Okrągłe szyny prowadzące kontra kwadratowe szyny prowadzące do routerów CNC

Zestaw szyn liniowych CNC

Prowadnice liniowe (zestawy prowadnic liniowych CNC) występują w 2 typach: okrągłe i kwadratowe. Okrągłe prowadnice powstały jako pierwsze, ale nie zapewniają precyzji oferowanej przez kwadratowe komponenty prowadnic. Jednak okrągła prowadnica jest preferowaną prowadnicą do ruchów pionowych z dużymi obciążeniami. Zastosowanie będzie decydować, który typ prowadnic liniowych powinien zostać użyty. Kryteria wyboru jednej z nich nie różnią się od kryteriów wyboru jakiejkolwiek innej Router cnc komponent, specyfikacja projektu, zdefiniowanie celów systemu i praca na podstawie wcześniejszych sukcesów i błędów. Jednak każdy, kto ma mało doświadczenia, może popełniać proste błędy. Najlepszym miejscem na początek jest nauczenie się podstawowych cech każdego typu i przyjęcie tych najbardziej istotnych dla aplikacji.

Technologia okrągłych szyn prowadzących została dopracowana niemal do perfekcji w ciągu ostatnich 60 lat, a kwadratowe szyny prowadzące mają około 35. Większość inherentnych problemów projektowych została dawno wyeliminowana, a materiały uległy znacznej poprawie. Większość problemów wynika z niewłaściwego użycia i niewłaściwego zastosowania. A główne powody niewłaściwego zastosowania często wynikają z osobistych uprzedzeń lub przesądów, błędnego obliczenia lub osądu estetycznego. Oznacza to, że stosunkowo mała liniowa szyna profilowa może idealnie pasować do obciążenia, prędkości i każdego innego wymagania. Jednak po zamontowaniu na routerze CNC, wnikliwe oko może dojść do wniosku, że wygląda słabo i zdecydowanie za mało.

Jeden typ liniowej prowadnicy kulowej nie jest koniecznie łatwiejszy w użyciu niż inny. Wybór zależy całkowicie od konkretnego zastosowania. Ogólnie rzecz biorąc, konkretny kwadratowy komponent szyny może kosztować więcej niż okrągły, ale należy uwzględnić inne wymagania, w tym koszt systemu. Co najmniej te pozycje obejmują wydatki na przygotowanie łoża frezarki CNC lub innej powierzchni montażowej do pomieszczenia systemu szyn, wymaganą dokładność pozycjonowania i przestrzeń dostępną dla podsystemu szyny liniowej.

Ale zanim zaczniesz ołówkiem papier lub myszką podkładkę, zdecyduj się na kwadratową lub okrągłą szynę. Kiedy aplikacja wygląda na taką, która może pójść w obie strony, przeprowadź wstępne obliczenia najważniejszych cech i potrzeb, aby upewnić się, że nic nie zostało pominięte.

Okrągłe szyny prowadzące

Przed pojawieniem się kwadratowych szyn prowadzących, okrągłe szyny prowadzące miały spełniać wszystkie wymagania dotyczące sterowania ruchem liniowym. I przez wiele lat robiły to znakomicie. Jednak ponieważ użytkownicy frezarek CNC żądali mniejszych tolerancji dla niektórych zadań, producenci frezarek CNC preferowali klasyczną metodę frezowania i skrobania. Okrągłe szyny prowadzące były używane w urządzeniach peryferyjnych, gdy nie mogły spełniać wymagań dotyczących tolerancji.

Nie sprawiło to, że okrągłe szyny prowadzące stały się mniej wartościowe lub przestarzałe. Ich zalety nadal przewyższają wady. Okrągłe szyny prowadzące są generalnie tańsze niż kwadratowe szyny prowadzące, ale nie powinno to być głównym kryterium dla żadnego zastosowania. Kwadratowa szyna prowadząca może faktycznie ulec awarii, podczas gdy okrągła szyna może działać płynnie i bezbłędnie. Na przykład okrągłe szyny prowadzące są bardziej wyrozumiałe w przypadku niewspółosiowości, słabej równoległości i obciążeń momentem w większości Maszyny CNC i pozwalają na większą zmienność w szynie h8 niż systemy szyn kwadratowych. Mimo to mogą utrzymać prostoliniowość ruchu 0.01 cala na 10 stóp. Ponadto mały element toczny sprawia, że ​​ruch szyny okrągłej jest płynniejszy.

Aby osiągnąć tę dokładność, potrzebują podparcia tylko na końcach, chociaż wiele z nich jest podpartych w kilku punktach lub na całej długości. Pozwala to na bezproblemowe przekraczanie szczelin i bezpieczne przechodzenie z jednego podparcia na drugie. Gdy system szyn okrągłych wymaga tylko zespołu wał-szyna (wał, szyna lub wał i 2 bloki podparte na końcach z 4 blokami poduszkowymi), koszt przygotowania jest niższy niż w przypadku szyny kwadratowej. Generalnie instalacja szyny okrągłej jest stosunkowo łatwa i niedroga. A serwis i wymiana sprzyjają szynie okrągłej.

Prowadnice kwadratowe (Prowadnice profilowe)

Prowadnice kwadratowe zostały pierwotnie zaprojektowane dla przemysłu narzędzi do frezowania CNC. Zastąpiły zintegrowane wózki i prowadnice, które są integralnymi obszarami łoża frezarki CNC. Mimo to niektóre tradycyjne wózki i prowadnice nadal zapewniają wysoką dokładność w pewnych sytuacjach.

Prowadnice kwadratowe są sztywniejsze i bardziej sztywne, ale wymagają prostego, ciągłego podparcia z rygorystycznymi wymaganiami płaskości i równoległości; nie mogą one obejmować szczelin, które może obejmować okrągła szyna. Jednak ponieważ producenci routerów CNC są przyzwyczajeni do precyzyjnego przygotowania łoża, nie stanowi to problemu.

Główną zaletą kwadratowych szyn prowadzących jest ich wysoka dokładność pozycjonowania, szczególnie przydatna przy frezowaniu i szlifowaniu. Utrzymują od 0.0002 do 0.001 cala na długości 10 stóp, w porównaniu do 0.01 cala w przypadku okrągłych szyn prowadzących. Obsługują również tę precyzję przy obciążeniu chwilowym; pojedynczy wózek i pojedyncza szyna są do tego lepiej przystosowane niż okrągła szyna. A ponieważ kwadratowa szyna obsługuje większe obciążenia przy wysokiej dokładności, większość użytkowników toleruje nieco mniejszą gładkość niż oferują okrągłe szyny prowadzące.

Chociaż pojedyncza jednostka szyny profilowej może wytrzymać obciążenie momentem, nie zawsze jest to zalecane. Należy użyć 2 lub więcej jednostek, aby zrównoważyć obciążenie lub rozłożyć ciężar. Jednak jedna kwadratowa szyna może pasować tam, gdzie wymagane byłyby 2 okrągłe szyny prowadzące. Szyny profilowe są również łatwiejsze w użyciu, ponieważ wymagają jednej lub 2 części do kompletnego systemu, szyny i wózka, podczas gdy okrągła szyna składa się z kilku dodatkowych części.

Kwadratowe szyny prowadzące mają większą nośność, zdefiniowaną jako ilość obciążenia, jaką jednostka wytrzymuje pokonując określoną odległość. Na przykład nośność 20,000 100 N jest oparta na ocenie km. A zużycie jest minimalne, ponieważ szyna się nie ślizga, ale ma kontakt toczny. Żywotność kwadratowej szyny zależy przede wszystkim od rodzaju środowiska, w którym się znajduje, prawidłowego smarowania i konserwacji. Przy założeniu, że wszystko inne jest równe, okrągłe szyny prowadzące są nieco bardziej tolerancyjne, ponieważ nie są tak ciasne i nie są tak wrażliwe na niewielkie wahania. Kwadratowa szyna jest bardziej wrażliwa na zanieczyszczenia i uderzenia, chociaż ma większą nośność i odporność na uderzenia, które nie wpływają na element toczny.

Biorąc pod uwagę aspekt zużycia, okrągła szyna ma również naturalne zdolności do zrzucania zanieczyszczeń. Tory z kwadratową szyną są ukryte przed bezpośrednim dostępem, ale niekoniecznie zrzucają zanieczyszczenia. Przy zastosowaniu płynnej siły napędowej do szyny okrągła szyna działa lepiej niż kwadratowa szyna, ponieważ kwadratowa szyna może się podciągać na niektórych obszarach toru, podczas gdy okrągła szyna ma mniejsze tendencje do podciągania.

Wybierz typ szyny, której chcesz użyć, zanim zaczniesz układać komponenty routera CNC. Osprzęt montażowy jest radykalnie różny w przypadku okrągłych i kwadratowych szyn prowadzących, a obszar, w którym należy pracować, różni się, podobnie jak obciążenie znamionowe dla rozmiaru fizycznego. Jeśli później się nie uda, zmiana z jednej marki szyny kwadratowej na inną jest łatwiejsza niż zmiana z szyny kwadratowej na okrągłą. Wszyscy producenci stosują się do norm, które umożliwiają pewien stopień zamienności w ramach typu.

Do wydajności można podejść z dwóch stron. Jedna dotyczy współczynnika oporu tarcia; mniejsze tarcie oznacza mniejszą energię wejściową. Opór okrągłej szyny jest nieco niższy, a jej działanie jest płynniejsze niż w przypadku szyny profilowej. Jednak osoby, które regularnie używają kwadratowych szyn prowadzących, zapewniają wystarczającą moc, aby wystarczająco dobrze napędzać szyny. Niektórzy biorą również pod uwagę wydajność z punktu widzenia ogólnej otoczki lub rozmiaru. Mniejsza szyna profilowa oferuje mniejszy pakiet do większych obciążeń.

Obciążenie udarowe, podobnie jak w przypadku natychmiastowego obciążenia udarowego, wpływa na wszystkie łożyska. Kwadratowe szyny prowadzące mogą wytrzymać większe obciążenie niż mała jednostka, więc uderzenie jest bardziej siłą uderzenia. Jednak we wszystkich przypadkach szyna jest skalowana do nośności normalnego obciążenia, a nie obciążenia udarowego. Nie ma znaczącej różnicy, z wyjątkiem tego, że w ciężkich maszynach uderzenie jest bardziej szkodliwe po prostu ze względu na czystą masę.

Prowadnice kwadratowe mają pewne krytyczne ograniczenia środowiskowe, które zazwyczaj można znaleźć w podręczniku producenta lub przewodniku projektowym. Niestety, projektanci nie biorą pod uwagę czynników ograniczających wystarczająco często na początkowych etapach projektowania zarówno okrągłych, jak i kwadratowych prowadnic. Na przykład standardowy współczynnik obciążenia w USA wynosi 2 miliony cali lub 50 km i 100 km lub 4 miliony cali na rynku europejskim. Często normy zalecają, aby system szyn nie był używany dłużej niż 25 lub 50% o pojemności znamionowej.

Jest w katalogu

Większość katalogów liniowych prowadnic rolkowych i kulkowych zawiera informacje o zastosowaniu i inżynierii dotyczące wymiarowania i instalacji. Parametry te są wymagane do określenia dynamicznych obciążeń i momentów znamionowych oraz statycznych obciążeń i momentów nośnych, które obejmują pochylenie, przechylenie i odchylenie. Katalogi zawierają również wykresy i równania do określania żywotności łożyska na podstawie dynamicznych obciążeń znamionowych i zastosowanych parametrów wejściowych obciążenia dynamicznego. Każda liniowa prowadnica rolkowa lub kulkowa ma unikalne specyfikacje dotyczące prędkości, przyspieszenia, tolerancji, napięcia wstępnego i zakresu temperatur.

Najważniejszym parametrem prowadnic profilowych jest równoległość biegu, która mieści się w zakresie kilku mikrometrów. Jeśli nie jest ściśle przestrzegana, łożyska zakleszczają się lub zużywają przedwcześnie. Aby zapobiec takim problemom, przewodniki instalacyjne skrupulatnie omawiają temat przygotowania powierzchni montażowej, tolerancji montażowych i równoległości szyn. Dane instalacyjne obejmują również pionowe przesunięcie szyny, pionowe i boczne przesunięcie wózka, tolerancje otworów montażowych, moment obrotowy śrub i połączenia czołowe.

Łożyska liniowe okrągłe kulkowe wymagają tych samych rozważań co szyny profilowe, plus kilka dodatkowych. Wykresy biegunowe ilustrują nośność dynamiczną, a wykresy pokazują żywotność obciążenia. Niski współczynnik tarcia 0.001 i specyfikacje samonastawne podane dla szyn prowadzących okrągłych eliminują potrzebę współczynników obniżających powszechnie przypisywanych szynom profilowym.

Zastosowania

Podczas gdy kwadratowe liniowe szyny prowadzące kiedyś kosztowały wiele razy więcej niż technologia okrągła ze względu na rozległe wymagania szlifowania wpisane w projekt, nowe techniki produkcji i ekonomia skali zachęciły inżynierów do rozważenia wykorzystania kwadratowych szyn prowadzących w szerszej przestrzeni zastosowań. Kwadratowe liniowe szyny prowadzące można teraz znaleźć w wielu tych samych zastosowaniach, które kiedyś były obsługiwane tylko przez okrągłe szyny prowadzące.

Większość aplikacji może wykorzystywać okrągłe lub kwadratowe szyny prowadzące. Jednak niektóre szyny są zastępowane innymi typami, ponieważ te pierwsze nie działają. Tak było w przypadku łóżka szpitalnego, gdzie projektant zaczął od kwadratowej szyny do ruchu osiowego. Jednak montaż się zacinał; nie mógł się swobodnie poruszać, dopóki śruby mocujące nie zostały poluzowane, aby umożliwić pewien ruch skręcający. Rama łóżka po prostu nie była wystarczająco sztywna. Kwadratowa szyna musiała zostać zastąpiona samonastawną okrągłą szyną.

Innym zastosowaniem, w którym wystąpił podobny problem, była kwadratowa szyna zamontowana do podstawy z blachy w automacie sprzedającym. Szyna nie działała, ponieważ mocowanie z blachy nie było wystarczająco sztywne. Czasami projektanci powtarzają błędy, gdy patrzą na ten sam problem w innym świetle. Inżynier znający się na okrągłych szynach prowadzących może mieć tendencję do trzymania się ich, niezależnie od potrzeb aplikacji w zakresie wyższej dokładności. Jednak większość aplikacji nie potrzebuje dokładności kwadratowej szyny. Powinni wziąć pod uwagę koszt całego systemu, a nie tylko koszt komponentów. A to oznacza uwzględnienie wymagań dla wszystkich urządzeń peryferyjnych i rozszerzonych problemów.

Wykres obciążenia/żywotności okrągłej szyny wskazuje obciążenie graniczne dla danego łożyska tulei kulowej. Wprowadź wykres z maksymalnym obciążeniem najbardziej obciążonego łożyska i wymaganym czasem przesuwu i znajdź miejsce przecięcia się dwóch linii. Obszar przechodzący przez lub powyżej i na prawo od przecięcia wskazuje najbardziej odpowiednie łożyska.

Orientacja łożyska lub kierunek przyłożonego obciążenia określa dynamiczną nośność łożyska kulkowego. Współczynnik korekcji jest znajdowany na podstawie kierunku przyłożonego obciążenia względem orientacji torów kulkowych łożyska pokazanych na wykresie biegunowym. Aby określić nośność, należy pomnożyć współczynnik korekcji K przez dynamiczną nośność konkretnej jednostki.

Kwadratowe szyny prowadzące mogą przewyższać okrągłe szyny prowadzące w określonych okolicznościach, które wymagają większej sztywności i większej zwartości pod względem nośności w stosunku do rozmiaru. Ogólnie rzecz biorąc, szyny prowadzące profilowe oferują większą nośność, dokładność i sztywność oraz dłuższą żywotność.

Prowadnice kwadratowe muszą mieć niezwykle równoległe powierzchnie, aby zapobiec zakleszczaniu i nadmiernemu zużyciu. Mają tendencję do przyjmowania kształtu powierzchni montażowej, co sprawia, że ​​ścisłe przestrzeganie specyfikacji równoległości jest konieczne.

Okrągłe szyny prowadzące kontra kwadratowe szyny prowadzące w skrócie