفاده از مقاله فوق با ذکر نام بلامانع میباشد.
