遊星歯車減速機と平歯車減速機: CNC サーボ システムのバックラッシュ制御の向上

CNC マシニング センターでは、バックラッシが 3 arcmin の減速機は、軸の方向が反転すると、工具半径 300 mm で位置決め誤差が約 0.26mm 発生します。これは、精密部品を公差の範囲外に押し出し、仕上げ面に目に見える工具跡を残すには十分です。遊星ギアボックスと平歯車減速機のどちらを選択するかは、コストや利便性の問題ではありません。サーボ システムがパーツごとに指令された位置を保持できるかどうかが重要です。

CNC サーボ システムにおけるバックラッシュ制御の意味

バックラッシュ制御は、位置を保持するサーボ軸と、方向が変わるたびに許容範囲からずれてしまうサーボ軸を分離します。

バックラッシは、回転方向が変化したときの入力ギアと出力ギアの間の角度ギャップです。このギャップにより、位置ループにデッド ゾーンが生じます。サーボ モーターは出力が移動する前にこのギャップを消費する必要があり、その結果生じる位置誤差はバックラッシュ角度と負荷半径に直接比例します。

CNC 加工への実際的な影響は、次の 3 つの領域に現れます。

• 位置決め精度: 軸はバックラッシュ バンド内のどこにでも着地できるため、同じ座標に繰り返し移動すると異なる結果が生じます。
• 輪郭精度: 円弧補間中、工具パスには方向反転時にドウェルマークが表示されます。
• 表面仕上げ: バックラッシによる微振動により仕上げ面にびびり跡が残ります。

バックラッシュはサーボ ループの動作も変化させます。駆動システムにバックラッシュがある場合、コントローラは指令された位置と実際の位置との間にギャップがあることを認識します。発振を防ぐためにはゲインを下げる必要があり、応答が遅くなります。たとえ機械がスクラップを生成していなくても、部品の生産速度は本来の速度よりも遅くなります。

遊星ギアボックス: 低バックラッシュ設計

高精度遊星ギアボックスは 1 ～ 3 分角のバックラッシュを実現しており、CNC サーボ軸のデフォルトの選択肢となっています。

遊星ギアボックスの負荷分散アーキテクチャが主な理由です。複数の遊星歯車が太陽歯車およびリング歯車と同時に噛み合い、トルクが 1 つではなく複数の歯接触部に分散されます。これにより、荷重がかかったときの歯のたわみが軽減され、組み立て中に中心距離をより細かく制御できるようになります。

遊星ギアボックスの低バックラッシュは、制御された歯の形状、正確な中心距離、シムベースまたはプリロードベースの組み立てという 3 つの製造要素によって実現されます。慎重に制御された歯形とキャリア公差を備えた研削歯車は、生産工程全体にわたってバックラッシュを一定に保ちます。

のために サーボモーター遊星ギアボックス 耐用年数にわたって精度を維持するには、製造品質と組立公差の管理が最も重要です。 BEITTO では、AHL シリーズは、はすば歯形状と精密研磨ギアを使用して、負荷容量と静かな動作を向上させながら、一貫したバックラッシュを維持します。機械製造者にとって、再現性は完璧なプロトタイプよりも重要であり、すべての軸が同じように動作する必要があります。

熱安定性も別の要因です。遊星ギアボックスが動作中に暖まると、ハウジングが膨張し、ギアのクリアランスが変化します。適切に設計された遊星減速機は、機械の動作温度範囲全体にわたってバックラッシュ範囲を維持しますが、クリアランスが大きい平減速機は、温度が変化するとドリフトが大きくなります。

ヘリカル歯変速機 サーボモータ用遊星減速機 AHLシリーズ 遊星減速機は、その性能により多くの業界で広く使用されています。独自に設計されたはすば歯車により、非常にスムーズな動作と低騒音が保証されます。 製品を見る→

平歯車減速機: 単純な歯車装置の限界

平歯車減速機は通常 5 ～ 15 分角のバックラッシュを示し、各段で独自の歯のクリアランスが追加されるため、ギャップは摩耗とともに増加します。

平歯車減速機は、単純な平行軸歯車ペアを使用します。各段には正確に 1 つの歯車噛み合いがあり、総バックラッシュはすべての段の歯のすきまの合計になります。歯が一点で噛み合うため、負荷の集中が大きくなり、同じトルクを伝達するには歯のサイズを大きくする必要があります。

コスト面でのメリットは本物です。プラネタリキャリア、リングギア、内部負荷分散がないため、Nm あたりの製造コストが低くなります。コンベア、単純なインデックステーブル、および重要ではないフィーダの場合、トレードオフは理にかなっています。

CNC システムの問題は、平減速機のバックラッシュが静的な値ではないことです。ギアが摩耗するとバックラッシュが変化し、サーボループの特性が変化します。あるバックラッシュ値に合わせて調整されたサーボ システムは、その値がドリフトすると動くターゲットになります。結局、ドライブを再調整したり、送り速度を下げたり、低い精度を受け入れたりすることになりますが、精密作業を目的とした機械ではどれも許容できません。

並べて比較: どちらがより優れたバックラッシュ制御を実現するか

CNC サーボ システムの場合、遊星ギアボックスは、位置決めや輪郭加工を実行するすべての軸において、平歯車減速機よりも優れたバックラッシュ制御を実現します。

以下の比較表は、CNC サーボ ドライブにとって重要な指標の一般的な違いを示しています。

グラフと表を組み合わせると、同じことがわかります。遊星ギアボックスは 1 ～ 3 分角の範囲にあります。これは、CNC 機械製造業者が正確な軸を求めて指定する範囲です。スパー減速機は 5 acmin で開始し、15 arcmin に達します。

ねじり剛性はバックラッシュと同じくらい重要です。負荷がかかると減速機がねじれると、ギアが接触している場合でも位置決め誤差が大きくなります。遊星歯車ボックスは、遊星歯車がキャリア内の両端で支持されているため、剛性が高くなります。平歯車減速機には、片持ち梁または跨り取り付けられた歯車ペアがあり、剛性が低くなります。

CNC 軸に適切な減速機を選択する方法

位置決めまたは輪郭を描く CNC 軸には高精度遊星ギアボックスを選択し、1 分角以上を必要とする軸にはフレキシブル ギア減速機を選択してください。

選択ルールは軸の役割によって異なります。

• 軸が切削工具に送りを与え、部品の品質に影響を与える場合、減速機はバックラッシュを 3 arcmin 未満に抑える必要があります。
• 軸が回転テーブルを保持する場合、要件はさらに厳しくなります。1 分角以下が望ましいです。
• 軸が冷却バルブやクランプなどの補助的なものである場合は、拍車減速機を使用できます。

平歯車減速機が使用できる場合

ねじの位置を測定するボールねじを備えた送り軸は、エンコーダが減速機ではなくねじのところでループを閉じるケースの 1 つです。部品の品質に影響を与えない補助軸もあります。表面仕上げや輪郭精度が主な要件ではない低予算の機械でも、拍車減速機のコスト削減が正当化される可能性があります。

フレキシブル減速機が必要な場合

最も要求の厳しい軸では、柔軟な減速機が 1 分角以上の速度を実現します。 BEITTO BSHFシリーズは、弾性変形してギヤの噛み合いを行うフレックススプラインを採用しており、歯の隙間をなくし、高いねじれ剛性を実現しています。 返品手続きを減らすための効果的な戦略 これらのユニットの詳細については、同社の技術リソースで説明されています。

BSHFシリーズ フレキシブル減速機 BSHFシリーズ フレキシブル減速機 adopts a large-diameter hollow shaft design with a compact structure, and effectively reduces the overall weight. The thin body desig... 製品を見る→

ライトアングルでコンパクトな構成

モーターが被駆動軸に対して垂直に設置されなければならない CNC システムでは、直角減速機が必要です。 TDXR シリーズの低バックラッシュスパイラルベベル減速機は、精度を維持しながら、機械の設置面積をコンパクトにします。

TD-XRシリーズ 高効率・低バックラッシュまがりかさ歯車減速機 ●豊富な出力軸オプション ●高トルク ●高効率 ●長寿命 ●低バックラッシ ●メンテナンスフリー ●柔軟な取付寸法 製品を見る→

多くの CNC アプリケーションでは、減速機はサーボ モーターとボールネジの間に取り付けられます。位置決め誤差の合計は、減速機のバックラッシとボールねじの軸方向の遊びの合計になります。バックラッシュが 1 ～ 3 分角の高精度遊星減速機では、通常、ねじに数ミクロンの誤差しか追加されませんが、平歯車減速機ではその数倍の誤差が追加されます。

よくある質問