유성 기어와 스퍼 기어 감속기: CNC 서보 시스템을 위한 향상된 백래시 제어

CNC 머시닝 센터에서 백래시가 3arcmin인 감속기는 축 방향이 바뀔 때 공구 반경 300mm에서 약 0.26mm의 위치 오류를 발생시킵니다. 이는 정밀 부품을 공차 밖으로 밀고 마감된 표면에 눈에 띄는 도구 표시를 남기기에 충분합니다. 유성 기어박스와 스퍼 기어 감속기 사이의 선택은 비용이나 편의성에 관한 것이 아닙니다. 이는 서보 시스템이 명령받은 위치를 부품별로 유지할 수 있는지 여부에 관한 것입니다.

CNC 서보 시스템에서 백래시 제어의 의미

백래시 제어는 방향이 바뀔 때마다 공차를 벗어나는 서보 축과 위치를 유지하는 서보 축을 분리합니다.

백래시는 회전 방향이 바뀔 때 입력 기어와 출력 기어 사이의 각도 간격입니다. 이 간격은 위치 루프에 데드존을 만듭니다. 서보 모터는 출력이 이동하기 전에 이 간격을 소비해야 하며 결과적인 위치 오류는 백래시 각도 및 부하 반경에 따라 직접적으로 확장됩니다.

CNC 가공에 대한 실질적인 영향은 세 가지 영역에서 나타납니다.

• 위치 정확도: 축은 백래시 밴드 내의 어느 곳에나 위치할 수 있으므로 동일한 좌표로 반복적으로 이동하면 다른 결과가 생성됩니다.
• 윤곽 정확도: 원형 보간 중에 공구 경로는 방향 반전 시 드웰 마크를 표시합니다.
• 표면 마무리: 백래시로 인한 미세 진동으로 인해 마감된 표면에 떨림 자국이 남습니다.

백래시는 또한 서보 루프의 작동 방식을 변경합니다. 구동 시스템에 백래시가 있는 경우 컨트롤러는 명령된 위치와 실제 위치 사이의 간격을 확인합니다. 발진을 방지하려면 게인을 줄여야 하며, 이로 인해 응답 속도가 느려집니다. 기계가 스크랩을 생산하지 않더라도 가능한 것보다 더 느리게 부품을 생산하고 있습니다.

유성 기어박스: 설계를 통한 낮은 백래시

정밀 유성 기어박스는 1~3 arcmin 백래시를 제공하므로 CNC 서보 축의 기본 선택입니다.

유성 기어박스의 부하 공유 아키텍처가 핵심 이유입니다. 여러 개의 유성 기어가 선 기어 및 링 기어와 동시에 맞물려 하나가 아닌 여러 개의 톱니 접점에 토크를 분산시킵니다. 이는 하중을 받을 때 톱니 편향을 줄이고 조립 중 중심 거리를 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 해줍니다.

유성 기어박스의 낮은 백래시는 세 가지 제조 요소, 즉 제어된 톱니 형상, 정확한 중심 거리, 심 기반 또는 예압 기반 조립에서 비롯됩니다. 세심하게 제어된 톱니 프로파일과 캐리어 공차를 갖춘 접지 기어는 전체 생산 과정에서 백래시를 일관되게 유지합니다.

에 대한 서보 모터 유성 기어박스 서비스 수명 동안 정밀도를 유지하려면 제조 품질과 조립 공차 제어가 가장 중요합니다. BEITTO에서 AHL 시리즈는 나선형 톱니 형상과 정밀 연삭 기어를 사용하여 일관된 백래시를 유지하는 동시에 부하 용량과 조용한 작동을 개선합니다. 기계 제작업체의 경우 완벽한 프로토타입보다 반복성이 더 중요합니다. 즉, 모든 축이 동일하게 작동해야 합니다.

열 안정성은 또 다른 요소입니다. 작동 중에 유성 기어박스가 예열되면 하우징이 팽창하고 기어 간격이 변경됩니다. 잘 설계된 유성 감속기는 기계의 작동 온도 범위에서 백래시 범위를 유지하는 반면, 간격이 더 큰 스퍼 감속기는 온도 변화에 따라 더 많이 표류합니다.

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스퍼 기어 감속기: 단순 기어링의 한계

스퍼 기어 감속기는 일반적으로 5-15 아르크민 백래시를 나타내며 각 단계마다 자체 톱니 간격이 추가되므로 마모에 따라 간격이 커집니다.

스퍼 기어 감속기는 간단한 평행축 기어 쌍을 사용합니다. 각 단계에는 정확히 하나의 기어 메시가 있으며 총 백래시는 모든 단계의 톱니 간격의 합입니다. 톱니는 단일 지점에서 맞물리기 때문에 부하 집중이 높으며 동일한 토크를 전달하려면 톱니의 크기가 더 커야 합니다.

비용상의 이점은 현실입니다. 유성 캐리어, 링 기어, 내부 부하 공유가 없으므로 Nm당 제조 비용이 더 낮습니다. 컨베이어, 간단한 인덱싱 테이블 및 중요하지 않은 피더의 경우 절충안이 합리적입니다.

CNC 시스템의 문제는 스퍼 리듀서의 백래시가 고정된 값이 아니라는 것입니다. 기어가 마모되면 백래시가 변하고 서보 루프 특성이 변합니다. 하나의 백래시 값에 맞게 조정된 서보 시스템은 해당 값이 표류할 때 움직이는 타겟이 됩니다. 결국 드라이브를 다시 조정하거나, 이송 속도를 줄이거나, 더 낮은 정확도를 허용하게 됩니다. 이 중 어느 것도 정밀 작업용 기계에서는 허용되지 않습니다.

나란히 비교: 더 나은 백래시 제어 제공

CNC 서보 시스템의 경우 유성 기어박스는 위치 지정 또는 윤곽을 수행하는 모든 축에서 스퍼 기어 감속기보다 더 나은 백래시 제어 기능을 제공합니다.

아래 비교표는 CNC 서보 드라이브에 중요한 측정항목의 일반적인 차이점을 보여줍니다.

차트와 표는 함께 동일한 내용을 전달합니다. 유성 기어박스는 1-3 arcmin 범위에 위치하며, 이는 CNC 기계 제작자가 정확한 축을 위해 지정하는 범위입니다. 스퍼 감속기는 5 arcmin에서 시작하여 15 arcmin에 도달합니다.

비틀림 강성은 백래시만큼 중요합니다. 하중이 가해지면 비틀리는 감속기는 기어가 접촉하는 경우에도 위치 오류를 추가합니다. 유성 기어박스는 유성 기어가 캐리어 내 양쪽 끝에서 지지되기 때문에 더 높은 강성을 갖습니다. 스퍼 기어 감속기에는 캔틸레버식 또는 스트래들 장착형 기어 쌍이 있어 덜 단단합니다.

CNC 축에 적합한 감속기를 선택하는 방법

위치 지정 또는 윤곽을 지정하는 모든 CNC 축에는 정밀 유성 기어박스를 선택하고, 1 arcmin 이상이 필요한 축에는 유연한 기어 감속기를 선택하십시오.

선택 규칙은 축의 역할에 따라 다릅니다.

• 축이 절삭 공구를 공급하고 부품 품질에 영향을 미치는 경우 감속기는 백래시를 3 arcmin 미만으로 유지해야 합니다.
• 축이 회전 테이블을 보유하는 경우 요구 사항은 더욱 엄격해지며 1arcmin 이하가 선호됩니다.
• 축이 냉각수 밸브나 클램프와 같은 보조 축인 경우 스퍼 리듀서를 사용할 수 있습니다.

평기어 감속기를 사용할 수 있는 경우

나사 위치를 측정하는 볼 나사가 있는 피드 축은 엔코더가 감속기가 아닌 나사에서 루프를 닫는 경우입니다. 부품 품질에 영향을 주지 않는 보조축도 있습니다. 표면 마감과 윤곽 정확도가 주요 요구 사항이 아닌 저가형 기계는 스퍼 리듀서의 비용 절감을 정당화할 수도 있습니다.

유연한 기어 감속기가 필요한 경우

가장 까다로운 축의 경우 유연한 기어 감속기가 1arcmin 이상을 제공합니다. BEITTO BSHF 시리즈는 탄성 변형되는 플렉스플라인을 사용하여 기어 메시에 맞물려 톱니 간격을 없애고 높은 비틀림 강성을 제공합니다. 반품 통관을 줄이기 위한 효과적인 전략 이 단위에서는 회사의 기술 리소스에 자세히 설명되어 있습니다.

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직각 및 컴팩트 구성

모터가 구동 축에 수직으로 위치해야 하는 CNC 시스템의 경우 직각 감속기가 필요합니다. TDXR 시리즈 낮은 백래시 나선형 베벨 감속기는 정밀도를 유지하면서 소형 기계 설치 공간을 가능하게 합니다.

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많은 CNC 응용 분야에서 감속기는 서보 모터와 볼 스크류 사이에 설치됩니다. 총 위치 오류는 감속기 백래시와 볼 스크류 축방향 유격의 합입니다. 백래시가 1-3 arcmin인 정밀 유성 감속기는 일반적으로 나사에 몇 미크론의 오차를 추가하는 반면 스퍼 감속기는 그 양의 몇 배를 추가합니다.

자주 묻는 질문