FF-seriens kulspindeländstöd

I. Kärnpositionering och benämning

Placering: Ett kulspindelsystem med dubbla svävande ändstöd. Detta är en icke-standard men mycket målinriktad stödmetod.

Benämningens tolkning:

• Första F: Indikerar att ena änden av spindeln stöds av ett svävande ändstöd.
• Andra F: Indikerar att den andra änden av spindeln också stöds av ett svävande ändstöd.

Kärnvärde: Designad för att hantera betydande axial förlängning orsakad av värmeexpansion vid extra långa slag eller för speciella uppställningar där spindeln drivs från mitten.

II. Kärnstruktur och funktionsprincip

FF-konfigurationen avstår från den traditionella modellen med ett fastlåst ände. Dess arbetsprincip är följande:

Frigör fullständigt termiska spänningar:
Båda ändar tillåter axialt friktionsförlust, vilket gör att skruven kan expandera fritt i båda riktningarna vid uppvärmning, istället för att tvingas expandera endast mot ena änden som i ett system med en fastända.
Resultat: Den axiala tryckspänningen i skruven orsakad av termisk expansion minimeras, vilket i grunden förhindrar risken för knäckning (böjning) i långa skruvar på grund av termiska spänningar.

Överföring av axial positioneringreferens:
I traditionella BK-FK-system fungerar BK-änden som den absoluta axiala positioneringsreferensen.
I FF-system blir kulmuttern själv (eller arbetsbordet som är styvt kopplat till muttern) den axiala positioneringsreferensen för systemet. Skruvaxeln kan fritt "flyta" inom stöden i båda ändar, medan mutterns position kontrolleras och låses av drivsystemet (t.ex. en servomotor).

Vanliga drifthandlingssätt:

• Drift i mittenpartiet: Motorn driverar mittdelen av skruven via en tandrem eller växlar. Detta är det vanligaste användningsfallet för FF-stöd, där båda ändar av skruven stöds men inte överför drivmoment.
• Slutdrift (Mindre vanligt, kräver särskild konstruktion): Även om driften sker från ena änden använder den änden ett flytande stöd och kräver en motsvarande momentstödanordning (till exempel spliner eller nycklar) för att motstå det roterande driftmomentet samtidigt som axiell rörelse tillåts.

III. Kärnegenskaper och fördelar

• Konstruerat för ultralånga slag:
  Detta är FF-stödets främsta fördel. När skruvlängden är mycket lång (till exempel mer än 3–4 meter) är den ackumulerade förlängningen på grund av temperaturhöjning betydande. Dubbla flytande konstruktionen är den mest effektiva och tillförlitliga ingenjörsösningen för hantering av denna stora termiska expansion.
• Eliminerar risk för knäckning, förbättrar systemets tillförlitlighet:
  Löser fullständigt potentiella instabilitets- och böjningsproblem hos långa skruvar under termiska och kompressiva belastningar, vilket avsevärt förbättrar driftsäkerheten och noggrannhetsbevarandet i system med lång slaglängd.
• Layoutflexibilitet:
  Tillåter drivning i mitten, så att tunga drivmotorer kan placeras mitt i slaglängden eller på utrustningens ram istället för vid ändarna av slaglängden, vilket optimerar den totala tyngdpunkten och strukturdesignen för utrustningen.
• Minskar kraven på noggrannhet vid montering av stöd:
  Eftersom ingen ände har strikta axiella positioneringsfunktioner kan kraven på axial relativ positionsnoggrannhet mellan de två stödenas monteringsytor slakas något (även om kraven på parallellitet och koaxialitet fortfarande är höga).

IV. Typiska användningsscenarier

FF-stöd är en lösningorienterad design som främst används inom följande specifika områden:

• Extra stora CNC-maskiner: Till exempel X-axeln (portbalk) på portbearbetningscenter och golvmontorade borr-/fräs-maskiner med slag upp till tiotals meter.
• Stora laser-skärare/vattenstråle-skärare: Utrustning för bearbetning av breda plåtmateriel.
• Mätutrustning i stor skala: Till exempel brotyps koordinatmätdon (CMM), rälsmonterade mätdon.
• Särskild tung industriell utrustning: Till exempel slipmaskiner för vindkraftsblad, svetsplattformar för fartygssektioner.
• Särskild automationsutrustning med mittdrift: Där strukturella layoutbegränsningar kräver att drivanordningen placeras i mitten av slaglängden.

V. Jämförelse med traditionella system med fixering i ena änden (BK-FK)

VI. Viktiga designöverväganden och försiktighetsåtgärder

• Rotationshinder: Eftersom båda ändar av skruven inte är fixerade är det viktigt att förhindra oönskad rotation av skruven i förhållande till stöden under drift. För mitten- eller änddrift installeras vanligtvis en rotationshinderanordning, såsom ett splintpar, styrd nyckel eller rotationslås, nära ett av stödändarna, vilket tillåter endast axialrörelse samtidigt som roterande vridmoment överförs till ramen.
• Mutterns styvhet som referens: Den totala axiella styvheten i systemet beror på styvheten i kopplingen mellan muttern och arbetsbordet, vilken behöver specifikt förstärkas.
• Lägeåterkoppling: Motorencodern ger återkoppling om motoraxelns position, inte arbetsbordets position. För högprestandasystem är ett helt slutet återkopplingssystem (t.ex. linjär encoder/måttband) som direkt mäter arbetsbordets position obligatoriskt.
• Stödval: De svävande stöden i båda ändar kan vara BF, FK eller EF, beroende på utrymme och skruvaxeltyp, men båda måste ha svävande funktion.
• Inte en prestandaförbättringsmetod: FF är särskilt avsett för att lösa problemet med "långt slag termisk expansion". För utrustning med standardslag erbjuder den traditionella metoden med fixering i ena änden fördelar vad gäller styvhet, kostnad och komplexitet.

FF-stödets konfiguration är en mycket specialiserad ingenjörlösning riktad mot utmaningen av "värme hantering för ultralånga slag". Den uppnår säkerhet och stabilitet i extrema skalor genom att helt frigöra skruven från "axiell begränsning". Att välja ett FF-system indikerar att utrustningsdesignen har trätt in i det specifika området för storskaliga, tunga tillämpningar, vilket kräver att ingenjörer har en djupare förståelse och mer noggrann design när det gäller termodynamik, strukturell mekanik och rörellestyrning. Det är inte ett universellt val, men inom sitt tillämpningsområde är det en oumbärlig nyckelteknik.