【德国机械资料】HIWIN Ballscrew-技术手册(C).pdf
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1、.twBallscrewsTechnical Information滾珠螺桿技術手冊2005年台灣精品金質獎滾珠螺桿 Ballscrew 重負荷滾珠螺桿-全電試射出成型機型2004年台灣精品獎定位線性滑軌Positioning Guideway2004年台灣精品金質獎2005年中小企業創新研究獎線性伺服馬達Linear Synchronous Motor 無鐵心式(LMC)鐵心式(LMS)2002年台灣精品獎2001年中小企業創新研究獎線性致動器Linear Actuator 醫療/自動化/工業用2010,2003年台灣精品金質獎工業機器人Single Axis Robot KK 半導體、電子
2、化系列 KS,KA 自動化系列2009年台灣精品銀質獎空氣軸承線性馬達定位平台Linear Motor Air Bearing Platform2008年台灣精品金質獎2007,2002年台灣精品銀質獎線性滑軌 Linear GuidewayHG/EG/RG/MG 系列精密機械/電子半導體/生技醫療 E2 自潤式 Q1 靜音式 A1 氣淨式位置量測系統Positioning Measurement System2009,2008年台灣精品金質獎2006,2001,1993年台灣精品銀質獎滾珠螺桿 Ballscrew精密研磨/精密轉造 高速化(高 Dm-N 值/Super S 系列)重負荷 E2
3、 自潤式 R1 螺帽旋轉式線性馬達驅動的X-Y平台Linear Motor X-Y Robot2006年台灣精品銀質獎2007年中小企業創新研究獎TMS直驅式定位平台TMS Direct-Driven Positioning System線性馬達龍門系統Linear Motor Gantry高速化高精度複合化環保生活化S99TC11-1006IBallscrews Technical Information滾珠螺桿技術手冊 目次1.前言.12.HIWIN 滾珠螺桿之特色與應用.12.1 滾珠螺桿的特性.12.2 應用範圍.43.HIWIN 滾珠螺桿的分類.53.1 標準滾珠螺桿.53.2 螺帽
4、型式.53.3 軸端肩部參考尺寸.74.HIWIN滾珠螺桿的設計及選用.94.1 滾珠螺桿選用和安裝的重要觀念.94.2 滾珠螺桿的選用流程.124.3 滾珠螺桿的精度等級.124.4 預壓方式.194.5 設計計算資料.214.6 溫昇對滾珠螺桿的影響.345.HIWIN滾珠螺桿的規格表示法.366.HIWIN精密研磨級滾珠螺桿.376.1 精密研磨級滾珠螺桿系列.376.2 精密研磨級滾珠螺桿尺寸.396.3 微小型研磨級滾珠螺桿.726.4 精密研磨級滾珠螺桿軸端加工品.886.5 高導程型滾珠螺桿.1276.6 超高導程型滾珠螺桿.133 6.7 高速化滾珠螺桿.1367.HIWIN轉
5、造級滾珠螺桿.1417.1 轉造級滾珠螺桿介紹.1417.2 精密轉造級滾珠螺桿.1417.3 轉造級滾珠螺桿產品系列.1437.4 轉造級滾珠螺桿尺寸.1447.5 轉造級滾珠螺桿標準庫存品.1518.銑床用滾珠螺桿.154S99TC11-1006 II(資料若有修訂,恕不另行通知)9.複合化滾珠螺桿.1559.1 NC高速靜音化滾珠螺桿.1579.2 自潤式滾珠螺桿.1589.3 R1螺帽旋轉式滾珠螺桿.1629.4 重負荷滾珠螺桿.1639.5 Cool Type 滾珠螺桿.1659.6 高防塵滾珠螺桿.16910.HIWIN潤滑脂.17110.1 HIWIN G01 重負荷用潤滑脂.1
6、7110.2 HIWIN G02 低發塵潤滑脂.17210.3 HIWIN G03 低發塵潤滑脂(高速用).17310.4 HIWIN G04 高速用潤滑脂.17410.5 HIWIN G05 泛用潤滑脂.175補充資料A.滾珠螺桿的失效分析.176A1.緒言.176A2.滾珠螺桿發生問題的原因與預防.176A3.探查引起異常背隙的位置.178B.基孔制公差.179C.基軸制公差.180D.HIWIN滾珠螺桿資料表(A).181E.HIWIN滾珠螺桿資料表(B).182HIWIN印刷品版次說明:S99 T C 10-09 09 月份 年份(09:2009)版次 正體中文(C:正體中文 E:英文
7、 J:日文 S:簡體中文)技術手冊(T:技術手冊 D:型錄)滾珠螺桿(S99:滾珠螺桿 G99:線性滑軌 B99:線性軸承)S99TC11-100911 前 言滾珠螺桿亦稱為球螺桿,導螺桿.等,其包含螺桿、螺帽、循環系統及鋼珠。滾珠螺桿為工具機和IT、光電、半導體、醫療等精密設備上最常使用的傳動元件,其主要功能為將旋轉運動轉換為線性運動,或將扭矩轉換為軸向反覆作用力;同時兼具高精度、可逆性和高效率的特色。HIWIN的滾珠螺桿都能滿足各領域上不同的使用要求。HIWIN滾珠螺桿為科技、製程技術、及工程專業技術結合下製造的產品,並且是闡釋HIWIN為 High-TechWinners”之意義。HIW
8、IN精確控管製程,不管是研磨級或轉造級皆嚴守精確牙型設計。嚴謹的熱處理製程以確保滾珠螺桿的硬度及耐磨性能,上述的製程式控制管理皆為達到高負荷及長壽命之要求。HIWIN精密螺桿具高順暢和精密定位,且同時兼備低扭矩、高剛性、超靜音及可預測之長壽命特性。HIWIN轉造級螺桿,亦具有高順暢和長壽命及價格便宜的優點;一般使用在精度較不要求的情況。HIWIN擁有現代化的工廠、專業技術的工程師且以高品質的製程式控制管理組裝流程及採用高品質的材料以符合您的需求。我們很榮幸地能為您提供技術資料及選用步驟,讓您可從這型錄中挑選出合適的滾珠螺桿。2 HIWIN 滾珠螺桿之特色及應用2.1 滾珠螺桿的特性HIWIN滾
9、珠螺桿在使用上有很多的優點,舉凡高效率、可逆性、零背隙、高剛性,導程精度高及其他多項優點,與傳統艾克姆螺桿(ACME)相比較,如圖2.1;滾珠螺桿在螺桿與螺帽間,加入鋼珠。將傳統螺桿的滑動磨擦傳動以鋼珠滾動運動取代。以大大降低磨擦損耗,有助於維持高效率及高精度。下列詳述HIWIN滾珠螺桿的各項特性及優點。圖2.1 滾珠螺桿與艾克姆螺桿的比較P.C.DODRDODP.C.DRD滾珠螺桿艾克姆螺桿S99TC11-10092(1)高效率及可逆性由於滾珠螺桿的螺桿軸及螺帽均是點接觸之滾動運動,所以其效率可高達90以上。因此其傳動扭矩僅只有傳統導螺桿的1/3,由圖2.2可看出滾珠螺桿的機械效率遠高於傳統
10、導螺桿。HIWIN 滾珠螺桿在牙型表面採以超精密加工,以降低珠槽與鋼珠間的接觸摩擦;又鋼珠與珠槽間為點接觸之滾動運動,有低摩擦力及高運轉效率的優點。故可降低馬達驅動力要求,進而降低成本。HIWIN以高精度測試儀器並依循標準測試步驟以確保滾珠螺桿的效率。100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Efficiency(%)012345678910 Lead Angle(Degrees)100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Efficiency(%)012345678910 Lead Angle(Degrees)for common transmi
11、ssion 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Efficiency(%)012345678910 Lead Angle(Degrees)for reverse transmission=0.003=0.005=0.01=0.1=0.2=0.003=0.005=0.01=0.1 直線運動轉換旋轉運動 旋轉運動轉換直線運動 滾珠螺桿 傳統導螺桿 傳統導螺桿 滾珠螺桿 滾珠螺桿 傳統導螺桿 將旋轉運動轉換為直線運動將直線運動轉換為旋轉運動圖2.2 螺桿的機械效率比較(2)零背隙及高剛性CNC 工具機、IT及半導體設備對於傳動螺桿的要求為零背隙、最小彈性變形(高剛性)及
12、高順暢感,經由我們的特別設計可以達成此一要求。圖2.3為歌德式牙型詳圖。滾珠螺桿採用施加預壓力,來達到CNC機台的重現性及全行程的高剛性。但過大的預壓力,會增加操作扭矩。如此增加的磨擦扭矩將會產生熱及降低預期壽命。透過我們特別的設計及製程,提供給您最佳化的滾珠螺桿 零背隙和低熱損失。一般建議預壓力不超過8動負荷C(106 revs),若要更詳細資料請與HIWIN連繫。454545半圓型歌德型圖2.3 滾珠螺桿的牙型種類(3)高導程精度HIWIN 滾珠螺桿精度等級依循ISO,JIS 及DIN標準製造亦可依顧客需求生產所須精度等級。採用精密雷射量測儀器來保證滾珠螺桿精度並隨每支研磨級滾珠螺桿均附上
13、導程精度表,予以100品質保證。(4)壽命預測不同於傳統導螺桿的壽命取決接觸面之磨耗;HIWIN 滾珠螺桿則取決於材料的疲勞破壞。為確保HIWIN 滾珠螺桿在預期壽命之可靠度,不管設計、材質、熱處理及製程等皆採以最嚴格的專業考量。滾珠螺桿的預期壽命必須考慮設計品質及製程等幾項的安全因子,但最主要以動負荷(C)為依據。而影響動負荷的基本因素為 牙型精度、材料特性及表面硬度。一般建議在軸向平均負載計算下,至少應達到1106 revs。高品質的滾珠螺桿,必需達到在統計學上的B級壽命(亦即90%的螺桿均達到所設計的壽命),有50的滾珠螺桿壽命超過設計壽命值的24倍。S99TC11-10093(5)低起
14、動扭矩及順暢度傳統導螺桿因為是金屬與金屬間的面接觸,所以為克服起動摩擦力,則必須採以較高的起動扭力。然而滾珠螺桿是由鋼珠滾動接觸,只須很小的起動扭力即可克服摩擦力。HIWIN採用最佳的牙型設計係數(形狀係數)及專業製造技術達成最佳真實牙型。且HIWIN使用牙型測量設備,來監測每一製程中的牙型。如此可確保符合設定之扭力範圍。圖2.4為一檢測的實例。HIWIN亦使用電腦量測,以精確量測出滾珠螺桿的摩擦扭矩圖2.5為-典型的位置-扭矩量測圖形。135.0180.0H-MAG:20 Y-MAG:2090.045.00.0315.0270.0225.03232323232Work name:S.HMea
15、sure node:X pitchPick up radius:0.0256mmModel No.:001H-2-3 Horizontal mag:20.0000Lot No.:201536Vertical mag:20.0000Operator:L.J.F.Measure length:7.0000 mmComment:Measure pitch:0.0030 mmNo.code symbol actual32 292 X:0.1816 mmZ:0.1980 mmRC:3.4438 mm32 292 X:-0.1911 mmZ:0.2022 mmRC:3.4532 mm32 292 X:-2
16、.1464 mmZ:-2.3399 mmA :-42.5259 mm32 292 X:2.1799 mmZ:-2.3084 mmA :43.3615 mm32 292 X:-0.0000 mmZ:-0.0000 mmRC:3.1750 mm*Original point set圖2.4 HIWIN滾珠螺桿牙型的檢驗543210-1-2-3-4-5HIWIN Ball Screw Torque Test ReportTorque(kg-cm)0 150 300 450 600 750 Distance(mm)Shaft No.:113H-3-R1 Lead(mm):5 Date:08/21/19
17、97MAX 2.922.62MIN 2.16MAX-1.89-2.41MIN-2.74圖2.5 HIWIN滾珠螺桿預壓扭矩檢測圖S99TC11-10094(6)靜音高品質機械設備於快速進給及重負荷操作下,依然必須要求低噪音。HIWIN嚴格控管循環系統及牙型設計,組裝技術,並嚴密檢測表面精密加工及尺寸,以達到低噪音的目標。(7)短交期HIWIN以最快速的製程安排及庫存滾珠螺桿以達到短交期的目標。(8)優於氣、液壓致動器的優點若致動器中採用滾珠螺桿取代傳統的汽壓或液壓驅動可得到許多的優點如:不會滲漏,不須過濾,省能源及重現性高 圖2.6為全電式射出成型機構,以取代傳統複雜的油壓驅動。圖2.6 全電
18、式射出成型機構 2.2 應用範圍下列分別列出滾珠螺桿的使用產業別並推薦使用滾珠螺桿的精度等級,如表4.2(1)CNC機械:CNC加工中心,CNC車床,CNC銑床,CNC放電加工機,CNC磨床,CNC線切割機,CNC鑽孔機等等。(2)精密工具機:銑床,磨床,刀具磨床,齒輪加工機,鑽床,鉋床,車銑複合機。(3)產業機械:印刷機,造紙機,自動化機械,紡織機,繪圖機,射出成型機,專用機。(4)電子機械:量測儀器,X-Y平台,醫學設備,工廠自動化設備,PCB鑽孔機,IC封裝機,半導體設備,工廠 自動化設備等。(5)輸送機械:Robort Stage,材料搬送設備,核能反應器,高度致動器等。(6)航太工業
19、:飛機襟翼,機場負載設備,尾翼致動器等。(7)其他:如天線使用的致動器,閥門開關裝置,太陽能板伸縮機構,電子顯微鏡對焦機構等。鎖模用BS頂出用BS噴嘴接觸單元用BS射出單元用BS(5)開關機伺服馬達(13)固定模板(4)頂出伺服馬達(10)塑化螺桿及管料(1)計量用伺服馬達(2)射出用伺服馬達(11)時規皮帶(12)滾珠導螺桿射出行程Injection strokeAC伺服控制器(3)射座進退伺服馬達(9)射出裝置(8)模具(7)射節式夾膜機構(6)調模用齒輪馬達(電氣式射出成型機)S99TC11-100953 HIWIN 滾珠螺桿的分類3.1 標準滾珠螺桿HIWIN建議您在設計時,採用標準常
20、用規格的滾珠螺桿,然而高導程或微小滾珠螺桿或其他特殊規格的滾珠螺桿,皆可依您需求來提供,表3.1為標準滾珠螺桿軸徑與導程的配對表。3.2 螺帽型式(1)循環設計的種類HIWIN 滾珠螺桿基本上有3種循環設計。第一種稱為外循環滾珠螺桿其為螺桿、螺帽、鋼珠、彎管及固定塊組合而成。而鋼珠介於螺桿與螺帽之中,鋼珠的循環乃經由彎管的連接,使其得以在螺帽上迴流;而彎管則裝置在螺帽外部此種型態稱為外循環滾珠螺桿,如圖3.1。第二種稱為內循環滾珠螺桿為螺桿、螺帽、鋼珠及迴流蓋所組成。鋼珠採以單圈循環。以迴流蓋跨越連接兩相鄰珠槽,連接構成一個單一封閉迴流路徑;由於迴流蓋組裝在螺帽內部,所以稱之為內循環滾珠螺桿,
21、如圖3.2。第三種稱為端蓋式滾珠螺桿,如圖3.3,其基本迴流系統的設計與外循環滾珠螺桿,如圖3.4類似,而主要的差別在於螺帽上加工一貫穿孔作為鋼珠迴流。此一設計使得鋼珠得以行經整個螺帽的前後二端。由於在所有珠槽上都佈滿有效鋼珠因此在相同的動負荷下,螺帽長度較傳統設計為短。圖3.1 外循環滾珠螺桿圖3.2 內循環滾珠螺桿圖3.3 端蓋式滾珠螺桿表3.1 HIWIN標準滾珠螺桿外徑與導程對照G:代表研磨級滾珠螺桿,不管左旋或右旋皆可型式微小型標準型高導型超高導程導程外徑11.522.533.17544.2355.0866.358101212.71620242525.43240506GGG8GGGG
22、G10GGGGGG12GGGGGG15GG16GGGGGGGGG20GGGGGGGGGG22GG25GGGGGGGGGGGGG28GGGGGG32GGGGGGGGGGGGGG36GGGGG40GGGGGGGGGGGGGGGG45GGGG50GGGGGGGGGGGG55GGGG63GGGGGGGGGG70GGG80GGGGG100GGGS99TC11-10096(2)螺帽種類螺帽種類的選用乃依據使用條件HIWIN 滾珠螺桿螺帽分類代號如下說明(詳細請參考第5章)法蘭型(F)單螺帽(S)雙螺帽(D)內循環(I)外循環端蓋式(H)彎管包含於螺帽內(W)彎管凸出於螺帽外(V)圓型(R)單螺帽(S)雙螺
23、帽(D)內循環(I)外循環端蓋式(H)彎管包含於螺帽內(W)彎管凸出於螺帽外(V)其他非上述種類,可依您需要而設計若是高導程雙螺紋的螺帽,則需在代號前加個D若是採用壓縮式預壓,則需在代號前加個P若是採用偏位式預壓,則需在代號前加個O舉例RDI:代表圓型的內循環雙螺帽FSW:代表法蘭型的外循環單螺帽DFSV:代表法蘭型的雙螺紋外循環,彎管凸出的單螺帽(3)循環數HIWIN 螺帽循環數表示法:外循環:內循環:端蓋循環:Super S:A:1.5卷T:1卷V:0.8卷(超高導程)K:1卷B:2.5卷S:1.8卷(高導程)C:3.5卷U:2.8卷(高導程)D:4.5卷E:5.5卷 例如:B2:兩支外循
24、環迴流管,每管循環2.5圈T3:三個內循環迴流蓋,每個循環1圈S4:端蓋四循環,每個循環1.8圈HIWIN 推薦外循環以兩列2.5卷或3.5卷設計(B2或C2),內循環以3、4或6卷設計(T3、T4或T6)。上述循環方式,如圖3.4和圖3.5所示圖3.4 外循環迴流方式圖3.5 內循環迴流方式S99TC11-100973.3 軸端肩部參考尺寸 安裝方式:軸承安裝方式決定滾珠螺桿的剛性、臨界轉速、挫屈負荷。安裝方式的設計須小心仔細考慮。其基本安裝方式,如圖3.6所示。螺桿肩部型式:常用肩部,如圖3.7所示型式,而建議尺寸及軸承選用型號,如表3.2所示。肩部型式請參照圖3.7表3.2 肩部尺寸螺桿
25、外徑d1d5d6d7d8EL3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13bxt1建議規格I.II.III DIN625III.IV.V DIN625 628 720101087.6M8x0.756616729260.93950561810123.0 x1.8608738B121287.6M8x0.756616729260.93950561810123.0 x1.8608738B1414109.6M10 x0.758820937341.154554622010143.0 x1.862007200BTVP16161211.5M12x1108211041381.154656662010144.
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