Maszyny CNC i ogólne maszyny przemysłowe niekoniecznie wykorzystują dwie zupełnie różne kategorie prowadnic liniowych. W wielu przypadkach tę samą serię prowadnic liniowych można zastosować w centrum obróbczym, maszynie pakującej, urządzeniu kontrolnym lub zautomatyzowanym systemie manipulacyjnym.
Zmienia się specyfikacja wybrana dla aplikacji. Oś tnąca CNC może wymagać większej sztywności, większej obciążalności momentem, odpowiedniego napięcia wstępnego i większej dokładności montażu. Ogólna oś automatyki może kłaść większy nacisk na niski opór ruchu, kompaktowe rozmiary, duże przyspieszenie i długą żywotność.
Dlatego też prowadnicę należy wybrać w oparciu o rzeczywistą siłę, ugięcie, dokładność, prędkość, cykl pracy, konstrukcję montażową i środowisko, a nie tylko w zależności od tego, czy maszynę nazywa się maszyną CNC, czy maszyną ogólną.
Nie ma uniwersalnej prowadnicy liniowej „tylko CNC”.
Prowadnica liniowa profilowana składa się z szyny, jednego lub większej liczby klocków prowadzących, krążących kulek lub rolek, uszczelek i układu smarowania. Ta sama podstawowa konstrukcja jest stosowana w wielu typach urządzeń przemysłowych.
Na przykład prowadnica kulkowa do dużych obciążeń może być zastosowana na frezarce CNC, robocie bramowym lub dużej zautomatyzowanej linii montażowej. Prowadnica niskoprofilowa może być stosowana w kompaktowych urządzeniach automatyki, ale może być również instalowana w osi CNC, gdzie dostępna wysokość montażu jest ograniczona.
Ważne pytanie nie brzmi:
Przydatne pytania to:
- Jakie siły i momenty działają na każdy klocek prowadzący?
- Jak duże odkształcenie sprężyste może tolerować maszyna?
- Jaka dokładność ruchu i stabilność pozycjonowania są wymagane?
- Z jakiej prędkości, przyspieszenia i cyklu pracy będzie korzystać oś?
- Jakie napięcie wstępne i konfiguracja uszczelnienia są odpowiednie?
- Czy podstawa maszyny i proces instalacji obsługują wybrany stopień dokładności?
Niskoprofilowa prowadnica nie jest ograniczona do ogólnych maszyn. Jego przydatność zależy od obciążenia, sztywności, dokładności, prędkości i dostępnej wysokości montażu.
Główne różnice w priorytetach wyboru
| Czynnik wyboru | Oś maszyny CNC | Ogólna maszyna przemysłowa |
|---|---|---|
| Główny cel | Zachowaj dokładność i sztywność obróbki pod wpływem siły skrawania lub szlifowania | Zależy od maszyny: prędkość, płynność, zwartość, koszt, żywotność lub stabilność pozycjonowania |
| Siła zewnętrzna | Siła skrawania, siła szlifowania, reakcja narzędzia, ciężar stołu i obciążenie przyspieszające | Masa ładunku, siła przyspieszenia, siła docisku, napięcie paska lub siła manipulacyjna |
| Sztywność | Często jest to główny priorytet, ponieważ ugięcie może mieć wpływ na wymiary części i wykończenie powierzchni | Może być umiarkowany lub wysoki, w zależności od wymagań dotyczących umiejscowienia, kontroli i montażu |
| Stopień dokładności | Wybierane zgodnie z dokładnością obróbki, geometrią i wymaganiami dopasowanych szyn | Może wahać się od normalnej dokładności przemysłowej do ultraprecyzyjnej dokładności kontroli |
| Wstępnie załaduj | Często wybierane w celu poprawy sztywności i odporności na wibracje | Często wybierany w celu zrównoważenia gładkości, siły napędowej, dokładności i sztywności |
| Prędkość i przyspieszenie | Szybki posuw może być szybki, ale posuw skrawania może być znacznie wolniejszy | Osie pakowania i pick-and-place mogą przyspieszać i cofać częściej niż osie CNC |
| Środowisko | Wióry metalu, chłodziwo, cząstki ścierne, mgła olejowa i ciepło skrawania | Może być czysty, zakurzony, mokry, przeznaczony do przetwarzania żywności, w wysokiej temperaturze lub narażony na działanie środków chemicznych |
| Instalacja | Zwykle wymaga dokładnie obrobionych powierzchni referencyjnych i kontrolowanego wyrównania szyn | Wymagania zależą od rzeczywistej dokładności maszyny i obciążenia wstępnego, a nie od etykiety aplikacji |
Stopień dokładności nie jest taki sam, jak ostateczna dokładność maszyny
Dokładność prowadnicy liniowej zwykle obejmuje tolerancje wymiarowe i równoległość ruchu wózka względem powierzchni odniesienia szyny.
Prowadnice liniowe kulkowe DLY mogą być dostarczane w różnych klasach dokładności, w tym H, P, SP i UP, zgodnie z wybraną serią i wymaganiami projektu.
Wybór wyższej klasy może zmniejszyć błędy wymiarowe i przesuwu związane z prowadnicą, ale nie gwarantuje, że cała maszyna CNC lub system automatyki osiągnie tę samą dokładność pozycjonowania.
Dokładność końcowa maszyny zależy również od:
- Płaskość i prostość łoża maszyny
- Równoległość pomiędzy dwiema szynami
- Prostopadłość pomiędzy osiami X, Y i Z
- Dokładność skoku śruby kulowej i sztywność osiowa
- Sterowanie serwomechanizmem i sprzężenie zwrotne z enkoderem
- Rozszerzalność cieplna konstrukcji maszyny
- Deformacja stołu roboczego i wrzeciona
- Metody montażu, dokręcania i kontroli
Szczegółowe objaśnienie stopni dokładności i tolerancji przesuwu można znaleźć w artykuleCo tak naprawdę oznacza dokładność prowadnicy liniowej?
Wybór CNC zwykle kładzie większy nacisk na sztywność
W maszynie CNC prowadnica musi podpierać ruchomą konstrukcję, jednocześnie przeciwstawiając się sile skrawania, reakcji narzędzia i wibracjom.
Nośność podana w katalogu jest istotna, ale sama nośność nie opisuje stopnia odkształcenia systemu prowadzącego. Sztywność opisuje związek między przyłożoną siłą a przemieszczeniem sprężystym:
- k= sztywność systemu
- F= przyłożona siła
- δ= przemieszczenie sprężyste pod wpływem tej siły
Jeżeli oba systemy prowadzące mogą bezpiecznie przenosić obciążenie, ale jeden z nich ugina się mniej pod tą samą siłą skrawania, sztywniejszy system może zapewnić lepszą stabilność obróbki.
Jest to jeden z powodów, dla których w przypadku ciężkiej obróbki często rozważa się prowadnice rolkowe. Rolki cylindryczne zapewniają liniowy kontakt z bieżnią i mogą zapewniać większą sztywność i mniejsze odkształcenie sprężyste niż porównywalna konstrukcja typu kulkowego.
Jednak nie każda maszyna CNC potrzebuje prowadnicy rolkowej. W ploterach CNC, grawerkach, maszynach laserowych i sprzęcie do lekkiego cięcia można zastosować prowadnicę kulkową o odpowiednich wymiarach, jeśli jej nośność, sztywność i trwałość spełniają wymagania projektowe.
Automatyka ogólna może mieć wyższe wymagania dynamiczne
Błędem jest założenie, że wszystkie maszyny CNC działają szybciej niż zwykłe urządzenia przemysłowe.
Centrum obróbcze może wykorzystywać szybki ruch szybkiego przesuwu, ale znacznie mniejszą prędkość posuwu podczas skrawania. Dla porównania maszyna pakująca, sortująca lub typu pick-and-place może przyspieszać, zatrzymywać i zmieniać kierunek setki lub tysiące razy podczas zmiany produkcyjnej.
Siła bezwładności powstająca podczas przyspieszania wynosi:
- F= siła bezwładności w niutonach
- M= całkowita masa ruchoma w kilogramach
- A= przyspieszenie w metrach na sekundę do kwadratu
Lekka oś automatyzacyjna może mieć mniejsze obciążenie statyczne niż stół CNC, ale nadal powoduje powtarzające się obciążenia bezwładnościowe, siły cofania i duży skumulowany przesuw.
W przypadku tego typu urządzeń ważniejsza może być niska masa ruchoma, płynny obieg, odpowiednie smarowanie i odpowiednio dobrane napięcie wstępne, niż wybór prowadnicy o jak największej sztywności.
Obciążenie momentem i układ bloków mają znaczenie w obu maszynach
Obciążenia maszynowe rzadko działają bezpośrednio przez środek systemu prowadzącego. Narzędzie tnące, wrzeciono, ramię robota, kamera inspekcyjna lub przedmiot obrabiany mogą być umieszczone nad lub obok bloków prowadzących.
Siła przesunięcia wytwarza moment:
- M= obciążenie momentem
- F= przyłożona siła
- H= odległość prostopadła od siły do układu prowadzącego
Obciążenie najbardziej obciążonego bloku może być znacznie wyższe niż proste całkowite obciążenie maszyny podzielone przez liczbę bloków.
Zwiększenie odległości między dwiema szynami lub między dwoma blokami może poprawić wytrzymałość na momenty i zmniejszyć koncentrację obciążenia. W wielu projektach poprawienie rozmieszczenia prowadnic jest skuteczniejsze niż zwykłe zwiększenie szerokości szyny.
Użycie dwóch bloków o odpowiednich odstępach może zwiększyć opór pochylenia i momentu odchylenia. Rzeczywiste obciążenie musi zostać obliczone dla każdego bloku.
Prowadnice kulkowe a prowadnice rolkowe
Wybór pomiędzy prowadnicą kulkową a rolkową powinien opierać się głównie na obciążeniu, sztywności, odkształceniu, prędkości, jakości montażu i koszcie.
| Porównanie | Prowadnica kulkowa | Prowadnica rolkowa |
|---|---|---|
| Element toczny | Kulki stalowe | Rolki cylindryczne |
| Formularz kontaktowy | Punktowy lub mały eliptyczny obszar styku pod obciążeniem | Dłuższy obszar styku linii |
| Główna siła | Płynny ruch, wszechstronna wydajność, duża prędkość i ekonomiczny wybór | Większa sztywność, duża nośność i mniejsze odkształcenie sprężyste |
| Typowe zastosowanie CNC | Routery CNC, maszyny laserowe, standardowe centra obróbcze i cięcie lekkie i średnie | Ciężkie centra obróbcze, duże szlifierki, frezarki bramowe i osie o dużej sztywności |
| Typowe zastosowanie ogólne | Automatyzacja, pakowanie, obsługa, roboty, kontrola i montaż | Ciężkie prasowanie, formowanie, duże systemy manipulacyjne i sprzęt o dużym momencie |
| Czułość instalacji | Zależy od rozmiaru i napięcia wstępnego; zazwyczaj zapewnia pewną absorpcję błędów instalacji | Wysoka sztywność sprawia, że dokładne powierzchnie montażowe i wyrównanie są szczególnie ważne |
Wymagania dotyczące wstępnego ładowania są różne
Napięcie wstępne wytwarza siłę wewnętrzną pomiędzy elementami tocznymi a bieżniami przed przyłożeniem zewnętrznego obciążenia roboczego.
Odpowiednie napięcie wstępne może zmniejszyć luz wewnętrzny, zwiększyć sztywność i poprawić stabilność ruchu podczas cięcia, prasowania, przyspieszania lub zmiany kierunku.
Wyższe napięcie wstępne zwiększa również:
- Opór biegu
- Wymagana siła napędowa
- Wytwarzanie ciepła
- Wrażliwość na błędy powierzchni montażowej
- Obciążenie wewnętrzne stosowane w obliczeniach żywotności
| Warunek zastosowania | Wstępnie wczytaj kierunek wyboru |
|---|---|
| Szybka automatyzacja lekkich obciążeń | Preferuj niski opór pracy, chyba że konstrukcja maszyny wymaga większej sztywności |
| Standardowa oś cięcia CNC | Zrównoważona sztywność, kontrola wibracji, siła napędowa i żywotność prowadnicy |
| Ciężka obróbka lub szlifowanie | Wyższe napięcie wstępne można rozważyć po sprawdzeniu sztywności podstawy, wyrównania i wydajności silnika |
| Precyzyjny sprzęt kontrolny | Używaj tylko wystarczającego napięcia wstępnego, aby utrzymać stabilność pozycjonowania bez tworzenia niepotrzebnego ciepła lub zakłóceń serwa |
Aby zapoznać się z poziomami napięcia wstępnego i kwestiami dotyczącymi wyboru, zobaczWyjaśnienie wstępnego ładowania prowadnicy liniowej.
Uszczelnienie powinno odpowiadać środowisku, a nie nazwie maszyny
Maszyny CNC często generują wióry metalowe, chłodziwo, cząstki ścierne i mgłę olejową. Warunki te mogą wymagać uszczelek końcowych, uszczelek dolnych, uszczelek podwójnych, zgarniaczy, zgarniaczy metalowych, pokryw otworów szynowych lub zewnętrznej pokrywy maszyny.
Ogólne maszyny nie są automatycznie czystsze. Maszyny do obróbki drewna, sprzęt do cięcia kamienia, linie do przetwarzania żywności, sprzęt do produkcji akumulatorów i systemy transportu zewnętrznego mogą narazić prowadnicę na poważne zanieczyszczenie, wilgoć lub chemikalia.
Silniejsze uszczelnienie może poprawić ochronę przed zanieczyszczeniami, ale zwykle zwiększa opór pracy. Dlatego konfigurację uszczelnienia należy dopasować zarówno do ryzyka środowiskowego, jak i dostępnej siły napędowej.
| Środowisko | Kierunek ochrony |
|---|---|
| Czysta automatyka wewnętrzna | Standardowe uszczelnienia mogą być odpowiednie, gdy kontrolowane jest smarowanie i konserwacja |
| Cięcie CNC z wiórami i chłodziwem | Mogą być wymagane mocniejsze zgarniacze, osłony otworów na śruby i kompletna osłona maszyny |
| Pył ścierny | Należy rozważyć wielostopniowe uszczelnienie i osłonę zewnętrzną |
| Woda, chemikalia lub płyn do mycia naczyń | Potwierdzić obróbkę powierzchni, materiał uszczelnienia i zgodność środka smarnego |
Wymagania instalacyjne mogą być ważniejsze niż klasa przewodnia
Precyzyjna prowadnica z napięciem wstępnym wymaga wystarczająco płaskiej, prostej i sztywnej powierzchni montażowej.
Jeśli podstawa maszyny zawiera zadziory, farbę, wgniecenia, nierówne gniazda śrub lub nadmierny błąd płaskości, dokręcenie szyny może zmusić ją do podążania za błędem podstawy.
W systemie dwuszynowym zwykle jedna szyna jest szyną odniesienia. Następnie drugą szynę ustawia się równolegle do pierwszej, a stół lub przyrząd pomiarowy sprawdza płynność ruchu.
Kontrole instalacji powinny obejmować:
- Płaskość i prostość powierzchni montażowej
- Wyczyść ramiona referencyjne
- Prostość szyny po dokręceniu
- Równoległość pomiędzy dwiema szynami
- Zgodność wysokości bloku pod zmontowanym stołem
- Prawidłowa kolejność i moment dokręcania śrub
- Siła uciągu lub obciążenie silnika przez cały skok
- Dokładność działania po osiągnięciu przez maszynę temperatury roboczej
W maszynach CNC często stosuje się sztywniejsze konstrukcje żeliwne lub stalowe z obrobionymi kołnierzami referencyjnymi. Niektóre systemy automatyki wykorzystują profile aluminiowe lub cieńsze płyty, które mogą odkształcać się podczas dokręcania szyn. Projekt montażu musi odpowiadać napięciu wstępnemu i dokładności prowadnicy, a nie polegać na prowadnicy w celu skorygowania elastycznej podstawy.
Dwa przykładowe porównania wyboru
Przykład 1: Stół do frezowania CNC
Rozważmy stół CNC poddany reakcji skrawania z siłą 4000 N, działającą 250 mm nad płaszczyzną mocowania prowadnicy.
Wynikowy moment to:
Wyboru nie należy kierować wyłącznie na podstawie wagi stołu. System prowadzący musi wytrzymywać moment skrawania, ograniczać przemieszczenia sprężyste i utrzymywać wystarczające bezpieczeństwo statyczne i trwałość zmęczeniową.
Możliwy kierunek wyboru:
- Dwie szyny z odpowiednim rozstawem szyn
- Dwa bloki na szynę z wystarczającym odstępem wzdłużnym
- Prowadnica kulkowa HD do dużych obciążeń lub prowadnica rolkowa RD w zależności od wymaganej sztywności
- Odpowiednie średnie lub wyższe napięcie wstępne po sprawdzeniu dokładności montażu
- Odpowiedni stopień dokładności dla geometrii maszyny
- Zgarniaki i osłony odpowiednie do wiórów i chłodziwa
Przykład 2: Szybka oś Pick-and-Place
Rozważmy oś automatyki o całkowitej masie ruchomej 60 kg i przyspieszeniu 8 m/s².
Siła przyspieszenia wynosi:
Obciążenie to może być znacznie mniejsze niż siła działająca na stół centrum obróbczego, ale oś może często zmieniać kierunek i kumulować dużą roczną drogę przemieszczenia.
Możliwy kierunek wyboru:
- Prowadnica kulkowa niskoprofilowa ED lub odpowiednia prowadnica kulkowa HD
- Minimalna masa prowadnicy i wózka zgodna z wymaganą sztywnością
- Lekkie lub odpowiednie napięcie wstępne w celu kontrolowania rezystancji i temperatury
- Obliczanie trwałości na podstawie rzeczywistej odległości cyklu
- Smar odpowiedni do ruchu posuwisto-zwrotnego o wysokiej częstotliwości
- Kontrola momentu na podstawie środka ciężkości chwytaka i ładunku
Kierunek wyboru serii DLY
| Seria DLY | Struktura | Odpowiedni kierunek wyboru |
|---|---|---|
| HD | Prowadnica kulkowa o dużym obciążeniu | Maszyny CNC, sprzęt do obróbki, systemy bramowe i automatyka wymagające zrównoważonej nośności, dokładności i płynnego ruchu |
| ED | Niskoprofilowa prowadnica kulkowa | Kompaktowe konstrukcje CNC, sprzęt półprzewodnikowy, systemy inspekcyjne i szybka automatyzacja przy ograniczonej wysokości montażu |
| RD | Prowadnica rolkowa o dużej sztywności | Ciężka obróbka skrawaniem, szlifowanie, duża siła skrawania, duże obciążenie momentem i sprzęt wymagający mniejszych odkształceń sprężystych |
| lekarz medycyny | Miniaturowa prowadnica kulkowa | Przyrządy kompaktowe, małe urządzenia inspekcyjne, sprzęt elektroniczny i lekkie mechanizmy ruchu |
ZobaczAsortyment prowadnic liniowych DLYdo opcji prowadnic kulkowych, niskoprofilowych, rolkowych i miniaturowych.
Najczęstsze błędy w wyborze
| Błąd | Dlaczego jest to nieprawidłowe |
|---|---|
| Wybór najwyższej precyzji, ponieważ maszyna jest CNC | Podstawa maszyny, śruba, enkoder i zespół mogą nie obsługiwać tego gatunku lub nie wymagać tego |
| Dobór prowadnicy rolkowej do każdej maszyny CNC | W wielu zastosowaniach CNC można zastosować prowadnicę kulkową o odpowiednim rozmiarze, przy niższych kosztach i odpowiedniej wydajności |
| Zakładając, że w maszynach ogólnych można używać bieżni lub kulek niższej jakości | Niezawodność, trwałość i płynność ruchu w dalszym ciągu wymagają odpowiednio wyprodukowanych powierzchni tocznych i dopasowanych komponentów |
| Zakładając, że prowadnice niskoprofilowe są przeznaczone tylko do maszyn o lekkich obciążeniach | Niski profil opisuje geometrię złożenia; rzeczywista pojemność zależy od modelu, rozmiaru i układu bloków |
| Dzielenie całkowitego obciążenia równo pomiędzy wszystkie bloki | Obciążenia i momenty przesunięcia mogą sprawić, że jeden blok przeniesie znacznie większe obciążenie |
| Wybór najwyższego napięcia wstępnego | Nadmierne napięcie wstępne zwiększa rezystancję, ciepło, czułość instalacji i obciążenie wewnętrzne |
| Ignorując konstrukcję montażową | Elastyczna, nierówna lub źle ustawiona podstawa może uniemożliwić prawidłowe działanie precyzyjnej prowadnicy |
Informacje potrzebne do prawidłowego wyboru
Aby wybrać prowadnicę do maszyn CNC lub maszyn ogólnych, należy podać pełne warunki pracy.
- Typ maszyny i funkcja osi
- Ruchoma masa
- Cięcie, prasowanie lub siła procesowa
- Środek ciężkości i pozycja przyłożenia siły
- Odstępy między szynami i odstępy między blokami
- Liczba szyn i bloków
- Skok, prędkość i przyspieszenie
- Cykle na minutę i dzienny czas pracy
- Wymagana dokładność i sztywność pozycjonowania
- Dopuszczalne odkształcenie sprężyste
- Orientacja montażowa
- Materiał podstawy montażowej i dokładność obróbki
- Kurz, wióry, płyn chłodzący, woda i temperatura
- Wymagany okres użytkowania i warunki konserwacji
Często zadawane pytania
Czy prowadnice liniowe CNC są produkowane z różnych materiałów?
Nie koniecznie. Prowadnice CNC i automatyczne mogą wykorzystywać tę samą konstrukcję stalowo-nośną. Wybrana seria, obróbka cieplna, rozmiar, stopień dokładności, napięcie wstępne, wymagania dotyczące uszczelnienia i dopasowania są bardziej przydatnymi wyróżnikami niż kategoria maszyny.
Czy wszystkie maszyny CNC wymagają dokładności SP lub UP?
Nie. Wymagany stopień zależy od docelowej dokładności maszyny, długości szyny, rozmieszczenia, jakości montażu i kompletnego systemu pozycjonowania. Gatunki H lub P mogą być odpowiednie dla wielu maszyn, podczas gdy bardziej rygorystyczne zastosowania mogą wymagać SP lub UP.
Czy prowadnica rolkowa zawsze jest lepsza w obróbce CNC?
Nie. Prowadnice rolkowe są przydatne, gdy wymagana jest większa sztywność, duża nośność i mniejsze odkształcenie sprężyste. Prowadnice kulkowe mogą być bardziej odpowiednie do lżejszego cięcia, szybszego ruchu, niższych kosztów lub bardziej ogólnych zastosowań CNC.
Czy ten sam model prowadnicy można zastosować w sprzęcie CNC i automatyce?
Tak, jeśli obciążenie, moment, sztywność, trwałość, dokładność, napięcie wstępne i konfiguracja środowiskowa spełniają oba zastosowania. Dokładny kod blokowy i konfiguracja opcji mogą nadal być inne.
Czy prowadnice maszynowe są zawsze tańsze?
Nie. Koszt zależy od serii, rozmiaru szyny, ilości bloków, stopnia dokładności, napięcia wstępnego, dopasowanego zespołu, uszczelek, akcesoriów do smarowania, długości szyny i wielkości zamówienia. Precyzyjna maszyna kontrolna może wykorzystywać droższą konfigurację prowadnic niż podstawowa maszyna CNC.
Czy przy wyborze zamiennika DLY można zastosować wymiary prowadnicy typu HIWIN?
W serii prowadnic DLY zastosowano wymiary i konstrukcję blokową porównywalną z powszechnie stosowanymi systemami typu HIWIN. Jednakże wymianę należy potwierdzić na podstawie pełnego modelu, szerokości szyny, wysokości montażu, rozstawu otworów montażowych, długości bloku, napięcia wstępnego, dokładności i opcji uszczelnienia, a nie zakładać, że każdy produkt jest automatycznie wymienny.
Skontaktuj się z DLY
Wyślij do DLY rysunek maszyny, ruchomą masę, siłę cięcia lub procesu, rozmieszczenie szyn, skok, prędkość, dokładność, napięcie wstępne, uszczelnienie i wymagania dotyczące żywotności. Możemy pomóc w porównaniu konstrukcji prowadnic HD, ED, RD i MD do maszyn CNC i ogólnego sprzętu przemysłowego.
E-mail: eksport@dlybearing.com
