Eliminierung von Spiel und Axialspiel in Präzisions-Kugelgewindetrieben

Positionierungsdrift, Bewegungsverlust bei Richtungsumkehr und hochfrequente Servogeräusche haben selten ihren Ursprung im Motor-Encoder. Bei CNC-Werkzeugmaschinen und Präzisionspositioniertischen ist das Achsspiel in der Regel auf lockere Sicherungsmuttern an Festlagern, nicht vorgespannte Einzelmuttern unter wechselnden Schnittkräften oder Wärmeausdehnung entlang der Spindelwelle zurückzuführen. Wenn es einer Kugelumlaufspindeleinheit an axialer Steifigkeit mangelt, kommt es zu Umkehrfehlern, die die Genauigkeit der Werkzeugbahn beeinträchtigen und beim Fräsen zu Oberflächenvibrationen führen.

SFU-Kugelumlaufspindeln mit einer Mutter verwenden interne Deflektor-Rücklaufrohre und bieten so eine kompakte Stellfläche für Standard-Antriebsachsen. Allerdings kommt es bei Einzelmuttern bei starker Belastung oder Umkehrbelastung zu einem Mikrospiel zwischen den Stahlkugeln und den Laufbahnen. Durch den Wechsel zu einem DFU-Doppelmutter-Design wird dieses Spiel beseitigt. Eine zwischen zwei Mutternkörpern angebrachte Präzisionsbeilage drückt die Kugelkreise in entgegengesetzte Richtungen und beseitigt so das axiale Spiel, während der Schraubendurchmesser gleich bleibt. Für Hochgeschwindigkeits-Setups mit mehr als 3.000 U/min – bei denen Standard-Rücklaufrohre laut werden und vibrieren – bieten SFS-Endkappenmuttern eine sauberere Alternative, indem sie die Kugeln reibungslos durch die internen Endkappen leiten.

Selbst die beste Mutternkonstruktion kann eine schiefe Achse nicht ausgleichen, daher muss die Schraube absolut parallel zu den Führungsschienen sitzen. Montieren und stiften Sie zuerst den Festlagerblock (BK oder FK) und schieben Sie dann das Mutterngehäuse entlang der Welle, um den Rundlauf zu überprüfen, bevor Sie den Lagerblock mit schwimmendem Ende (BF oder FF) festziehen. Eine Fehlausrichtung zwischen dem Kugelmuttergehäuse und der Motorhalterung verbiegt die Spindelwelle, was bei jeder Umdrehung zu zyklischen Stromspitzen führt und die Schräglager zerstört. Drehen Sie niemals eine Kugelmutter ohne Blindhülse von der Spindelwelle. Sobald die Umlaufkugeln verschüttet werden, besteht beim erneuten Packen von Hand die Gefahr, dass die Abstandskugeln falsch angeordnet werden, wodurch der Umlaufkreislauf blockiert wird.

Häufig gestellte Fragen zur Feldintegration

Warum sollte man für dynamische Achsen DFU-Doppelmutter-Kugelumlaufspindeln gegenüber Einzelmutter-SFU-Einheiten wählen?

Wechseln Sie zu DFU-Doppelmuttern, wenn eine Achse starken Umkehrlasten ausgesetzt ist, starres Gewindeschneiden erfordert oder eine Wiederholgenauigkeit der Positionierung im Submikrometerbereich erfordert. Die interne Unterlegscheibe in DFU-Muttern sorgt dafür, dass bei bidirektionalen Kräften kein Spiel auftritt, während einzelne SFU-Muttern ausschließlich auf übergroßen Kugeln basieren, die bei starkem Schub schneller verschleißen.

Was führt dazu, dass eine Kugelumlaufspindelwelle an bestimmten Stellen entlang ihres Hubs blockiert oder vibriert?

Lokale Bindungen sind in der Regel auf eine fehlerhafte Montage oder Unrundheit der Schraubenwelle zurückzuführen. Wenn die Stützblöcke (BK/BF) nicht koaxial zu den Linearführungsschienen sind, verbiegt sich die Spindel, wenn sich die Mutter den Hubenden nähert. Diese Biegung erhöht den Drehmomentbedarf des Motors und führt zu vorzeitiger Ermüdung der Laufbahnen.

Wie stellt man BK-Festlager-Sicherungsmuttern richtig ein, um Axialspiel zu vermeiden?

Ziehen Sie die Erdungssicherungsmutter am BK-Gehäuse mit einem Hakenschlüssel fest und messen Sie gleichzeitig das Axialspiel mit einer Messuhr am Wellenende. Sichern Sie die Stellschrauben erst gegen die Messingpolster, nachdem Sie die Mutter mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen haben. Wenn diese Sicherungsmutter gelöst bleibt, bewegen sich die Schrägkugellager axial, wodurch ein Spiel entsteht, das durch keinen Antriebsparameter ausgeglichen werden kann.

Technische Leistungsmatrix

Die Aufrechterhaltung einer präzisen Vorschubgenauigkeit bei Kugelumlaufspindelantrieben hängt von der Wahl der richtigen Vorspannungskonfiguration der Mutter, der Aufrechterhaltung einer strikten Ausrichtung zwischen Welle und Führungsschienen und der Sicherung des Festlagerpakets gegen axiale Durchbiegung ab.