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FUSOS DE ESFERAS RETIFICADOS
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Per offrire ai nostri clienti la possibilità di realizzare applicazioni sempre più veloci, precise ed affidabili, le nostre viti a ricircolazio- ne di sfere vengono realizzate impiegando mezzi di produzione che rappresentano il meglio dell’attuale conoscenza tecnologica. Continui investimenti in macchine utensili high tech, come anche nella ricerca di nuovi processi produttivi, ci permettono di proporre al mercato un prodotto dalle prestazioni evolute che risponde alle odierne e future necessità applicative.
KAMMERER GmbH è sicuramente una tra le prime aziende in campo mondiale che può vantare una vasta e specifica esperienza nel- l’applicazione delle lavorazioni sull’acciaio temprato e sull’utilizzo di una propria tecnologia d’uso riguardante gli utensili in CBN.
Come indica la sua stessa denominazione, una vite a ricircolazione di sfere è un attuatore lineare composto da un albero filettato, una madrevite e un certo numero di sfere poste tra l’assieme vite- madrevite che ne percorrono le relative eliche. Questo l’assimila ad un cuscinetto di rotolamento e ne permette la trasformazione dal movimento rettilineo al movimento rotatorio e viceversa (Fig. A). Pertanto, anche le viti a ricircolazione di sfere seguono le leggi del- l’attrito volvente, grazie alle quali si ottengono i seguenti vantaggi:
IMPORTANTE: Dato l’elevato rendimento meccanico, la vite a ricirco- lazione di sfere sotto carico assiale non è autobloccante. Tenere presente questo aspetto, specialmente nelle applicazioni d’assi ver- ticali. Nel caso, prendere contatto con il nostro Ufficio tecnico per gli appropriati suggerimenti.
Fig. A
Fig. B
Chiocciola/ Ball screw nut
Vite/ Ball screw spindle
Vite a R.D.S/ Ball screw
Vite trapezia/ Conventional trapezoidal spindles
Inclinazione angolo dell’elica (in gradi)/ lead angle in degrees
Efficenza/
Efficiency in %
In order to offer to our customers the possibility of always achieving faster, more accurate and reliable applications, our ballscrews are manufactured on specific machinery of advanced technology accor- ding to today’s state of art. Continuous investments in high-tech machine tools and the research for new production processes have enabled us to offer components of highly developed performances that satisfy the requirements coming from the market for today and for the future.
KAMMERER GmbH is certainly one of the first companies worldwide that can boast a wide and specific experience in the application for working hardened steel and with the use of its own technology for CBN tools.
As the name already says, a recirculating ballscrew is a linear actua- tor consisting of a threaded shaft, a screw-nut and a certain num- ber of balls arranged between the screw/nut assembly, which roll along the respective helical threads. This principle is similar to a rol- ling bearing but permits the conversion of a linear motion into a rotary motion and vice versa (Fig. A). Therefore, also the recirculating ballscrews are subject to the physi- cal laws of rolling friction. The following advantages are obtained:
IMPORTANT NOTE: Due to the high mechanical performance, the ball- screw is not self-locking under any axial load. This fact must be taken into account, especially in any application on vertical axes. In those specific cases, please contact our Technical department for appropriate suggestions.
Nella costruzione delle viti a ricircolazione di sfere vengono utilizza- ti acciai speciali certificati ad elevate caratteristiche fisico-mec- caniche. In generale, sono utilizzati acciai bonificati con un alto tenore di carbonio. Per garantire un’affidabilità costante agli esasperati cicli-macchina odierni, gli acciai impiegati vengono sottoposti a vari trattamenti termici, allo scopo di aumentarne la durezza superficiale e quindi renderli idonei alle richieste che pervengono dai vari settori applica- tivi, con esigenze ambientali diverse.
For manufacturing these ballscrews, special certified steels of high physical-mechanical characteristics are used. In general, hardened and tempered steels of high carbon contents are used for this purpose. In order to ensure a constant reliability on the exacting use of toda- y’s machine cycles, the steel types used are subject to different heat-treatments for increasing the surface hardness and therefore making products suitable for the requirements coming from the various application fields under different environmental conditions.
CF 53 Norma DIN 17 230/ DIN 17 230 standards Rm ≥ 600N/mm^2 Rp ≥ 400N/mm^2 100 Cr 6 Norma DIN 17 006/ DIN 17 006 standards Rm ≥ 980/mm^2 Rp ≥ 980/mm^2 100 Cr 6 Norma DIN 5401/ DIN 5401 standards Grado di precisione IV/A/ Precision grade IV/A A richiesta: Nitruro di Silicio/On request: Silicon nitride Standard: in materiale plastico/ Plastic material A richiesta: PTFE precaricato-autolubrificante On request: Preloaded self-lubricating PTFE
Componente/ Component Materiale/ Material Trattamento termico/ Heat treatment
Tempra ad induzione HRC 60 ± 2/ Induction hardening to HRC 60 ± 2 Rm ≥ 900N/mm^2 Rp ≥ 600N/mm^2
Cementazione HRC 61 ± 2 / Case-hardening HRC 61 ± 2 Rm ≥ 690 N/mm^2 (fino a 1800 N/mm^2 )/ (up to 1800 N/mm^2 ) Rp ≥ 390 N/mm^2
Tempra HRC 63 ± 3/ Hardening HRC 63 ± 3
N.B.: Su richiesta possono essere impiegati altri materiali ed esegui- ti trattamenti termici speciali, ad esempio viti in acciaio inox e trat- tamenti anticorrosione.
Le nostre viti a ricircolazione di sfere vengono realizzate in ambiente totalmente climatizzato, a temperatura di 20 C° con umidità del 50%. Temperatura di lavoro: entro –20 +80 C°. Per esigenze diverse Vi preghiamo prendere contatto con il ns. Ufficio tecnico.
In una vite a ricircolazione di sfere, i raschiatori (Fig. C ) svolgono l’importante funzione di prevenire l’entrata di contaminanti e/o residui di lavorazione all’interno della madrevite. Inoltre, non bisogna dimenticare che i raschiatori concorrono al contenimento del materiale di lubrificazione (olio, grasso) ed alla loro distribuzione sulla superficie di rotolamento. A questo scopo essi sono realizzati con un profilo tale da creare una leggera interferenza con il profilo dell’albero, determinando un mini- mo aumento dell’attrito e quindi della coppia di precarico.
Note: On request, other materials and special heat-treatment pro- cesses may be used. This refers particularly to stainless steel screws and anticorrosion treatments.
Our ballscrews are manufactured in a totally air-conditioned ambient at a temperature of 20 C° and at a relative humidity of 50%. Operation temperature for the screw: from –20 to +80 C°. In case of any other requirements, please contact our Technical department.
In any ballscrew, the wipers (Fig. C) fulfil an important function, thus preventing the entrance of pollution and/or machining residuals inside of the screw-nut. Furthermore, it must be taken into account that the wipers act as a retainer of lubricant (oil, grease) and for their distribution on the contact surface. For this purpose, the wipers present a profile which interferes slightly with the shaft profile, thus creating a slight friction and therefore a preload torque.
ALBERO/ SHAFT
CHIOCCIOLA/ SCREW-NUT
SFERE/ BALLS
RASCHIATORI/ WIPERS
Fig. C
Fig. E Fig. E
Esistono sul mercato viti con due differenti tipologie di geo- metrie di contatto gola-sfera-gola:
Le nostre viti adottano esclusivamente profili ad arco gotico, poiché offrono i seguenti vantaggi:
È importante ricordare che le viti a ricircolazione di sfere sono studiate e progettate per sopportare esclusivamente carichi di tipo assiale. Verificare quindi in fase di progetto che sulle viti non gravino forze radiali, specialmente quelle generate da un non corretto allineamento in fase di montaggio dell’asse, che potrebbe generare errori di eccentricità tra asse vite e suppor- to chiocciola (Fig. F).
On the market there are two different types of groove-to-ball- to-groove contact geometry configurations:
Our ballscrews use the gothic-arch profile, since this offers the following advantages:
This is to remind the users that the ballscrews have been deve- loped and designed for supporting exclusively axial loads. Therefore, during designing, make sure that there are no radial forces acting on the ballscrews, especially the ones coming from a misalignment during assembling of the axis that may cause eccentricity errors between the drive-screw axis and the screw-nut axis (Fig. F).
Fig. F Attenzione / Attention
Attenzione / Attention
La nostra gamma di produzione comprende varie tipologie di chiocciole, eseguite dimensionalmente e aderendo alla stan- dardizzazione indicata dalla norma DIN 69051/5. Oltre a ciò, progettiamo e realizziamo abitualmente chioccio- le per applicazioni speciali su disegno del cliente ed in esecu- zione con filetto sinistro oppure con passi in pollici.
Our manufacturing range comprises different types of screw- nuts which as to their dimensions follow the indications given by the DIN 69051/5 publication. Furthermore, we design and manufacture screw-nuts for special applications on customers’ drawings, with left-hand threads and with inch pitches.
Chiocciola singola/ Single nut
Chiocciola doppia/ Double nut
Chiocciola singola Long Helix/ Single long-helix nut
Chiocciola singola Long Helix a due principi/ Single long- helix double-threaded nut
Chiocciole speciali / Special nuts
Micro- chiocciola doppia Micro- chiocciola singola / Double micro-nut Single micro-nut
Flangiata/ Flanged ÷ Cilindrica/ Cylindrical
Flangiata/ Flanged ÷ Cilindrica/ Cylindrical
Flangiata/ Flanged
Flangiata/ Flanged
A disegno/ to Drwg.
Flangiata/ Flanged ÷ Cilindrica/ Cylindrical
Non precaricata/ Not preloaded ÷ Precaricata/ Preloaded
Precaricata/ Preloaded
Gioco assiale ridotto/ Reduced axial play ÷ Precarico 3% Cdyn/ Preload 3% Cdyn
secondo specifica del cliente/ accord. to customers’ Specifications
A disegno/ to Drwg.
Non precaricata/ Not preloaded ÷ Cilindrica/ Preloaded
Tab. 2
Tab. 1
Tab. 3A Tab. 3B
Tab. 4
Tab. 5 A Tab. 5 B Tab. 5 C
N.B.: • Per i diametri e passi dispo- nibili, vedere le relative tabelle dimensionali.
Note: • As to diameters and pitches available, please consult the dimensional tables.
Fase di rettifica interna chiocciola/ Internal grinding of the nut Fase di rettifica esterna/ External grinding of the nut
Esecuzione/ Execution
Al fine di ridurre e/o eliminare i
giochi derivati dall’accoppia-
mento del sistema chiocciola-
albero ed aumentarne la rigidi-
tà, si sono progettati vari siste-
mi idonei a creare una forza di
precarico.
Fb = Carico operativo (N)
Fv = Forza di precarico (N) dv = Deformazione derivata da Fv da = Gioco assiale db = Deformazione derivata da Fb 2 • δb = Distanza di ritorno
carico non deve eccedere 1/ del Carico medio operativo. Valori di precarico superiori od inferiori generano il distacco delle sfere con il conseguente insorgere del relativo gioco d’inversione.
definito come il carico che permette alla vite una durata nominale di 20 • 10^6 giri. Ne deriva quindi la seguente relazione:
In applicazioni con elevate velo-
cità di traslazione lineare, al
fine di evitare un inutile e dan-
noso incremento del surriscal-
damento della vite, si consiglia
di ridurre al minimo il valore del
precarico.
Nel caso, Vi preghiamo prendere
contatto con il ns. Ufficio tec-
nico.
In order to reduce and/or elimi- nate any backlash or play coming from the matching of the assembly between screw- nut and shaft system and to increase the stiffness, diffe- rent systems have been develo- ped for generating the preloa- ding force.
Fb = Working load (N) Fv = Preloading force (N) dv = Deformation derived from Fv da = Axial play db = Deformation derived from Fb 2 • δb = Return distance
In case of any application of high linear travel speeds, the preload value should be reduced to a minimum in order to avoid any useless and detrimental overheating of the drive-screw. In this case, please contact our Technical department.
Il precarico viene effettuato, se non diversamente richiesto, pari 8-10% del valore del Carico dinamico
If not specified differently, the preload is carried out equal to 8-10% of the Dynamical load
Il precarico viene effettuato, se non diversamente richiesto, pari 8-10% del valore del Carico dinamico
nuts
If not specified differently, the preload is carried out equal to 8-10% of the Dynamical load
Il precarico viene effettuato, se non diversamente richiesto, pari 3-5% del valore del Carico dinamico
Preload obtained by pre-selecting the balls
If not specified differently, the preload is carried out equal to 3-5% of the Dynamical load.
Valori di carico e di velocità assunti: Velocità rapida: n 1 = 1200 rpm Fb1 = 7500 N q 1 = 25 % Lavori di sgrossatura: n 2 = 60 rpm Fb2 = 25000 N q 2 = 40 % Lavori di finitura: n 3 = 150 rpm Fb3 = 18000 N q 3 = 35 % Durata di vita della macchina: Lh = 10000 h Fattore di utilizzo della vite a ricircolazione di sfere: fn = 0. Diametro nominale vite richiesto: 40 o 50 mm, passo 10 mm. (Questi due diametri derivano dalla velocità critica e dalle condizioni di mon- taggio).
Given load and speed values: Fast speed: n 1 = 1200 rpm Fb1 = 7500 N q 1 = 25 % Roughing jobs: n 2 = 60 rpm Fb2 = 25000 N q 2 = 40 % Finishing jobs: n 3 = 150 rpm Fb3 = 18000 N q 3 = 35 % Machine’s lifetime: Lh = 10000 h Utilisation factor of ballscrew: fn = 0. Required nominal diameter of ballscrew 40 or 50 mm, pitch 10 mm. (These two diameters are calculated on the basis of the critical speed and the installation conditions).
(formule)
(formule)
L = 60 • 10.000 • 376,5 • 0,5 = 112,95 • 106 giri/ revolutions
(formule)
(formule)
In this case a ball screw with a nominal diameter of 50 mm, a nomi- nal pitch of 10 mm and 4 load-bearing threads with a dynamic rating of C = 63200 N has been chosen from the dimensioning sheets.
In questo caso, dalle tabelle dimensionali si sceglie una vite a ricir- colazione di sfere avente un diametro nominale di 50 mm, passo nominale = 10 mm e 4 filetti di carico con un valore dinamico pari a C = 63200 N.
Tornio CNC (gentile concessione TECNO-V)
L’angolo del passo si calcola come segue/ The pitch angle has been calculated using the following formula:
α = Angolo passo [°] / Pitch angle [°] P = Passo [mm] / Pitch [mm] d 0 = Cerchio di riferimento sfera [mm] / Ball reference circle [mm] ρ = Angolo di attrito [°] ≈ da 0.2° a 0.35° / Angle of friction [°] ≈ 0.2° to 0.35°
Per convertire una coppia in forza longitudinale, si ha / When a torque has to be converted into a longitudinal force:
Per convertire una forza longitudinale in coppia, si ha/ When a longitudinal force has to be converted into a torque:
La rigidità totale (Ctot) di un sistema è composta dalle singole rigidi- tà (vite a ricircolazione di sfere, cuscinetti …). Occorrerà quindi considerare gli effetti di tutti questi fattori.
The total stiffness (Ctot) of a system is made up of the individual rigidities (ballscrew, bearings …). Therefore the effect of all fac- tors involved must be taken into account.
Per la vite a ricircolazione di sfere / For the ballscrew
Rigidità nella zona delle sfere (Ck) / Stiffness in the ball area (Ck) La rigidità assiale nella zona sfere deriva da / The axial stiffness in the ball area has been calculated using the following formula:
si ha quanto segue/ the following can be obtained:
Fb = Carico operativo/ Operating load [N]
Fv = Forza di precarico/ Pre-loading force [N] K = Fattore di rigidità / Stiffness factor [N/μm2/3] i = Numero giri/ Number of revolutions
Rigidità del corpo chiocciola (cm) / Stiffness of the nut-body (cm)
A = Sezione della zona chiocciola / Nut cross-section area [mm^2 ] E = Modulo di elasticità/ Elastic modulus 21 • 10^4 [N/mm^2 ]
The stiffness values for the ball area are shown in the chart on page ...... Any stiffness values not shown in the chart can be calculated using the following overview and formulas. For any double nuts, by assu- ming the same number of revolutions for each nut and a ratio of
I valori di rigidità per la zona sfere possono essere rilevati dalla Tabella a pag. ...... Eventuali rigidità non indicate in tabella possono essere calcolate in base ai seguenti schemi e formule. Per le viti a doppia chiocciola, presumendo lo stesso numero di giri per ciascuna chiocciola e un rapporto pari a
Sistema chiocciola sec. DIN 69051/ vedere scheda dimensionale/ Nut system to DIN 69051 according to the dimensional sheet Diametro nominale/ Nominal diameter d0 = 50 mm Passo/ Pitch P = 10 mm Numero giri/ Number of revolutions i = 4 Valore dinamico/ Dynamic rating C = 63200 N Max. carico operativo/ Max. operation load Fb = 25000 N Lunghezza vite tra cuscinetti/ Spindle length between bearings I = 1000 mm Fattore di rigidità/ Stiffness factor k = 54.6 N/μm3/ Diametro di collegamento/ Connection diameter dk = 43.8 mm Sezione vite/ Spindle cross-section A 1 = 1654 mm^2 Sezione chiocciola/ Nut cross-section A 2 = 2076 mm^2
2.1 Rigidità del corpo chiocciola/ Stiffness of the nut-body
3.1 Cuscinetto fisso su un lato/ Single-sided fixed bearing
3.2 Cuscinetto fisso su due lati/ Double-sided fixed bearing
4.1 Cuscinetto fisso su un lato/ Single-sided fixed bearing
4.2 Cuscinetto fisso su due lati/ Double-sided fixed bearing
4.3 Cuscinetto fisso su un lato/ Single-sided fixed bearing
4.4 Cuscinetto fisso su due lati/ Double-sided fixed bearing
Per altri valori di rigidità (valori rigidità cuscinetti) pregasi contattare nostro ufficio tecnico For any further stiffness values (bearing stiffness values) Please contact our technical department
Calcolo delle velocità critica di flessione nkr Occorre considerare i limiti di velocità del sistema chiocciola
Calculation of the critical bending speed nkr The speed limits of the nut system must be taken into account
0.8 = Fattore di sicurezza/ Safety factor nkr = Velocità critica rilevata dal diagramma/ Critical speed from the diagram [rpm] fk = Fattore di correzione/ Correction factor dm = Diametro medio del filetto/ Average thread diameter F = Peso della lunghezza vite non supportata/ Weight of the unsupported spindle length [N] Ia = Interasse cuscinetti/ Bearing spacing [mm] nzul= Velocità ammessa/ Admissible speed [rpm]
Fattore di correzione/ Correction factor
fkr = 0,32 Caso 1/ Case 1
fkr = 1,0 Caso 2/ Case 2
fkr = 1,55 Caso 3/ Case 3
fkr = 2,24 Caso 4/ Case 4
Dia. x P Core Ø
8 x 2 = 6. 10 x 2 = 8. 12 x 2 = 10. 12 x 3 = 10.
16 x 5 = 14. 20 x 5 = 17. 25 x 5 = 21. 32 x 5 = 27. 40 x 5 = 35. 50 x 5 = 45.
32 x 10 = 25. 40 x 10 = 33. 50 x 10 = 43. 63 x 10 = 55. 80 x 10 = 75. 100 x 10 = 95. 125 x 10 = 102. 160 x 10 = 155.
63 x 20 = 52. 80 x 20 = 72. 100 x 20 = 92. 125 x 20 = 117. 160 x 20 = 152.
Fattore di correzione fk in funzione del tipo di cuscinetto: Correction factor fk for taking into account the type of bearing:
Calcolo della forza di deformazione Fkn in funzione della lunghezza vite Lk e del diametro nocciolo vite/ Calculation of the buckling force Fkn as a function of the spindle length Lk and the spindle-core diameter.
dk = Diametro nocciolo vite/ Spindle core-diameter Lk = Lunghezza vite non supportata/ Unsupported spindle length fk = Fattore di correzione per tipo di cuscinetto/ Correction factor for the bearing type
Forza di deformazione/
Buckling force
F
kn
[kN]
Lunghezza vite non supportata/ Unsupported spindle length L [10^3 mm]
Lo sviluppo tecnologico delle macchine utensili in generale ha richie- sto il Rilevamento di:
Le viti a ricircolazione di sfere permettono un posizionamento molto preciso di slitte e tavole di macchine operatrici come macchine utensili e macchine misuratrici. Per ottenere le precisioni richieste occorre effettuare frequenti misurazioni durante le singole operazioni onde tenere tutto il mon- taggio sotto controllo. Controlli e rilevamenti vengono eseguiti in base ai seguenti criteri, ove alcuni vengono eseguiti solo su richiesta del cliente:
Eccentricità radiale e assiale Durezza Parallelismo Cricche da tempera Gioco assiale Linearità Controllo profilo Dimensioni Precarico Accoppiamenti Coppie a vuoto e sotto carico Rigidità Variazione passo Materiale Profilo filetto
Measurement of:
Ballscrews permit highly accurate positioning of machine slides or tables used on machine-tools and measuring equipment. In order to achieve the accuracy required extensive measurements must be carried out between the single assembling steps so to have the enti- re manufacturing process under control. Dimensional checking and tests must be carried out according to the following criteria. Some of these may only be done on request of the customer:
Radial and axial runout Hardness Parallelism Hardening cracks Axial play Straightness Tooth profile checking Dimensions Pre-loading Fit No-load and load torques Stiffness Pitch variation Material Thread profile