ボールねじの故障を防ぐメンテナンスの必須事項

ボールねじは、工作機械の送り装置で重要な役割を果たしています。製造業が発展するにつれて、市場の製品品質に対する要求はますます厳しくなり、工作機械に対する企業の要求精度も高くなっています。

その結果、ボールねじの信頼性と性能は不可欠な基準となっています。フィードシステムでは、ボールねじの摩耗が予圧の減少につながる可能性があり、これは一般的な問題です。

適切な予圧は、軸方向の衝撃と過度の熱を防ぎ、ボールねじの精度と寿命を向上させます。この記事では、ボールねじに関連する問題を簡単に分析し、摩耗を軽減するための実行可能な予知保全戦略について説明します。

ボールねじは、回転運動を直線運動に変換するリニアアクチュエータで、工作機械の送りシステムに広く使用されています。その主な利点は、高速で正確な位置決めができ、機械効率が高いことです。

低摩擦のため、その伝達効率は最大90%に達することができ、また、ボールねじの寿命を延ばし、メンテナンスのダウンタイムを減らすことができます。ボールねじとナットの間の摩擦と直線的な衝撃は、正確な送りシステムを達成することを困難にします。

通常、適切な量の予圧を加えることで、直線的な衝撃を排除し、ボールねじの剛性を高めることができます。しかし、過度の予圧は摩擦を増加させます。また、予圧はボールねじの剛性、騒音、位置精度に大きく影響します。

機械の始動時や停止時に、ボールねじの加速や減速によって接触面の潤滑油が失われることがあります。この損失は、熱放散を悪化させ、ボールねじの摩耗を加速させます。摩耗が深くなると予圧が減少し、ボールねじの主な懸念事項となります。

ボールねじの摩擦摩耗は、表面の摩耗を分析する。ボール表面の粗さは軌道表面の粗さよりも滑らかであるため、両者の相対的な動きは滑らかな表面と粗い表面の相互作用に例えることができます。

より硬く粗い表面が、より軟らかい表面を同じ方向に繰り返し横切る場合、一方向の塑性変形がサイクルのたびに蓄積される。この "ラチェット破損 "または "進行性崩壊 "のプロセスは、延性破壊メカニズムによって摩耗が起こり、図1に示すような非常に微細な板状の破片が生成されることを示唆している。

ボールねじの動的テストでは、トルクが減少し始める前に、最初は高い値まで増加することが示されています。これは、接触面を保護する潤滑膜が形成されるまでに時間がかかり、ボールとトラック間の摩擦が増加し、ボールねじシステムのシャフトを駆動するためにより多くのトルクが必要になるためです。表1に示すように、より高い速度ではより多くの加速時間を必要とし、トルクは速度とともに増加する。

表1 回転速度の関数としての加速度

減速時には、加速時とは異なる挙動を示すが、減速時にも高いトルクが必要となる。速度が安定すると、トルクは速度とともに徐々に増加する。トルクの違いは、瞬間的なステップで同様の安定した速度に対するものであり、加速時、減速時、定常速度時の潤滑体制が異なることを示している。

そのため、接触面は大きな荷重と低い相対速度に耐えることになり、加速時や減速時に重大な潤滑問題を引き起こす。

予知保全では、センサーを使用して機器の稼動状態を監視し、センサーデータとライフサイクル・パラメーターを組み合わせて保全時期を決定する。これにより、メンテナンス間隔を最大化し、ダウンタイムコストを削減します。

予知保全は、予期せぬ機械的故障を減らし、問題の悪化を防ぐことができる。機械的な問題を早期に発見し修理することで、ほとんどの問題を軽減することができるため、製品の品質が向上し、工場や生産ラインの効率が高まります。

検出方法には直接法と間接法がある。直接法では、部品の動作精度や位置状態を直接測定する。間接的な方法では、コンポーネントに関連する信号や情報を収集し、その状態を推測する。

本稿では、検出信号の選択が重要な直接法に焦点を当てる。検出信号には、音響放射信号、レーザー検出、電気信号検出、振動信号検出、工作機械内部信号などがある。

電気モーター電流に基づくボールねじのメンテナンスには、一般的に時間領域解析法が使用されます。ウェーブレット理論は、新しい時間領域解析手法の代表です。

電気信号には多くのエラーメッセージとかなりの量のノイズが含まれている。ウェーブレット信号は、異なる時間帯や周波数帯域の信号を効果的に分離し、ノイズ信号を除去し、より鮮明な信号画像を再構築することができる。

電流信号の収集には、図2に示すように、磁気平衡ホール原理と閉ループ原理に基づくホール電流センサーを使用する。

入力の電流は磁場を発生させ、高品質の磁気コアを通過して磁束ループを形成する。ホール素子は小さなエアギャップ内に固定されている。磁気コアに巻かれたコイルは、逆方向の補償電流を出力する。

この補償電流は、入力電流によって発生する磁束を相殺し、ループ内の磁束をゼロに維持します。特殊な回路処理の後、ホール素子の出力電位は電流の変化を正確に反映します。

このように、ホール電流センサーは、ボールねじの駆動モーターの電流の変化を監視することができます。収集したデータを処理することで、ボールねじの動作状態を正確に判断することができる。