La precisión de posicionamiento de un husillo de bolas no se puede juzgar únicamente por su grado de precisión. Un grado C3, C5 o C7 describe principalmente la precisión del recorrido de fabricación del tornillo, pero la posición final alcanzada por la máquina también depende del juego axial, la precarga, la rigidez del tornillo, los cojinetes de soporte, el acoplamiento, la alineación de la guía, la resolución del codificador, el servocontrol, la temperatura y la carga externa.
Por ejemplo, un husillo de bolas rectificado C5 puede tener una desviación del avance de referencia DLY de aproximadamente ±0,018 mm sobre 300 mm, pero esto no significa que todas las máquinas que utilicen ese husillo alcanzarán una precisión de posicionamiento de ±0,018 mm. El eje instalado puede funcionar mejor después de la calibración en algunas posiciones o peor debido al crecimiento térmico, la deformación elástica, el juego o el error de ensamblaje.
Respuesta directa:La precisión del posicionamiento del husillo de bolas es el resultado combinado de la precisión del avance del husillo y el sistema de movimiento completo. Para un eje de precisión, especifique la precisión de posicionamiento, la repetibilidad, el movimiento perdido bidireccional, la carga, la carrera, la temperatura y el método de medición por separado en lugar de solicitar solo un "husillo de bolas de alta precisión".
¿Qué significa la precisión de posicionamiento del husillo de bolas?
Un husillo de bolas convierte el movimiento de rotación en desplazamiento lineal. Si el paso nominal es de 10 mm, una revolución completa del tornillo debería, en teoría, mover la tuerca de bolas 10 mm.
Viaje lineal ordenado = revoluciones del tornillo × avance nominal
En la práctica, el movimiento real difiere ligeramente del movimiento ordenado. La precisión de posicionamiento describe qué tan cerca sigue la posición real del eje de la coordenada ordenada en condiciones de prueba definidas.
A menudo, varios términos relacionados se combinan incorrectamente en un solo valor de precisión:
| Plazo de ejecución | Lo que describe | Principales factores que influyen |
|---|---|---|
| Precisión de plomo | Qué tan cerca sigue el viaje real al viaje especificado en una distancia definida | Fabricación de tornillos, inspección, compensación de plomo y temperatura. |
| Precisión de posicionamiento | Diferencia entre la coordenada ordenada y la posición final real del eje | Error de avance, retroalimentación, rodamientos, rigidez, control, carga, alineación y temperatura. |
| Repetibilidad | Con qué consistencia el eje regresa a la misma posición durante movimientos repetidos | Juego, fricción, ajuste de servo, rodamientos, precarga y estabilidad de medición. |
| Contragolpe o movimiento perdido | El movimiento no se transmite inmediatamente cuando se invierte la dirección de marcha. | Juego de tuercas, precarga, cojinetes de soporte, acoplamiento, desgaste y montaje. |
| Resolución | El comando teórico más pequeño o incremento de retroalimentación. | Conteos de codificador, avance de tornillo, interpolación de controlador y escala de retroalimentación |
| Rigidez | Resistencia al desplazamiento axial cuando se aplica carga. | Diámetro del tornillo, precarga de la tuerca, disposición de los cojinetes, estructura de montaje y longitud sin soporte |
Una máquina puede tener una excelente repetibilidad pero aun así tener una precisión de posicionamiento absoluta deficiente. Es posible que regrese repetidamente a la misma coordenada incorrecta porque el error de avance acumulado permanece constante.
La precisión del plomo es el punto de partida
La precisión del avance describe la relación entre la rotación del tornillo y el recorrido lineal real. Es una de las primeras especificaciones a comprobar al seleccionar un husillo de bolas de posicionamiento.
Si un tornillo de avance nominal de 10 mm completa 30 revoluciones, el recorrido ordenado es de 300 mm. Si el movimiento medido es 299,985 mm, la desviación del recorrido en esa posición es −0,015 mm.
Ejemplo:
Recorrido comandado = 30 × 10 mm = 300 mm
Recorrido medido = 299,985 mm
Desviación de recorrido = 299,985 − 300 = −0,015 mm
Para husillos de bolas rectificados DLY, los valores de referencia prácticos incluyen:
| Grado de precisión | Desviación del cable de referencia DLY | Dirección General de Selección |
|---|---|---|
| C3 | Aproximadamente ±0,008 mm sobre 300 mm | Rectificadoras de precisión, sistemas de inspección, ejes exigentes para máquinas herramienta y equipos de posicionamiento controlado |
| C5 | Aproximadamente ±0,018 mm sobre 300 mm | Equipos CNC de precisión, automatización industrial y sistemas de alimentación de máquinas herramienta. |
| C7 | Confirmar de acuerdo con el producto aplicable y el estándar de precisión. | Transmisión industrial general, equipos de manipulación y sistemas de posicionamiento económicos. |
Estas cifras describen la desviación del cable a lo largo de una distancia de viaje establecida. Escribir sólo "la precisión es de 0,008 mm" está incompleto porque no explica si el valor se aplica a una revolución, 100 mm, 300 mm o la carrera efectiva completa.
La definición exacta del grado, la longitud efectiva de la rosca, la desviación representativa del recorrido, la fluctuación y el método de inspección deben confirmarse de acuerdo con la norma aplicable y la especificación del husillo de bolas suministrado.
Para una comparación más detallada, lea¿Cuál es la precisión de un husillo de bolas rectificado? C3 y C5 explicados.
El grado de precisión no es la precisión final de la máquina
El grado de precisión se asigna al husillo de bolas bajo condiciones de inspección específicas. Una vez instalado el tornillo, los errores mecánicos y de control adicionales pasan a formar parte del resultado del posicionamiento.
Un presupuesto de error de posicionamiento práctico puede incluir:
- Desviación residual del avance del husillo de bolas
- Juego axial o error de inversión
- Deformación elástica del eje del tornillo.
- Desplazamiento elástico en el interior de la tuerca de bolas.
- Movimiento axial de los cojinetes de soporte del lado fijo.
- Soporte de tuerca de bolas y deformación de la mesa de la máquina.
- Acoplamiento deformación torsional o conexión floja
- Error del codificador y del sistema de control
- Expansión térmica del husillo de bolas
- Desalineación entre el tornillo y las guías lineales
- Incertidumbre de medición y calibración.
Para una estimación inicial conservadora, se pueden agregar errores máximos conocidos según sus posibles direcciones. Sólo se debe utilizar un cálculo de raíz cuadrática cuando las fuentes de error sean adecuadamente independientes y los supuestos estadísticos estén justificados.
Error común:Si especifica un tornillo C3 y asume que la máquina ensamblada alcanzará automáticamente la precisión de posicionamiento C3. El bastidor de la máquina, los cojinetes de soporte, el codificador, las guías, el control de temperatura, la instalación y la calibración deben preservar los beneficios del grado de tornillo seleccionado.
La reacción aparece principalmente cuando se invierte la dirección
El juego axial normalmente no crea el mismo error durante el desplazamiento continuo en una dirección sin cambios. Su efecto se vuelve más visible cuando el tornillo invierte su dirección o cuando la carga axial cambia de dirección.
Durante la marcha atrás, el motor puede comenzar a girar antes de que responda la mesa. Este retraso a menudo se describe como reacción, error de inversión o pérdida de movimiento.
Las posibles fuentes incluyen:
- Espacio libre entre el eje del tornillo, las bolas y las pistas de rodadura de la tuerca
- Precarga de tuerca insuficiente o perdida
- Juego axial en los cojinetes de soporte del lado fijo
- Contratuerca del rodamiento floja
- Soporte de tuerca de bola suelta
- Holgura de acoplamiento o tornillos de sujeción flojos
- Desgaste en el tornillo, tuerca, cojinetes o componentes de montaje.
- Deformación elástica bajo carga inversa.
Una tuerca precargada puede reducir el juego axial y mejorar la rigidez en marcha atrás. No corrige la desviación del paso de fabricación del eje del tornillo. El aumento de la precarga no puede convertir la precisión de un cable C5 en C3.
Una precarga excesiva también puede aumentar el par de funcionamiento, la generación de calor, la demanda del motor, la sensibilidad a la lubricación y el desgaste. La precarga debe seleccionarse de acuerdo con la rigidez requerida, la carga inversa, la velocidad, el ciclo de trabajo y el aumento de temperatura permitido.
Resolución no es lo mismo que precisión
Un codificador y controlador de motor puede ordenar incrementos de movimiento extremadamente pequeños, pero esto no prueba que el eje mecánico pueda alcanzar físicamente esos incrementos con la misma precisión.
El incremento del comando lineal teórico se puede estimar usando:
Incremento lineal teórico = avance del husillo de bolas ÷ recuentos efectivos del codificador por revolución
Por ejemplo, un husillo de bolas de avance de 10 mm con 10.000 cuentas efectivas por revolución del husillo tiene un incremento de comando teórico de:
10 mm ÷ 10.000 = 0,001 mm = 1 µm
Este valor de 1 μm es un incremento teórico de control o retroalimentación. Esto no significa que el eje tenga una precisión de posicionamiento de 1 μm. Persisten el juego mecánico, la desviación del cable, el comportamiento del servo, la fricción, la rigidez, la temperatura y la incertidumbre de medición.
Un paso de husillo de bolas más pequeño puede mejorar el incremento lineal teórico para el mismo codificador. También puede aumentar la ventaja mecánica. Sin embargo, una mina más pequeña no tiene automáticamente un mejor grado de precisión de fabricación.
Un tornillo C7 con un paso de 5 mm no es necesariamente más preciso que un tornillo C5 con un paso de 10 mm. El tamaño del cable y el grado de precisión del cable son especificaciones independientes.
La rigidez axial cambia la posición bajo carga
Incluso cuando no hay juego mecánico, un eje puede moverse ligeramente porque sus componentes se deforman elásticamente bajo carga axial.
El desplazamiento elástico aproximado de un componente se puede expresar como:
δ = F ÷ K
Dónde:
- δ= desplazamiento elástico
- F= carga axial aplicada
- k= rigidez axial
Si un conjunto de husillo de bolas tiene una rigidez axial efectiva de 200 N/μm y la carga operativa cambia en 1000 N, el desplazamiento elástico correspondiente es aproximadamente:
1000 N ÷ 200 N/μm = 5 μm
La rigidez completa del eje de alimentación es menor que la rigidez de su componente individual más fuerte porque el eje del tornillo, la tuerca de bolas, los cojinetes de soporte, el soporte de la tuerca, la mesa y la base de la máquina se deforman.
Los factores que afectan la rigidez axial incluyen:
- Diámetro de la raíz del tornillo
- Distancia entre la tuerca de bolas y el soporte fijo
- Estructura de tuerca de bolas y precarga.
- Disposición de rodamientos del lado fijo y precarga
- Soporte de tuerca y rigidez de la mesa.
- Rigidez del perno de montaje y de la superficie de ubicación
Esta es la razón por la que la precisión del posicionamiento debe probarse bajo una carga representativa de la máquina real siempre que el desplazamiento relacionado con la carga sea importante.
La expansión térmica puede exceder el error principal del catálogo
Un husillo de bolas de acero se alarga a medida que aumenta su temperatura. El calor puede provenir de la precarga de la tuerca, la alta velocidad de rotación, los cojinetes de soporte, los sellos, el comportamiento del lubricante, el motor o el entorno circundante.
El crecimiento térmico aproximado se puede estimar utilizando:
ΔL = α × L × ΔT
Utilizando un coeficiente de expansión térmica del acero aproximado de 11,5 × 10−6/°C, una sección de tornillo de 500 mm que experimenta un aumento de temperatura de 5°C puede expandirse:
ΔL = 11,5 × 10−6× 500 × 5
ΔL ≈ 0,0288 mm = 28,8 µm
Este crecimiento térmico teórico ya es mayor que la desviación del cable de referencia del DLY C5 de ±18 μm en 300 mm. Los valores describen diferentes condiciones, pero la comparación muestra por qué seleccionar un grado de tornillo más alto por sí solo no puede garantizar una precisión estable después de que la máquina se calienta.
Un eje de precisión puede requerir:
- Un ciclo de calentamiento controlado
- Temperatura ambiente estable
- Lubricación seleccionada para limitar la generación de calor.
- Monitoreo de temperatura
- Refrigeración del husillo de bolas cuando esté justificado
- Compensación de temperatura o cable basada en controlador
- Retroalimentación de posición lineal directa
- Un dispositivo de soporte diseñado, fijo-fijo o pretensado, cuando corresponda.
Cómo los rodamientos de soporte afectan el posicionamiento
Los cojinetes de soporte del lado fijo establecen la referencia axial del husillo de bolas. El movimiento axial en esta pila de rodamientos afecta directamente la posición de la mesa cuando cambia la carga o la dirección.
Los errores comunes relacionados con el soporte incluyen:
- Orientación incorrecta del rodamiento de contacto angular
- Precarga del rodamiento insuficiente o excesiva
- Una contratuerca de precisión suelta
- Contacto incompleto entre el rodamiento y el hombro del eje.
- Contaminación detrás de un espaciador o un anillo de rodamiento
- Desviación del extremo del eje o mala concentricidad
- Apoye el movimiento de la carcasa en la superficie de montaje.
Un husillo de bolas de alta precisión instalado con rodamientos de soporte de baja rigidez o incorrectamente ensamblados puede mostrar un rendimiento de inversión deficiente incluso cuando la tuerca de bolas casi no tiene juego axial.
La alineación con la guía lineal es esencial
Las guías lineales definen el recorrido de la mesa. El husillo de bolas debe transmitir la fuerza axial a lo largo de esa trayectoria sin tirar la mesa hacia los lados.
Si el eje del tornillo no es paralelo a la trayectoria de la guía, la tuerca de bolas y los cojinetes de soporte se ven obligados a absorber cargas radiales o de momento que no estaban destinados a soportar.
Los posibles resultados incluyen:
- Cambio del par de funcionamiento a lo largo de la carrera
- Repetibilidad dependiente de la posición
- Mayor corriente del motor
- Generación de calor local
- Carga de bolas desigual
- Desgaste prematuro de la tuerca y los cojinetes de soporte.
El soporte de tuerca y las unidades de soporte deben estar alineados con la trayectoria establecida del carril guía. El husillo de bolas no debe utilizarse para colocar en su posición guías desalineadas o una base de montaje imprecisa.
Para obtener orientación sobre la instalación, leaParalelismo de husillos de bolas: cómo alinear un husillo de bolas durante la instalación.
La retroalimentación rotativa y la retroalimentación lineal directa son diferentes
Con un codificador rotatorio montado en el motor, el controlador calcula la posición de la mesa a partir de la rotación del motor y el avance nominal del husillo de bolas. Los errores entre el motor y la mesa pueden permanecer fuera del circuito de medición directa.
Estos pueden incluir:
- Desviación del avance del husillo de bolas
- Juego y movimiento del rodamiento.
- Deformación del acoplamiento
- Tornillo de crecimiento térmico
- Deformación elástica mecánica
Un codificador lineal directo mide la posición real de la mesa a lo largo del eje. En un sistema de circuito cerrado completo diseñado correctamente, puede corregir muchos errores entre el motor de accionamiento y la mesa móvil.
La retroalimentación directa no elimina el bloqueo mecánico, la precarga excesiva, la fricción inestable, la desalineación de las guías o la deformación estructural. Estos problemas aún deben corregirse mecánicamente.
Ejemplo: por qué un comando de 1 μm no equivale a una precisión de 1 μm
Considere un eje de posicionamiento de 500 mm con:
- Paso de husillo de bolas de 10 mm
- 10.000 recuentos efectivos de codificador por revolución de tornillo
- Husillo de bolas rectificado C5
- Aumento de temperatura del tornillo de 5°C
- Cambio de 1.000 N en la carga axial
- Rigidez efectiva del eje de alimentación de 200 N/μm
| Artículo | Valor ilustrativo | Significado |
|---|---|---|
| Incremento teórico del codificador | 1 µm | Incremento de comando calculado más pequeño, precisión física no garantizada |
| Desviación del cable de referencia DLY C5 | Aproximadamente ±18 µm/300 mm | Referencia de desviación de viaje fabricada sobre la distancia indicada |
| Crecimiento térmico superior a 500 mm a +5°C | Aproximadamente 28,8 micras | Posible cambio de longitud del tornillo antes de considerar restricciones o compensación |
| Desplazamiento elástico bajo un cambio de carga de 1000 N. | Aproximadamente 5 micras | Movimiento relacionado con la carga basado en la rigidez efectiva supuesta |
Estos valores no deben simplemente agregarse y declararse como el error final de la máquina. Algunos pueden variar según la posición, dirección, carga, temperatura, calibración o método de retroalimentación.
El ejemplo demuestra el punto principal: un controlador capaz de ordenar un incremento de 1 μm no hace que el eje completo tenga una precisión de 1 μm.
Cómo medir el rendimiento del posicionamiento del husillo de bolas
El método de medición debe coincidir con la característica que se especifica.
| Característica | Dirección de medición adecuada | Condiciones de prueba importantes |
|---|---|---|
| Precisión del avance del husillo de bolas | Equipo dedicado de medición de plomo o sistema de inspección del fabricante. | Recorrido de referencia definido, longitud efectiva de la rosca, temperatura y estándar de grado |
| Precisión de posicionamiento de eje completo | Interferómetro láser o sistema de medición lineal calibrado | Múltiples posiciones, direcciones de viaje, condiciones de calentamiento, carga y temperatura ambiente |
| Repetibilidad | Aproximación repetida a las mismas posiciones utilizando una referencia de posición independiente | Conteo de repeticiones, dirección de aproximación, velocidad, carga, permanencia y estabilidad de temperatura. |
| Error de reacción o inversión | Indicador de cuadrante, codificador lineal o medición láser durante la inversión de dirección | Pequeños movimientos controlados desde ambas direcciones y montaje estable. |
| Rigidez axial | Carga axial controlada con medición de desplazamiento. | Posición de carga, disposición de rodamientos, posición de tornillos y rigidez estructural completa. |
| Deriva térmica | Medición de posición combinada con registros de temperatura ambiente, de rodamientos, de tornillos y de motores | Ciclo completo de calentamiento, funcionamiento, enfriamiento y reinicio. |
No evalúe un eje de precisión desde un punto de medición. Los errores de posicionamiento pueden cambiar a lo largo de la carrera debido a la desviación acumulada del cable, el error de alineación local, la distribución de la temperatura del tornillo o la deformación estructural.
Cómo seleccionar la precisión requerida del husillo de bolas
El grado de precisión correcto debe seleccionarse a partir del presupuesto de errores completo de la máquina y no únicamente del nombre de la aplicación.
| Condición de selección | C7 puede ser adecuado | Considere la Tierra C5 | Considere la Tierra C3 |
|---|---|---|---|
| Dirección de aplicación | Automatización general, transporte, manipulación y transmisión CNC económica. | CNC de precisión, avance de máquina herramienta y posicionamiento industrial controlado | Rectificado de precisión, inspección y posicionamiento exigente de ejes |
| Requisito de error de viaje | Requisito de posicionamiento moderado o compensación del controlador disponible | Reducción del error de prospecto acumulado requerido | Se requiere un control de avance más estricto sobre la carrera especificada |
| Comentario | El codificador del motor puede ser suficiente | Retroalimentación rotativa adecuada o escala directa según el presupuesto de error | Normalmente se requiere retroalimentación de alta resolución y medición calibrada para preservar el beneficio. |
| control de temperatura | La variación industrial normal es aceptable. | Puede ser necesario un calentamiento o una compensación básica. | La temperatura debe controlarse, medirse o compensarse. |
| Costo y viabilidad | Elección económica de uso general | Balanza de costes de precisión práctica para muchas máquinas | Úselo cuando la calificación más estricta esté técnicamente justificada. |
C5 no debe tratarse como una opción de baja precisión. Para muchos ejes CNC y de automatización, proporciona un equilibrio práctico entre precisión del recorrido, disponibilidad, viabilidad de fabricación y costo.
Se debe seleccionar C3 cuando el presupuesto de error demuestra que es necesario un control de avance más estricto y cuando la estructura de la máquina, los cojinetes, el sistema de medición, el control de temperatura y el proceso de ensamblaje pueden preservar esa ventaja.
Información necesaria antes de seleccionar un husillo de bolas de precisión
Para seleccionar un husillo de bolas adecuado, proporcione un grado de precisión superior al solicitado.
- Precisión de posicionamiento absoluta requerida
- Repetibilidad unidireccional y bidireccional requerida
- Máximo juego aceptable o pérdida de movimiento
- Carrera efectiva y longitud total del tornillo
- Diámetro del tornillo y paso preferido
- Instalación horizontal, vertical o inclinada
- Masa en movimiento, carga axial y fuerza de proceso
- Velocidad lineal máxima y aceleración.
- Ciclo de trabajo y vida útil esperada
- Tipo de tuerca y requisito de precarga
- Disposición de soporte
- Información del motor, acoplamiento y codificador.
- Rango de temperatura ambiente y de funcionamiento
- Si se utiliza un codificador lineal directo o una compensación por software
- Informe de inspección requerido y método de aceptación.
- Plano de montaje y mecanizado de extremos de eje.
DLY suministra productos laminados en frío y rectificados de precisión.husillos de bolaspara máquinas CNC, equipos de automatización, módulos lineales, máquinas herramienta y sistemas de posicionamiento personalizados.
Dependiendo del modelo y proyecto, las opciones disponibles incluyen husillos de bolas laminados C7, husillos de bolas rectificados C5 y C3, diferentes estructuras de tuercas, requisitos de precarga, longitudes personalizadas, unidades de soporte, acoplamientos y mecanizado de extremos de eje.
Para un pedido C3 o C5 exigente, confirme si el requisito es solo una declaración de calidad o un informe de inspección de errores de avance individual para el tornillo suministrado.
Errores comunes en la precisión de los husillos de bolas
- Describir la precisión sin indicar la longitud del recorrido
- Tratar la resolución del codificador como precisión de posicionamiento de la máquina
- Suponer que un cliente potencial más pequeño tiene automáticamente un mejor grado de precisión
- Repetibilidad confusa con precisión de posicionamiento absoluta
- Suponiendo que la precarga corrija el error del avance del tornillo
- Comprobación de la tuerca de bolas ignorando los cojinetes de soporte y el acoplamiento
- Instalación de un tornillo de precisión antes de alinear las guías
- Ignorando la deformación elástica bajo carga de trabajo.
- Ignorar la temperatura del tornillo y el calentamiento de la máquina
- Seleccionar C3 cuando la estructura de la máquina no puede preservar el rendimiento de C3
- Probar sólo desde una dirección y pasar por alto el error de inversión
- Medición en una sola posición en lugar de a lo largo de la carrera de trabajo
Conclusión
La precisión de posicionamiento de un husillo de bolas no es un número de catálogo aislado. La precisión del avance determina qué tan cerca sigue la tuerca el recorrido especificado, mientras que el juego, la repetibilidad, la rigidez, los cojinetes de soporte, la alineación, la temperatura, la retroalimentación del codificador y el servocontrol determinan el rendimiento final del eje instalado.
Un husillo de bolas rectificado DLY C5 puede proporcionar una desviación del cable de referencia de aproximadamente ±0,018 mm en 300 mm, mientras que C3 puede proporcionar aproximadamente ±0,008 mm en 300 mm. Estos valores deben tratarse como referencias de precisión del avance del husillo de bolas, no garantizadas como precisión de posicionamiento de la máquina completa.
El proceso de selección correcto comienza con la definición de la precisión de posicionamiento, la repetibilidad, el juego, la carrera, la carga, la velocidad, la temperatura, la retroalimentación y los requisitos de medición de la máquina. La calidad del husillo de bolas se puede seleccionar entonces como parte del presupuesto completo de errores de posicionamiento.
¿Necesita ayuda para seleccionar el grado de precisión de un husillo de bolas?
Envíe a DLY la precisión de posicionamiento, la repetibilidad, el juego, la carrera, la longitud del tornillo, la carga, la velocidad, la aceleración, el rango de temperatura, el método de retroalimentación, la disposición del soporte y el dibujo del extremo del eje que necesita. Podemos ayudar a revisar el grado, el diámetro, el paso, el tipo de tuerca, la precarga, las unidades de soporte y los requisitos de mecanizado del husillo de bolas.
Correo electrónico: export@dlybearing.com
Sitio web: www.deliyalinearmotion.com
