Kulaté vodicí kolejnice VS čtvercové vodicí kolejnice pro CNC frézy

Sada CNC lineární kolejnice

Lineární vodicí kolejnice (sada CNC lineárních kolejnic) se dodávají ve 2 typech, kulaté vodicí kolejnice a čtvercové vodicí kolejnice. Kulaté vodicí lišty vznikly jako první, ale neposkytují přesnost nabízenou čtyřhrannými vodicími lištami. Kruhová vodicí kolejnice je však preferovanou vodicí kolejnicí pro vertikální pohyby s těžkými břemeny. Aplikace určí, jaký typ lineárních vodicích kolejnic by měl být použit. Kritéria pro výběr jednoho před druhým se neliší od výběru jakéhokoli jiného CNC router komponentu, specifikujte návrh, definujte cíle systému a vycházeli z minulých úspěchů a chyb. Ale každý, kdo nemá zkušenosti, může udělat jednoduché chyby. Nejlepším místem, kde začít, je naučit se základní vlastnosti každého typu a osvojit si ty, které jsou pro aplikaci nejrelevantnější.

Technologie kulatých vodicích kolejnic byla za posledních 60 let vypilována téměř k dokonalosti a čtvercových vodících kolejnic je kolem úctyhodných 35. Většina problémů souvisejících s designem je již dávno vyřešena a materiály se dramaticky zlepšily. Většina problémů vzniká nesprávným použitím a nesprávným použitím. A hlavní důvody nesprávného použití často pocházejí z osobní zaujatosti nebo předsudků, chybného odhadu nebo estetického úsudku. To znamená, že relativně malá lineární profilová kolejnice by mohla dobře vyhovovat zatížení, rychlosti a všem dalším požadavkům. Ale při montáži na CNC router by náročné oko mohlo dojít k závěru, že vypadá chatrně a rozhodně poddimenzovaný.

Použití jednoho typu lineárního vedení s kuličkovým pouzdrem není nutně jednodušší než použití jiného. Výběr závisí zcela na konkrétní aplikaci. Obecně platí, že konkrétní komponent se čtvercovou kolejnicí může stát více než kruhový, ale měly by být zohledněny další požadavky včetně systémových nákladů. Tyto položky zahrnují minimálně náklady na přípravu CNC frézovacího lůžka nebo jiného montážního povrchu pro umístění kolejnicového systému, potřebnou přesnost polohování a prostor dostupný pro lineární kolejnicový subsystém.

Než se však zavážete tužkou na papír nebo myší na podložku, rozhodněte se pro čtvercovou nebo kulatou kolejnici. Když aplikace vypadá, že by mohla jít oběma směry, proveďte předběžné výpočty nejkritičtějších vlastností a je třeba se ujistit, že nic nepřehlédnete.

Kulaté vodicí lišty

Před příchodem čtvercových vodicích kolejnic se očekávalo, že kulaté vodicí kolejnice uspokojí každou situaci lineárního řízení pohybu. A po mnoho let to dělali obdivuhodně. Ale protože uživatelé CNC frézovacích nástrojů požadovali pro určité práce užší tolerance, výrobci CNC frézek upřednostňovali klasickou metodu frézování a škrábání. Kruhové vodicí lišty byly použity pro periferní zařízení, když nesplňovaly požadavky na toleranci.

To nečinilo kulaté vodicí lišty méně cenné nebo zastaralé. Jejich výhody nadále převažují nad nevýhodami. Kulaté vodicí lišty jsou obecně levnější než hranaté vodicí lišty, ale to by nemělo být primárním kritériem pro žádnou aplikaci. Čtvercová kolejnice může ve skutečnosti selhat, zatímco kulatá kolejnice může fungovat hladce a bezchybně. Kulaté vodicí kolejnice například lépe odpouštějí nesouosost, špatnou rovnoběžnost a momentová zatížení ve většině CNC stroje a umožňují větší variace v kolejnici h8 než u systémů se čtvercovou kolejnicí. Přesto mohou udržet přímost pojezdu 0.01 palce. na 10 stop. Také malý valivý prvek má tendenci dělat pohyb kruhové kolejnice hladší.

K dosažení této přesnosti potřebují podporu pouze na koncích, i když mnohé jsou podepřeny v několika bodech nebo po celé své délce. To umožňuje, aby kolejnice bez problémů přecházely mezery a bezpečně přecházely z jedné podpory na druhou. Pokud systém kruhových kolejnic vyžaduje pouze sestavu hřídel-kolejnice (hřídel, kolejnice nebo hřídel a 2 bloky podepřené na konci se 4 opěrnými bloky), jsou náklady na přípravu nižší než u čtyřhranné kolejnice. Obecně je instalace kruhových kolejnic relativně snadná a levná. A servis a výměna upřednostňují kulatou kolejnici.

Čtvercové vodicí kolejnice (profilové vodicí kolejnice)

Čtvercové vodicí lišty byly původně navrženy pro průmysl CNC frézovacích nástrojů. Nahradily integrované vozíky a dráhy, které jsou nedílnou součástí lože CNC frézky. Bez ohledu na to, některé tradiční vozíky a způsoby stále poskytují vysokou přesnost v určitých situacích.

Čtvercové vodicí kolejnice jsou tužší a tužší, ale potřebují přímou, souvislou podporu s přísnými požadavky na rovinnost a rovnoběžnost; nemohou překlenout mezery, které může kruhová kolejnice. Protože jsou však výrobci CNC routerů zvyklí na přesnou přípravu lože, není to problém.

Hlavní výhodou čtvercových vodících kolejnic je jejich vysoká přesnost polohování, zvláště užitečná při frézování a broušení. Drží od 0.0002 do 0.001 palce na délce 10 stop, ve srovnání s 0.01 palce u kulatých vodicích lišt. Zvládají tuto přesnost i pro momentové zatížení; jeden vozík a jedna kolejnice se k tomu hodí lépe než kulatá kolejnice. A protože čtvercová kolejnice zvládá vyšší zatížení s vysokou přesností, většina uživatelů toleruje poněkud menší hladkost, než nabízejí kulaté vodicí kolejnice.

Přestože jediná profilová kolejnice zvládne momentové zatížení, není to vždy doporučeno. K vyvážení nákladu nebo rozložení hmotnosti by měly být použity 2 nebo více jednotek. Jedna čtvercová kolejnice se však vejde tam, kde by byly vyžadovány 2 kulaté vodicí kolejnice. Profilové kolejnice se také snáze používají, protože potřebují jeden nebo 2 díly pro kompletní systém, kolejnici a vozík, zatímco kruhová kolejnice obsahuje několik dalších částí.

Čtvercové vodicí lišty mají vyšší nosnost, definovanou jako množství zatížení, které jednotka přežije na určitou vzdálenost. Například kapacita 20,000 100 N je založena na ujetí km. A opotřebení je minimální, protože kolejnice neklouže, ale má valivý kontakt. Životnost čtyřhranné kolejnice primárně závisí na typu prostředí, ve kterém se nachází, správném mazání a údržbě. Když jsou všechny ostatní stejné, kulaté vodicí lišty jsou o něco tolerantnější, protože nejsou tak těsné a nejsou tak citlivé na drobné odchylky. Čtvercová kolejnice je citlivější na nečistoty a náraz, i když má vyšší kapacitu a odolnost vůči nárazům, které neovlivňují valivý prvek.

S ohledem na opotřebení má kruhová kolejnice také přirozené schopnosti odlučovat nečistoty. Čtyřhranné kolejnice jsou skryty před přímým přístupem, ale nemusí nutně odhazovat trosky. S kapalinovou hnací silou aplikovanou na kolejnici má kulatá kolejnice lepší výkon než čtvercová kolejnice, protože čtvercová kolejnice by se mohla na některých závodních plochách vytáhnout, zatímco kulatá kolejnice má menší sklony k vytahování.

Před zahájením rozvržení součásti CNC routeru vyberte typ kolejnice, kterou chcete použít. Montážní přípravky se radikálně liší mezi kulatými a čtvercovými vodicími lištami a oblast, ve které se pracuje, se liší, stejně jako zatížení pro fyzickou velikost. Pokud to později nevyjde, je přechod z jedné značky hranaté kolejnice na druhou snazší než přechod z hranaté kolejnice na kulatou. Všichni výrobci dodržují normy, které umožňují určitý stupeň zaměnitelnosti v rámci typu.

K účinnosti lze přistupovat ze 2 úhlů. Jedna se zabývá odporovým koeficientem tření; menší tření znamená nižší vstupní energii. Brána kulaté kolejnice je o něco nižší a její činnost je plynulejší než u profilové kolejnice. Ale ti, kteří používají čtvercové vodicí kolejnice pravidelně, poskytují dostatek výkonu, aby kolejnice dostatečně dobře poháněli. Někteří také zvažují efektivitu z hlediska celkového obalu nebo velikosti. Menší profilová lišta nabízí menší balení pro vyšší zatížení.

Rázové zatížení, stejně jako okamžité rázové zatížení, ovlivňuje všechna ložiska. Čtvercové vodicí lišty zvládnou větší zátěž než malá jednotka, takže ráz je spíše nárazovou silou. Ale ve všech případech je kolejnice přizpůsobena kapacitě běžného zatížení, nikoli rázového zatížení. Není v tom žádný významný rozdíl kromě toho, že u těžkých strojů je šok škodlivější už jen kvůli čisté hmotě.

Čtvercové vodicí lišty přicházejí s některými kritickými ekologickými omezeními, která se obvykle nacházejí v příručce výrobce nebo v průvodci designem. Naneštěstí konstruktéři nezvažují faktory snížení dostatečně často v počátečních fázích návrhu pro kruhové nebo čtvercové vodicí kolejnice. Například standardní hodnocení pracovního cyklu v USA je 2 miliony palců nebo 50 km a 100 km nebo 4 miliony palců pro evropský trh. Normy často doporučují, aby kolejový systém nebyl používán déle než 25 nebo 50% jmenovité kapacity.

Je to v katalogu

Většina katalogů pro lineární válečková a kuličková vedení obsahuje aplikační a technické informace pro dimenzování a instalaci. Tyto parametry jsou vyžadovány pro určení jmenovitého dynamického zatížení a momentu a statické únosnosti zatížení a momentu, které zahrnují náklon, náklon a vybočení. Katalogy také obsahují grafy a rovnice pro určení životnosti ložiska z dynamického zatížení a vstupních parametrů dynamického zatížení. Každé lineární válečkové nebo kuličkové vedení má jedinečné specifikace pro rychlost, zrychlení, tolerance, předpětí a teplotní rozsah.

Nejkritičtějším parametrem pro profilová vedení je rovnoběžnost běhu, která se pohybuje v rozmezí několika mikrometrů. Ložiska se předčasně váznou nebo opotřebovávají, pokud nejsou přesně dodržovány. Aby se takovým problémům předešlo, instalační návody pečlivě pokrývají téma přípravy montážního povrchu, montážních tolerancí a rovnoběžnosti kolejnic. Údaje o instalaci také zahrnují vertikální odsazení kolejnice, vertikální a boční posunutí vozíku, tolerance montážních otvorů, krouticí moment šroubů a tupé spoje.

Kulatá lineární kuličková ložiska vyžadují stejné úvahy jako profilové kolejnice, plus několik. Polární grafy znázorňují dynamickou nosnost a grafy znázorňují životnost zátěže. Nízký koeficient tření 0.001 a samonastavitelné specifikace dané kulatým vodicím kolejnicím eliminují potřebu součinitelů snížení, které jsou běžně přiřazeny profilovým kolejnicím.

Aplikace

Zatímco čtvercové lineární vodicí kolejnice kdysi stály mnohonásobně více než kulaté technologie kvůli rozsáhlým požadavkům na broušení, které jsou vlastní konstrukci, nové výrobní techniky a úspory z rozsahu povzbudily inženýry, aby se zabývali používáním čtvercových vodicích kolejnic v širším aplikačním prostoru. Čtvercové lineární vodicí kolejnice lze nyní nalézt v mnoha stejných aplikacích, které byly kdysi podporovány pouze kulatými vodicími kolejnicemi.

Většina aplikací může používat kruhové nebo čtvercové vodicí lišty. Ale některé kolejnice jsou nahrazeny jiným typem, protože první nefunguje. To byl případ nemocničního lůžka, kde konstruktér začal se čtvercovou kolejnicí pro axiální pohyb. Ale shromáždění by svazovalo; nemohlo se volně pohybovat, pokud nebyly upevňovací šrouby uvolněny, aby umožnily nějaký kroutící pohyb. Rám postele prostě nebyl dostatečně tuhý. Čtvercová kolejnice musela být nahrazena samonastavitelnou kruhovou kolejnicí.

Další aplikací trpící podobným problémem byla hranatá kolejnice namontovaná na plechovou základnu v prodejním automatu. Kolejnice nefungovala, protože plechové uložení nebylo dostatečně tuhé. Někdy designéři opakují chyby, když se na stejný problém dívají v jiném světle. Technik obeznámený s kulatými vodicími kolejnicemi může mít tendenci se jich držet, bez ohledu na potřeby aplikace pro vyšší přesnost. Většina aplikací však přesnost čtvercové kolejnice nepotřebuje. Měli by se zaměřit na cenu celého systému, nikoli pouze na cenu komponent. A to znamená začlenění požadavků na všechna periferní zařízení a rozšířené problémy.

Graf zatížení/životnost kruhové kolejnice udává mezní zatížení pro dané kuličkové ložisko. Zadejte do grafu maximální zatížení nejvíce zatíženého ložiska a požadovanou životnost a zjistěte, kde se 2 čáry protínají. Oblast procházející nebo nad křižovatkou a napravo od křižovatky označuje nejvhodnější ložiska.

Orientace ložiska nebo směr působícího zatížení určuje dynamickou únosnost kuličkového ložiska. Korekční faktor se zjistí ze směru působícího zatížení vzhledem k orientaci drah ložiskových kuliček znázorněné v polárním grafu. Pro určení nosnosti vynásobte korekční faktor K dynamickou nosností konkrétní jednotky.

Čtvercové vodicí lišty mohou překonat kulaté vodicí lišty za specifických okolností, které vyžadují vyšší tuhost a větší kompaktnost z hlediska nosnosti vzhledem k velikosti. Obecně platí, že profilové vodicí lišty nabízejí vyšší nosnost, přesnost a tuhost a delší životnost.

Čtvercové vodicí lišty musí mít extrémně rovnoběžné povrchy, aby se zabránilo zadrhávání a nadměrnému opotřebení. Mají tendenci přebírat tvar montážního povrchu, takže je nutné striktně dodržovat specifikace rovnoběžnosti.

Kulaté vodicí kolejnice VS čtvercové vodicí kolejnice na první pohled

vlastnost	Kulaté vodicí lišty	Čtvercové vodicí lišty
Stát	Obecně méně nákladné	Obecně dražší
Instalace	Snazší zarovnání a instalace	Vyžaduje přesnější vyrovnání a montáž
Hladkost pohybu	Hladší pohyb s menším třením	Dobrý pohyb, ale může mít větší tření než kulaté kolejnice
Nosnost	Nižší nosnost	Vyšší nosnost
Stabilita	Může se ohnout nebo ohnout při velkém zatížení	Stabilnější, méně pravděpodobné, že se ohne při velkém zatížení
Trvanlivost	Méně odolné při těžkém a nepřetržitém používání	Odolnější, vhodné pro náročné aplikace
editaci videa	Ideální pro lehčí a méně náročné aplikace	Ideální pro náročné a vysoce přesné aplikace
Všestrannost	Dostupné v různých průměrech a délkách	K dispozici v různých velikostech, ale obecně pevnější
Údržba	Snadnější údržba díky jednoduchému designu	Může vyžadovat větší údržbu kvůli složitosti
Přesnost	Méně přesné ve scénářích vysokého zatížení	Vysoká přesnost, vhodná pro přesné obrábění
Flexibilita	Flexibilnější a dokáže se přizpůsobit mírným nesouosostem	Méně flexibilní, vyžaduje přesné vyrovnání