پیچ‌های گلوله‌ای توضیح داده شده: راهنمای عملی برای متخصصان اتوماسیون صنعتی

1. چیست یک درخته بول ? مبانی و نحوه عملکرد آن

2. پنج جزء اصلی مجموعه پیچ گلوله‌ای

• شافت مارپیچ : قلب چرخنده سیستم، با یک مسیر مارپیچ دقیق ماشین‌کاری‌شده. بیشتر از فولاد یاتاقان با کروم بالا و کربن بالا (SUJ2) یا فولاد آلیایی (SCM440) ساخته می‌شوند—موادی که به دلیل استحکانشان انتخاب می‌شوند. پس از عملیات حرارتی (دمپایی) و سنگ‌زنی دقیق، محور به سختی HRC58-62 و زبری سطح Ra ≤ 0.2 μm می‌رسد. این موضوع تضمین می‌کند که گلوله‌های فولادی به‌راحتی می‌چرخند و در برابر سایش مقاوم هستند، حتی در کاربردهای سرعت بالا.
• میخ : قطعه‌ای که به‌صورت خطی حرکت می‌کند و به‌طور کامل با محور پیچ متراشده است. مسیر داخلی آن به‌دقت سنگ‌زده شده تا دقیقاً با شیار محور پیچ مطابقت داشته باشد، و دارای سوراخ‌های نصب است تا به اجزای خطی (مانند میز ابزار ماشین) متصل شود. استفاده از همان ماده برای محور تضمین می‌کند که سایش و سازگاری به‌صورت یکنواخت باشد.
• گلوله‌های فولادی : اجزای کوچکی که اصطکاک را کاهش می دهند. از فولاد حامل درجه G10-G3 با دقت بالا ساخته شده است (با تحمل قطر فقط ± 0.001mm) ، اندازه و تعداد آنها به طور مستقیم بر میزان بار گیری پیچ توپ می تواند تحمل کند (قدرت بار) و چقدر سفت است (سختی). به آن ها به عنوان "رول ها" فکر کنید که کل سیستم را کارآمد می کنند.
• سیستم گردش خون (تجهیزات بازگشت) : "پليس ترافیک" برای توپ های فولادی. توپ ها رو به نقطه شروع مسیر هدایت می کنه تا حرکت متوقف نشه دو نوع اصلی گردش داخلی و خارجی وجود دارد (ما بعداً به آنها می پردازیم). یک سیستم گردش خون به خوبی طراحی شده باعث می شود که صدا کم شود و حرکت بدون مشکل انجام شود.
• دستگاه پخت محافظ در انتهای مغز و لبه بیرونی نصب شده، مهر و موم ها گرد و غبار، تراشه های فلزی و مایع برش را از مسیر خارج می کنند در حالی که روغن را در داخل نگه می دارند. انواع رایج شامل مهر و موم های تماس (طوله یا فیلت) برای محیط های گرد و غبار و مهر و موم های لابراتوار بدون تماس برای برنامه های کاربردی با سرعت بالا است. انتخاب مهر مناسب کلید طول عمر خدمت است.

3. انواع متداول از برگردان کره ای : نحوه انتخاب نوع مناسب

3.1 بر اساس حالت گردش گلوله (داخلی در مقابل خارجی)

• پیچ‌های گلوله‌ای با گردش داخلی : گلوله‌ها از طریق یک کانال معکوس داخلی درون مهر می‌چرخشند. مزایا: طراحی فشرده (عالی برای فضاهای تنگ)، عملکرد بی‌صدا (≤ 60 دسی‌بل)، و قابلیت سرعت بالا (تا 3000 دور بر دقیقه). مناسب برای کاربردهای با دقت بالا مانند مراکز ماشین‌کاری CNC و تجهیزات بسته‌بندی نیمه‌هادی. معایب: ساخت پیچیده‌تر است، بنابراین کمی گران‌تر است.
• پیچ‌های گلوله‌ای با گردش خارجی : گلوله‌ها از طریق یک لوله بازگشت جداگانه یا شیار هدایت، در خارج از مهره حرکت می‌کنند. مزایا: ساده برای تولید (هزینه پایین‌تر)، نگهداری آسان و امکان افزودن مدارهای متعدد برای افزایش ظرفیت بار. معایب: اندازه مهره حجیم‌تر، عملکرد پرنویزتر و سرعت حداکثری پایین‌تر (≤ 2000 دور بر دقیقه). مناسب برای تجهیزات اتوماسیون عمومی و ماشین‌آلات سنگین که دقت بالا اولویت اصلی نیست.

3.2 بر اساس درجه دقت (C1 تا C16 به چه معناست؟)

• دقت بالا (C1-C5) : خطای پیشروی بسیار کم (به اندازه ≤ 0.003 میلی‌متر/300 میلی‌متر برای درجه C1). در کاربردهایی استفاده می‌شود که هر میکرون اهمیت دارد — مانند دستگاه‌های بسته‌بندی نیمه‌هادی و مراحل موقعیت‌یابی ابزارهای نوری. این گزینه‌ها بالاترین رده را برای کارهای حساس به دقت تشکیل می‌دهند.
• دقت متوسط (C7-C10) : درجه‌ای که بیشترین محبوبیت را در کاربردهای صنعتی دارد. خطای گام بین 0.025mm/300mm (C7) تا 0.050mm/300mm (C10) متغیر است. این درجه تعادل مناسبی بین دقت و هزینه ایجاد می‌کند و به همین دلیل ایده‌آل است برای ابزار ماشین‌های کنترل عددی (CNC)، بازوهای رباتیک و ماژول‌های خطی. اگر مطمئن نیستید که کدام درجه را انتخاب کنید، این گزینه انتخاب ایمنی است.
• دقت عمومی (C16) : حداکثر خطای گام تا ≤ 0.100mm/300mm. این محصولات از طریق فرآیند نورد (سریع و ارزان) تولید می‌شوند و برای کاربردهای کم‌دقت مانند درهای خودکار، نوار نقاله‌های ساده یا هر سیستمی که موقع‌یابی دقیق ضروری نیست، مناسب هستند. این محصولات گزینه مقرون‌به‌صرفه‌ای برای کنترل حرکت پایه‌ای هستند.

3.3 بر اساس نوع نصب (ثابت-ثابت، ثابت-آزاد، ثابت-پشتیبان)

• ثابت-ثابت : هر دو انتها با بلبرینگ‌های تماس زاویه‌ای ثابت شده‌اند. مزایا: بالاترین سفتی، توانایی تحمل بارهای محوری بزرگ و پشتیبانی از سرعت‌های بحرانی بالا (بدون رزونانس). مناسب برای کاربردهای با حرکت طولانی و سرعت بالا مانند ماشین‌های ابزار CNC بزرگ یا ربات‌های صنعتی. معایب: نیاز به نصب دقیق دارد تا از مشکلات ناشی از انبساط حرارتی جلوگیری شود.
• ثابت-آزاد : یک انتها ثابت و انتهای دیگر آزاد (بدون بلبرینگ). مزایا: نصب بسیار آسان و انتهای آزاد انبساط حرارتی را جبران می‌کند (هنگامی که میله گرم شده و منبسط می‌شود). معایب: سفتی پایین و ظرفیت بار محدود. بهترین گزینه برای کاربردهای با حرکت کوتاه و سرعت پایین مانند دستگاه‌های الکترونیکی کوچک یا سیستم‌های خطی سبک.
• ثابت-پشتیبانی‌شده : یک انتها ثابت و انتهای دیگر توسط یک بلبرینگ شیار عمیق پشتیبانی می‌شود. مزایا: تعادل بین سفتی و آسانی نصب. قادر به تحمل بارهای محوری و حرکت‌های متوسط است. معایب: به اندازه نوع ثابت-ثابت سفت نیست. ایده‌آل برای ماژول‌های اتوماسیون با حرکت و سرعت متوسط، مانند ربات‌های بردار-قراردهی یا تجهیزات بسته‌بندی.

4. شاخص‌های کلیدی فنی برای ارزیابی پیچ گویی

• پیچش (P) : فاصله‌ای که مهر می‌رونده وقتی پیچ یک دور کامل می‌چرخد (اندازه‌گیری شده بر حسب میلی‌متر). طول گام دو ویژگی کلیدی را تعیین می‌کند: سرعت (سرعت خطی = گام × سرعت چرخشی) و وضوح موقعیت‌دهی. از گام‌های ریز (≤ 5 میلی‌متر) برای موقعیت‌دهی دقیق (مانند تجهیزات نوری) و از گام‌های درشت (≥ 20 میلی‌متر) برای کاربردهای سرعت بالا (مانند خطوط بسته‌بندی) استفاده کنید.
• ظرفیت بار محوری : حداکثر نیروی محوری (بر حسب نیوتن، N) که پیچ گویی می‌تواند بدون آسیب تحمل کند. این مقدار توسط اندازه و تعداد گلوله‌های فولادی، و همچنین شکل مسیر حرکت تعیین می‌شود. بارگذاری بیش از حد بر روی یک پیچ گویی باعث سایش زودرس و کاهش دقت می‌شود؛ بنابراین همیشه باید قطعه‌ای را انتخاب کنید که ظرفیت بار آن بالاتر از نیاز سیستم شما باشد.
• سختی : میزان مقاومت پیچ گویی در برابر تغییر شکل تحت بار. سفتی محوری مهم‌ترین عامل برای دقت موقعیت‌یابی است؛ اگر پیچ تحت بار خم یا کشیده شود، دقت موقعیت‌یابی شما کاهش می‌یابد. سفتی را با انتخاب قطر پیچ بزرگ‌تر، استفاده از نصب نوع ثابت-ثابت (fixed-fixed)، یا افزودن پیش‌بار (در ادامه به آن می‌پردازیم) افزایش دهید.
• سرعت بحرانی : حداکثر سرعت (برحسب دور در دقیقه) که پیچ می‌تواند بدون وقوع تشدید (لرزش شدید) بچرخد. در صورت تجاوز از این سرعت، پیچ شروع به ارتعاش می‌کند که این امر باعث از بین رفتن دقت و احتمالاً آسیب به سیستم می‌شود. سرعت بحرانی به قطر، طول و نوع نصب پیچ بستگی دارد؛ پیچ‌های بلندتر و نازک‌تر سرعت بحرانی پایین‌تری دارند.
• بازده انتقال : نسبت توان خروجی به توان ورودی. پیچ‌های گویی بسیار کارآمد هستند—بین 90 تا 98 درصد—در مقایسه با پیچ‌های لغزشی که تنها 30 تا 50 درصد کارایی دارند. کارایی بالا به معنای تلفات انرژی کمتر است که این امر بار موتور را کاهش داده و در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی می‌کند.

5. راهنمای گام‌به‌گام برای انتخاب مناسب درخته بول

1. مشخص کردن نیاز‌های کاربرد شما : ابتدا نیاز‌های اصلی خود را یادداشت کنید: دقت موقعیت‌دهی مورد نیاز شما چیست؟ پیچ گوی می‌بایست چه باری را تحمل کند؟ حداکثر سرعت چقدر است؟ طول stroke چقدر است؟ پاسخ دادن به این سوالات گزینه‌ها را محدود خواهد کرد (مثلاً دقت بالا = درجه C1-C5؛ بار سنگین = پیچ قطر بزرگ‌تر).
2. انتخاب حالت گردش : اگر به سرعت بالا، نویز پایین یا طراحی فشرده نیاز دارید، گردش داخلی را انتخاب کنید (مثلاً مراکز ماشین‌کاری CNC). اگر بودجه محدود دارید، نگهداری آسان می‌خواهید یا فضای کافی برای مهر وجود دارید، گردش خارجی را انتخاب کنید (مثلاً تجهیزات اتوماسیون عموم).
3. تطبیق درجه دقت : دقت فوق‌العاده (C1-C5) برای نیمههادیوها، اپتیک یا تجهیزات پزشکی. دقت متوسط (C7-C10) برای بیشتر ماشینهای کنترل عددی (CNC)، رباتها و ماژولهای خطی. دقت عمومی (C16) برای کارهای کم‌هزینه و کم‌دقت مانند درهای خودکار یا نوار نقاله.
4. محیط کاری را در نظر بگیرید : اگر سیستم شما در محیطی گرد و غبار، مرطوب یا خورنده (مانند یک کارگاه فلزکاری) قرار دارد، پیچهای گویی با آب‌بندی بهبودیافته و پوشش ضد خوردگی (پوشش نیکل یا کروم) انتخاب کنید. برای محیطهای دمای بالا (مانند نزدیک کورهها)، از مواد و روغنکارهای مقاوم در برابر دمای بالا استفاده کنید.
5. نیاز به پیش‌تنش را تعیین کنید : پیش‌تنش باعث حذف بازی (لَش) بین پیچ و مهره شده و صلبیت و دقت موقعیت‌یابی را افزایش می‌دهد. از پیچهای گویی پیش‌تنش‌شده (دو مهرهای، افست یا پیش‌تنش طول پیچ) در کاربردهایی مانند ماشینکاری CNC یا چاپ سه‌بعدی استفاده کنید. برای کارهای عمومی، از پیش‌تنش صرف‌نظر کنید — پیچهای گویی بدون پیش‌تنش برای بیشتر کنترل‌های حرکتی ساده مناسب هستند.

6. نکات نگهداری برای افزایش عمر پیچ گویی

• روغن‌کاری منظم : روغنکاری اصطکاک و سایش را کاهش می‌دهد. از روغن روانکار برای کاربردهای پرسرعت (که در سرعت‌های بالا جریان بهتری دارد) و از گریس برای کارهای کم‌سرعت و پربار (که مدت طولانی‌تری در جای خود باقی می‌ماند) استفاده کنید. هر 200 تا 500 ساعت کارکرد دستگاه مجدداً آن را اعمال کنید — برای یادآوری این مرحله حیاتی یک یادآور تنظیم کنید.
• تمیز و درزگیری شده نگه دارید : درزگیرها را به‌طور منظم از نظر آسیب بررسی کنید—در صورت ترک خوردن یا فرسودگی آنها را تعویض کنید. محور پیچ و مهره را به‌طور دوره‌ای تمیز کنید تا گردوغبار و آلودگی‌ها از بین بروند. برای محیط‌های سخت (مانند کار با چوب یا فلز)، یک پوشش محافظ تلسکوپی اضافه کنید تا آلاینده‌ها از سیستم دور نگه داشته شوند.
• دقت را به‌طور منظم بررسی کنید : برای بررسی دقت موقعیت‌یابی و خطای پیشروی از یک نمایشگر دیال (برای بررسی‌های پایه) یا یک تداخل‌سنج لیزری (برای اندازه‌گیری‌های دقیق) استفاده کنید. اگر کاهشی در دقت مشاهده کردید—مانند قطعاتی که خارج از تلرانس تولید می‌شوند—زمان آن رسیده است که پیچ گویی را تنظیم یا تعویض کنید.
• از بارگذاری بیش از حد و سرعت بیش از حد جلوگیری کنید : محدودیت‌های بار نامی و سرعت پیچ گویی را رعایت کنید. بارگذاری بیش از حد می‌تواند باعث خم شدن پیچ یا آسیب به مسیر حرکت گوی‌ها شود؛ در حالی که سرعت بیش از حد باعث تشدید و ارتعاش می‌شود. اگر سیستم شما به توان بیشتری نیاز دارد، به یک پیچ گویی بزرگ‌تر ارتقا دهید—به جای آن که یک پیچ کوچک را فراتر از حد مجاز تحت فشار قرار دهید.