FF-seriens kuglespindel endestøtte

I. Kernepositionering og nomenklatur

Positionering: Et kuglespindelsystem med dobbelt flydende endeunderstøtning. Dette er en ikke-standard, men meget målrettet understøttelsesmetode.

Fortolkning af nomenklatur:

• Første F: Indikerer, at den ene ende af spindlen understøttes af en flydende ende.
• Anden F: Indikerer, at den anden ende af spindlen også understøttes af en flydende ende.

Kerneværdier: Designet til at håndtere betydelig aksial udvidelse på grund af varmeudvidelse i ekstra lange spindler eller til specielle opstillinger, hvor spindlen drives fra midtersektionen.

II. Kernekonstruktion og funktionsprincip

FF-konfigurationen opgiver den traditionelle model med fastgørelse i den ene ende. Dens arbejdsprincip er som følger:

Frigør fuldstændigt termisk spænding:
Begge ender tillader aksialt spil, hvilket gør det muligt for skruen at udvide sig frit i begge retninger ved opvarmning, i stedet for at blive tvunget til at udvide sig mod kun en ende som i et system med fastgørelse i den ene ende.
Resultat: Den aksielle trykspænding i skruen forårsaget af termisk udvidelse er minimeret, hvorved risikoen for bukling (bøjning) i lange skruer på grund af termisk spænding grundlæggende undgås.

Overførsel af aksial positioneringsreference:
I traditionelle BK-FK-systemer fungerer BK-enden som den absolutte aksiale positionsreference.
I FF-systemer bliver kuglemøtrikken selv (eller arbejdsbordet, der er fast forbundet med møtrikken) den aksiale positionsreference for systemet. Skruestangen kan frit "flyde" i understøtningerne i begge ender, mens møtrikkens position styres og låses af drivsystemet (f.eks. en servomotor).

Typiske drevemetoder:

• Drev i midtersektionen: Motoren driver midterdelen af skruen via et tandbælte eller gear. Dette er det mest almindelige anvendelsesscenario for FF-understøtning, hvor begge ender af skruen er understøttet, men ikke overfører drejningsmoment.
• Endedrive (Mindre almindeligt, kræver speciel konstruktion): Selvom den drives fra den ene ende, bruger denne ende en flydende understøtning og kræver en tilhørende momentoverføringsenhed (f.eks. splines eller låsenøgler) for at modstå det roterende drejningsmoment, mens den tillader aksialbevægelse.

III. Kernefunktioner og fordele

• Designet til ekstremt lange slaglængder:
  Dette er den primære fordel ved FF-understøtning. Når skruens længde er meget lang (f.eks. over 3-4 meter), er den kumulative forlængelse på grund af temperaturstigning betydelig. Den dobbelte flydende konstruktion er den mest effektive og pålidelige ingeniørløsning til håndtering af denne store varmeudvidelse.
• Eliminere risikoen for bukling, øger systempålideligheden:
  Løser fuldstændigt de potentielle stabilitets- og bøjningsproblemer for slanke skruer under termiske og trykbelastninger, hvilket markant forbedrer driftssikkerheden og nøjagtighedsbevarelsen i systemer med langt slag.
• Layoutfleksibilitet:
  Muliggør drev i midten, så tunge drivmotorer kan placeres i midten af slaglængden eller på udstyrets ramme i stedet for ved enderne af slaglængden, hvilket optimerer udstyrets samlede tyngdepunkt og strukturelle design.
• Reducerer kravene til nøjagtighed ved montering af understøtning:
  Da ingen af enderne har strenge funktioner for aksepositionering, kan kravene til den akselelle relative positionsnøjagtighed mellem de to understøtningsenheders monteringsflader nogenlunde slappes op (selvom kravene til parallelitet og koaksialitet stadig er høje).

IV. Typiske anvendelsesscenarier

FF-understøtning er et løsningsorienteret design, der primært anvendes inden for følgende specifikke områder:

• Ekstra store CNC-værktøjsmaskiner: Som eksempelvis X-aksen (portbjælke) på portbearbejdningscentre og gulvmonterede borning-/fræsemaskiner med slaglængder på op til flere tiendedele af meter.
• Store laserskærere/vandskærere: Udstyr til bearbejdning af brede pladematerialer.
• Større måleudstyr: Som eksempelvis brotype koordinatmålemaskiner (CMM), skinnetype målemaskiner.
• Specielt tungt industriudstyr: Som eksempelvis mølleudstyr til vindmøllefløj, svejseplatforme til skibsskel.
• Specielt automatiseringsudstyr med midtdrift: Hvor strukturelle layoutbegrænsninger gør det nødvendigt at placere drivmotoren i midten af slaglængden.

V. Sammenligning med traditionelle systemer med fastgørelse i den ene ende (BK-FK)

VI. Vigtige designovervejelser og forholdsregler

• Modroteringsmekanisme: Da begge ender af skruen ikke er fastgjort, er det afgørende at forhindre uønsket rotation af skruen i forhold til understøtningerne under drift. Ved midt- eller enddrev installeres typisk en modroteringsenhed som f.eks. et splintpar, guidetast eller rotationslåsefastgørelse tæt på den ene understøtningsende, så der kun tillades axialbevægelse samtidig med overførsel af drejningsmoment til rammen.
• Stivhed af møtrik som reference: Den samlede aksiale stivhed i systemet afhænger af stivheden i forbindelsen mellem møtrikken og arbejdsbordet, som skal forstærkes specifikt.
• Positionsfeedback: Motorencoderen giver feedback på motorens aksposition, ikke arbejdsbordets position. I højpræcise systemer er et fuldt lukket feedbacksystem (f.eks. lineær encoder/måleskala), der direkte måler arbejdsbordets position, obligatorisk.
• Valg af understøtning: De flydende understøtninger i begge ender kan være BF, FK eller EF, afhængigt af plads og skruetaptype, men begge skal have flydefunktion.
• Ikke en ydelsesforbedringsmetode: FF er specifikt beregnet til at løse problemet med "langt slag termisk udvidelse". For udstyr med standardlængde har den traditionelle metode med fastgørelse i den ene ende fordele mht. stivhed, omkostninger og kompleksitet.

FF-understøtningskonfigurationen er en højt specialiseret ingeniørløsning, der tager fat på udfordringen ved »termisk styring af ekstremt lange slag«. Den opnår sikkerhed og stabilitet i yderste skalaer ved fuldstændigt at frigøre skruen fra »aksial begrænsning«. At vælge et FF-system indikerer, at udstyrsdesignet er trådt ind i det specifikke område for store, tungtbyggede applikationer, hvilket kræver, at ingeniører har en dybere forståelse og mere omhyggeligt design med hensyn til termodynamik, strukturel mekanik og bevægelsesstyring. Det er ikke et universelt valg, men inden for dets anvendelsesområde er det en uerstattelig nøgleteknologi.