بال اسکرو چیست؟ چرا بال اسکرو بهترین انتخاب برای دستگاه‌های CNC است؟

بال اسکرو یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های حرکت خطی است که با وجود ساختار به نظر ساده، محاسبات بسیار پیچیده‌ای دارد. به لطف وجود بال اسکرو دقت ماشین‌آلات و به‌خصوص دستگاه‌های سی ان سی بالاتر رفته و هم‌زمان عملکرد و بازدهی آن‌ها کاهش‌یافته است.
بال اسکرو ها به کاهش مصرف منابع انرژی در دستگاه‌های سی ان سی کمک می‌کنند و به‌این‌ترتیب می‌توان در فضایی محدود یک دستگاه باقدرت بالا را طراحی کرد و ساخت.

در ادامه در خصوص بال اسکرو ها بیشتر توضیح می‌دهیم انواع بال اسکرو را بررسی می‌کنیم و اهمیت این قطعه در ماشین‌آلات سی ان سی را خواهیم دید.

بال اسکرو چیست؟

بال اسکرو Ball-Screw یک قطعه مکانیکی با بازدهی بالا است که حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل می‌کند. این عمل توسط ساچمه‌های در حال چرخشی صورت می‌گیرد که در مهره‌ی بال اسکرو قرار دارند و داخل شیارهای پیچ بال اسکرو حرکت می‌کنند.
فناوری استفاده شده در بال اسکرو باعث شده که این وسیله نسبت به پیچ‌ومهره، به گشتاور بسیار کمتری در حدود یک‌سوم نیاز داشته باشد که باعث صرفه‌جویی در مصرف توان درایور موتورها می‌شود.

به نقل از سایت  www.iqsdirectory.com  بال اسکرو یعنی :

Ball screws are mechanical linear actuators that consist of a screw shaft and a nut that contain a ball that rolls between their matching helical grooves. The primary function of ball screws is to convert rotational motion to linear motion. Ball nuts are used in transmitting forces to a stationary or dynamic load with high accuracy, precision, and repeatability.

بال اسکروها عملگرهای مکانیکی خطی هستند که از یک محور پیچ و یک مهره تشکیل شده‌اند که حاوی گوی‌هایی هستند که بین شیارهای مارپیچ همخوان آن‌ها می‌غلتند. عملکرد اصلی بال اسکروها تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی است. مهره‌های بال اسکرو برای انتقال نیرو به یک بار ثابت یا متحرک با دقت، صحت، و تکرارپذیری بالا استفاده می‌شوند.

امروزه بال اسکرو یکی از بهترین و دقیق‌ترین سیستم‌های حرکتی خطی است که در ماشین‌آلات مختلف به‌خصوص دستگاه‌های cnc استفاده می‌شود.

بال اسکرو ها توان تحمل وزن و فشار قابل‌توجهی را روی خود دارند، از طرفی به دلیل سیستم موجود در بال اسکرو، اصطکاک خیلی کم است و موقع کار لقی بسیار ناچیزی دارد و به عبارتی در زمان حرکت تلورانس پایینی را داراست. همه این‌ها به معنای دقت بالای این سیستم است.

سایز بال اسکرو نسبت به لید اسکرو بزرگ‌تر است، چرا که یک سیستم بازگشت ساچمه به داخل مهره در آن تعبیه شده است.

متریال استفاده شده برای ساخت پیچ بال اسکرو، مهره بال اسکرو و ساچمه‌های درون آن باید از فلز استیل باکیفیت باشد، چرا که اختلال در هر یک از اجزای این سیستم می‌تواند عملکرد کل دستگاه را تحت‌تأثیر قرار دهد. اگر علاقمند به مطالعه اطلاعات بیشتر هستید، در مقاله دقت دستگاه CNC اطلاعات جامع و تخصصی در این باره مطالعه خواهید کرد.

انواع بال اسکرو

بال اسکرو ها ممکن است بر اساس فاکتورهای متفاوتی دسته‌بندی شوند، از جمله اینکه مهره آن‌ها یک‌پارچه و یا دوپارچه است. بدین معنی که در هر کدام از این دو نوع محل‌هایی برای استراحت و کاهش دمای ساچمه در نظر گرفته شده که ساچمه پس از عبور از مسیر رزوه شده روی پیچ بال اسکرو، به داخل مهره و قسمت استراحت رفته تا در اثر حرارت بالا آسیب نبیند. حالا این محل می‌تواند یک یا دو تا باشد که به آن‌ها بال اسکرو های یک سر مهار و دو سر مهار می‌گوییم.

همان‌طور که متوجه شدید، به دلیل متفاوت‌بودن ویژگی‌ها، انواع مختلفی از بال اسکرو ها وجود دارند، در ادامه فاکتورهای مختلف جهت دسته‌بندی بال اسکرو ها را بررسی می‌کنیم:

طراحی:

بال اسکرو ها در طراحی به دو نوع تقسیم می‌شوند: بال اسکرو های تخت Ground ball screws و بال اسکروهای نورد شده Rolled ball screws. نوع تخت که خیلی دقیق ماشین‌کاری شده، به حرکت روان‌تر ساچمه‌ها کمک می‌کند و برای دقت‌های بالا مناسب است. بال اسکرو نوع نورد شده هم قیمت مناسب‌تری دارد.

دقت:

بال اسکرو ها را می‌توان از لحاظ دقت به 6 گرید مختلف تقسیم کرد: (C0, C1, C3, C5, C7, C10) که هرچه عدد پایین‌تر باشد دقت بالاتر است. لذا 4 گرید اول را بال اسکرو های دقیق و 2 گرید آخر را بال اسکرو های استاندارد می‌نامند.

از بال اسکرو های دقیق برای مکان‌یابی و از بال اسکرو های استاندارد جهت شارژ متریال به داخل دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

پیش بار یا Preload:

پیش بار گذاری به اعمال نیرویی می‌گویند که برای فشرده کردن ساچمه‌ها بین شیارهای شفت انجام می‌شود. در زمان حرکت ساچمه‌ها ممکن است بین ساچمه و شیارهای مهره و پیچ، فاصله بیفتد و این موجب لقی و ازدست‌رفتن میزانی از حرکت شود. اگر این لقی توسط پیش بارگذاری اصلاح نشود، دقت بال اسکرو مخصوصاً در عملیاتی که تکرارپذیری یا موقعیت‌یابی در آن وجود دارد، کاهش می‌یابد.

پیش بار چند نوع دارد: پیش بار با اسپیسر یا فاصله گذار، پیش بار با فنر، پیش بار با آفست پیشروی، پیش بار با ساچمه‌های بزرگ‌تر.

پیشروی lead:

به میزان مسافت خطی که مهره در هر دور کامل پیچ طی می‌کند لید یا پیشروی می‌گویند. به فاصله میان دو قله رزوه یک پیچ، گام می‌گویند. اگر پیچ ما تک استارت باشد، یعنی ساچمه‌ها فقط از یک مسیر حرکت کنند، میزان پیشروی با گام یکسان می‌شود. اما اگر پیچ دو یا چند استارت باشد، یعنی ساچمه‌ها برای حرکت دو یا چند مسیر داشته باشند، میزان پیشروی برابر با تعداد استارت ضربدر گام پیچ است.

نوع مهره:

به دیسکی که چند سوراخ دارد و برای نصب راحت‌تر قطعه به کار می‌رود فلنج می‌گویند. مهره‌ها در بال اسکرو می‌توانند فلنج دار یا بدون فلنج باشند. مهره‌های دارای فلنج نصب راحت‌تر و محکم‌تری دارند، در مقابل مهره‌های بدون فلنج ساده‌تر و جمع و جورتر هستند.

جهت نصب:

برخی بال اسکرو ها فقط برای نصب در جهت افقی طراحی شده‌اند، اما بعضی دیگر علاوه بر امکان نصب در حالت افقی، توان حرکت و در جهت عمودی را نیز دارند. اما همواره باید توجه داشت در نوع عمودی برای نصب‌کردن باید دقت بیشتری به خرج داد تا حرکت‌به‌عقب به حداقل برسد.

نوع خاص استفاده:

نوع خاص استفاده مثلاً زمانی که شما می‌خواهید بال اسکرو تحمل وزن بالا را داشته باشد، یا برای شما مهم است که سرعت حرکت زیاد باشد و یا ترکیبی از این دو را نیاز دارید. باتوجه‌به این فاکتورها می‌توانید بال اسکروی مناسب کارتان را انتخاب کنید.

قبل از صحبت درباره اهمیت بال اسکرو پیشنهاد می کنم خرابی دستگاه cnc هم سری بزنید.

به نقل از سایت  dynatect.com   بال اسکرو اینگونه کار می کند:

With a regular nut and bolt, turning the nut makes it go up or down the bolt (linear motion). A ball screw works similarly, but with much less friction. Visualize a threaded rod with a nut, but instead of the threads rubbing together, there are ball bearings rolling in grooves on between the rod and the nut. The ball bearings roll instead of slide, requiring less energy. When you turn the rod or the nut, the balls keep circulating on a continuous path within the nut, allowing for smooth, precise linear motion with minimal friction. The ball return system routes the balls from one end of the travel path back to the beginning in a continuous circulation. The direction of linear motion (forward or reverse) depends on the whether the screw is rotated clockwise or counter-clockwise. Wipers on the sides help seal out dust and dirt to maintain smooth operation.

در یک مهره و پیچ معمولی، با چرخاندن مهره، آن به سمت بالا یا پایین پیچ حرکت می‌کند (حرکت خطی). یک بال اسکرو نیز به همین صورت عمل می‌کند، اما با اصطکاک بسیار کمتر. تصور کنید یک میله رزوه‌ای با یک مهره وجود دارد، اما به جای اینکه رزوه‌ها به یکدیگر ساییده شوند، بلبرینگ‌هایی در شیارهای بین میله و مهره می‌غلتند. این بلبرینگ‌ها به جای سر خوردن، می‌غلتند و انرژی کمتری نیاز دارند. هنگامی که میله یا مهره را می‌چرخانید، بلبرینگ‌ها به طور پیوسته در یک مسیر در داخل مهره حرکت می‌کنند، که این امر حرکت خطی نرم و دقیقی را با حداقل اصطکاک ممکن می‌سازد. سیستم بازگشت بلبرینگ‌ها، آن‌ها را از یک انتهای مسیر حرکت به ابتدای مسیر برمی‌گرداند و یک گردش پیوسته را فراهم می‌کند. جهت حرکت خطی (رو به جلو یا معکوس) بستگی به این دارد که پیچ در جهت ساعت‌گرد یا پادساعت‌گرد چرخانده شود. پاک‌کننده‌های کناری نیز به جلوگیری از ورود گرد و خاک و آلودگی کمک می‌کنند تا عملیات روان حفظ شود.

جدول تخصصی انواع بال اسکرو و کاربردهای مختلف آن

اهمیت بال اسکرو در دستگاه سی ان سی

با روی کار آمدن بال اسکرو ها، سیستم‌های حرکتی به‌خصوص حرکت خطی، پیشرفت زیادی کردند. این سیستم حرکتی به‌واسطه مکانیزم جدید و منحصر به فردش مزایای زیادی را برای صنایع و ماشین‌آلات به ارمغان آورد. اما در این میان یکی از پراستفاده‌ترین ماشین‌آلات، دستگاه‌های سی ان سی بودند. چرا که نیاز به‌دقت و ماندگاری در این نوع ماشین‌آلات به‌شدت حس می‌شد. اگر می خواهید اطلاعات بیشتری درباره اجزای دستگاه CNC بدانید مقاله بلبرینگ CNC چیست؟ معرفی انواع بلبرینگ و علت‌های خرابی را مطالعه نمایید.

همان طور که در مطلب دستگاه cnc چیست اشاره کردیم، دستگاه‌های cnc هر قدر بهینه‌تر تولید شوند، از لحاظ فضایی که اشغال می‌کنند، برقی که مصرف می‌کنند و در مقابل بازدهی که ارائه می‌دهند، ارزشمندتر خواهند بود.
بال اسکرو به تحقق این اهداف کمک شایانی می‌کند چرا که:

1. به گشتاور و نیرومحرکه کمتری نیاز دارند و بنابراین می‌توان از موتورهایی با سایز کوچک‌تر استفاده کرد.
2. دقت خیلی خوبی دارند و در عملیات موقعیت‌یابی و تکرارپذیری می‌توانند به بهترین شکل عمل کنند و این در دستگاه cnc بسیار اهمیت دارد.
3. به دلیل سیستم موجود در بال اسکرو و حرکت توسط ساچمه‌ها، اصطکاک پایین بوده و حرارت کمتر بالا می‌رود.
4. امکان بالا و پایین کردن پیش بار را دارند که این به تنظیم بهتر کمک می‌کند.
5. به نسبت سیستم‌های حرکتی مشابه طول عمر بیشتری دارند و هزینه تعمیرات را کاهش می‌دهند.

سخن پایانی

باید توجه داشت که بال اسکرو ها هم مانند تمامی قطعات دیگر در کنار مزایای بسیار راهگشا، یک سری معایب هم دارند. مثلاً در بال اسکرو قیمت بالا، نیاز به روغن‌کاری مداوم، نداشتن خاصیت خود قفلی و نیاز به سیستم ترمز جز معایب محسوب می‌شود.

تقریباً اکثر دستگاه‌های cnc وارداتی از بال اسکرو ها برای انتقال نیرو استفاده می‌کنند که از بهترین و به‌روزترین روش‌های انتقال نیروی خطی است. قبل از خرید می توانید با تولید کنندگان دستگاه cnc آشنا شوید.

اگر به دنبال خرید دستگاه‌های سی ان سی پیشرفته با بهترین قطعات و متریال استفاده شده در ساخت هستید، با مشاور کلوت سی ان سی ارتباط بگیرید تا باکیفیت‌ترین دستگاه مطابق نیاز شما را معرفی کند.

سوالات متداول (FAQs):

1- بال اسکرو چیست و چه نقشی در دستگاه‌های CNC دارد؟

بال اسکرو یکی از اجزای مهم در دستگاه‌های CNC است که برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی استفاده می‌شود. این قطعه با کاهش اصطکاک و افزایش دقت در حرکت، عملکرد بهینه‌ای را در دستگاه‌های CNC فراهم می‌کند.

2- چه عواملی بر کیفیت و عمر بال اسکرو تاثیرگذار هستند؟

عواملی مانند جنس مواد استفاده شده، کیفیت تولید، روانکاری مناسب، و شرایط نگهداری نقش مهمی در عمر و عملکرد بال اسکرو دارند.

3- مزایای استفاده از بال اسکرو در مقایسه با سیستم‌های دیگر چیست؟

بال اسکرو نسبت به سیستم‌های دیگر مانند لید اسکرو، دقت بالاتر و اصطکاک کمتری دارد. همچنین، این سیستم به دلیل کاهش سایش و افزایش بهره‌وری انرژی، عمر بیشتری دارد.