Круглые направляющие против квадратных направляющих для фрезерных станков с ЧПУ

Круглые направляющие против квадратных направляющих для фрезерных станков с ЧПУ

Комплект линейных направляющих для ЧПУ

Линейные направляющие (комплект линейных направляющих с ЧПУ) бывают 2 типов: круглые направляющие и квадратные направляющие. Круглые направляющие появились первыми, но не обеспечивают точности, предлагаемой квадратными направляющими. Однако круглая направляющая является предпочтительной направляющей для вертикальных перемещений с большими нагрузками. Применение будет определять, какой тип линейных направляющих следует использовать. Критерии выбора одного из них ничем не отличаются от выбора любого другого CNC-маршрутизатор компонент, спецификация дизайна, определение системных целей и работа с прошлыми успехами и ошибками. Но любой, у кого мало опыта, может совершать простые ошибки. Лучше всего начать с изучения основных качеств каждого типа и принятия тех, которые наиболее актуальны для приложения.

Технология круглых направляющих рельсов была отточена почти до совершенства за последние 60 лет, а квадратные направляющие рельсы достигли приличных 35. Большинство присущих проблем проектирования давно устранены, а материалы значительно улучшились. Большинство проблем возникает из-за неправильного использования и применения. И основные причины неправильного применения часто возникают из-за личной предвзятости или предубеждения, неправильного расчета или эстетического суждения. То есть, относительно небольшой линейный профиль рельса может прекрасно соответствовать нагрузке, скорости и всем остальным требованиям. Но при установке на фрезерный станок с ЧПУ проницательный глаз может прийти к выводу, что он выглядит слабым и определенно недостаточно большим.

Один тип линейной направляющей шариковой втулки не обязательно проще в использовании, чем другой. Выбор полностью зависит от конкретного применения. В целом, конкретный компонент с квадратной направляющей может стоить дороже, чем круглый, но следует учитывать и другие требования, включая стоимость системы. Как минимум, эти пункты включают расходы на подготовку станины фрезерного станка с ЧПУ или другой монтажной поверхности для размещения рельсовой системы, необходимую точность позиционирования и пространство, доступное для подсистемы линейной направляющей.

Но прежде чем доверить карандаш бумаге или мышь коврику, определитесь с квадратным или круглым рельсом. Когда приложение выглядит так, что может пойти в любом направлении, выполните предварительные расчеты по самым важным качествам и потребностям, чтобы убедиться, что ничего не упущено.

Круглые направляющие рельсы

До появления квадратных направляющих рельсов, круглые направляющие рельсы должны были удовлетворять всем ситуациям линейного управления движением. И в течение многих лет они справлялись с этим превосходно. Но поскольку пользователи фрезерных станков с ЧПУ требовали более жестких допусков для определенных работ, производители фрезерных станков с ЧПУ отдавали предпочтение классическому методу фрезерования и шабрения. Круглые направляющие рельсы использовались для периферийного оборудования, когда они не могли соответствовать требованиям по допускам.

Это не сделало круглые направляющие менее ценными или устаревшими. Их преимущества продолжают перевешивать их недостатки. Круглые направляющие, как правило, менее дороги, чем квадратные направляющие, но это не должно быть основным критерием для любого применения. Квадратный рельс может фактически выйти из строя, тогда как круглый рельс может работать плавно и безупречно. Например, круглые направляющие более терпимы к несоосности, плохой параллельности и моментным нагрузкам в большинстве Станки с ЧПУ и допускают больше вариаций рельс h8, чем системы с квадратными рельсами. Тем не менее, они могут поддерживать прямолинейность хода 0.01 дюйма на 10 футов. Кроме того, небольшой элемент качения имеет тенденцию делать движение круглого рельса более плавным.

Для достижения этой точности им нужна поддержка только на концах, хотя многие поддерживаются в нескольких точках или по всей длине. Это позволяет рельсам без проблем пересекать зазоры и безопасно переходить с одной опоры на другую. Когда для системы круглых рельсов требуется только сборка вал-рельс (вал, рельс или вал и 2 концевых опорных блока с 4 опорными блоками), стоимость подготовки меньше, чем для квадратного рельса. Как правило, установка круглых рельсов относительно проста и недорога. А обслуживание и замена благоприятствуют круглым рельсам.

Квадратные направляющие (профильные направляющие)

Квадратные направляющие рельсы изначально были разработаны для отрасли инструментов фрезерного станка с ЧПУ. Они заменили интегрированные каретки и направляющие, которые являются неотъемлемыми областями станины фрезерного станка с ЧПУ. Тем не менее, некоторые традиционные каретки и направляющие по-прежнему обеспечивают высокую точность в определенных ситуациях.

Квадратные направляющие более жесткие и прочные, но требуют прямой, непрерывной поддержки с жесткими требованиями к плоскостности и параллельности; они не могут перекрыть зазоры, которые может круглый рельс. Однако, поскольку производители фрезерных станков с ЧПУ привыкли к точной подготовке станины, это не проблема.

Главным преимуществом квадратных направляющих рельсов является их высокая точность позиционирования, что особенно полезно при фрезеровании и шлифовании. Они выдерживают от 0.0002 до 0.001 дюйма на длине 10 футов по сравнению с 0.01 дюйма для круглых направляющих рельсов. Они также выдерживают эту точность для моментной нагрузки; одиночная каретка и одиночный рельс подходят для этого лучше, чем круглый рельс. И поскольку квадратный рельс выдерживает более высокие нагрузки с высокой точностью, большинство пользователей терпят несколько меньшую плавность, чем предлагают круглые направляющие рельсы.

Хотя один профильный рельсовый блок может выдерживать моментную нагрузку, это не всегда рекомендуется. Для балансировки нагрузки или распределения веса следует использовать 2 или более блоков. Однако один квадратный рельс может поместиться там, где потребовались бы 2 круглых направляющих рельса. Профильные рельсы также проще в использовании, поскольку для полной системы им требуется одна или 2 части, рельс и каретка, тогда как круглый рельс состоит из нескольких дополнительных частей.

Квадратные направляющие рельсы имеют более высокую грузоподъемность, определяемую как величину нагрузки, которую выдерживает устройство, пройдя указанное расстояние. Например, грузоподъемность 20,000 100 Н основана на номинальной нагрузке км. А износ минимален, поскольку рельс не скользит, а имеет контакт качения. Срок службы квадратного рельса в первую очередь зависит от типа среды, в которой он находится, надлежащей смазки и обслуживания. При прочих равных условиях круглые направляющие рельсы немного более терпимы, поскольку они не так плотно упакованы и не так чувствительны к небольшим изменениям. Квадратный рельс более чувствителен к мусору и ударам, хотя он имеет более высокую грузоподъемность и устойчивость к ударам, которые не влияют на элемент качения.

Учитывая аспект износа, круглый рельс также имеет естественные возможности сбрасывания мусора. Квадратные рельсовые пути скрыты от прямого доступа, но не обязательно сбрасывают мусор. При приложении к рельсу движущей силы жидкости круглый рельс работает лучше, чем квадратный, потому что квадратный рельс может задираться на некоторых участках дорожки, тогда как круглый рельс имеет меньше тенденций к задиранию.

Выберите тип рельса для использования перед началом компоновки компонента фрезерного станка с ЧПУ. Монтажные приспособления радикально отличаются для круглых и квадратных направляющих рельсов, а область, в которой нужно работать, отличается, как и номинальная нагрузка для физического размера. Если это не сработает позже, проще перейти с одной марки квадратного рельса на другую, чем с квадратного на круглый рельс. Все производители следуют стандартам, которые допускают некоторую степень взаимозаменяемости в пределах типа.

Эффективность можно оценить с двух сторон. Одна из них связана с коэффициентом сопротивления трения; меньшее трение означает меньшую входную энергию. Сопротивление круглого рельса немного ниже, и его действие более плавное, чем у профильного рельса. Но те, кто регулярно использует квадратные направляющие рельсы, обеспечивают достаточную мощность для достаточно хорошего перемещения рельсов. Некоторые также рассматривают эффективность с точки зрения общего габарита или размера. Рельс меньшего профиля предлагает меньший пакет для более высоких нагрузок.

Ударная нагрузка, как и мгновенная ударная нагрузка, влияет на все подшипники. Квадратные направляющие рельсы могут выдерживать большую нагрузку, чем небольшой блок, поэтому удар — это скорее ударная сила. Но во всех случаях рельс масштабируется до допустимой нормальной нагрузки, а не ударной нагрузки. Существенной разницы нет, за исключением того, что в тяжелой технике удар более губителен именно из-за чистой массы.

Квадратные направляющие рельсы имеют некоторые критические экологические отклонения, которые обычно можно найти в руководстве производителя или руководстве по проектированию. К сожалению, проектировщики не учитывают факторы отклонения достаточно часто на начальных этапах проектирования как круглых, так и квадратных направляющих рельсов. Например, стандартный рабочий цикл в США составляет 2 миллиона дюймов или 50 км и 100 км или 4 миллиона дюймов для европейского рынка. Часто стандарты рекомендуют, чтобы рельсовая система не использовалась за пределами 25 или 50% номинальной мощности.

Это в каталоге

Большинство каталогов линейных роликовых и шариковых направляющих содержат прикладную и инженерную информацию для определения размеров и установки. Эти параметры необходимы для определения динамических нагрузок и моментов, а также статических нагрузок и моментов, которые включают тангаж, крен и рыскание. Каталоги также включают графики и уравнения для определения срока службы подшипника из динамической грузоподъемности и входных параметров приложенной динамической нагрузки. Каждая линейная роликовая или шариковая направляющая имеет уникальные характеристики скорости, ускорения, допусков, предварительной нагрузки и температурного диапазона.

Самым важным параметром для направляющих профиля является параллельность хода, которая находится в диапазоне нескольких микрометров. Если не соблюдать ее тщательно, подшипники заклинивают или преждевременно изнашиваются. Чтобы предотвратить такие проблемы, руководства по установке тщательно охватывают тему подготовки монтажной поверхности, допусков монтажа и параллельности рельса. Данные по установке также включают вертикальное смещение рельса, вертикальное и боковое смещение каретки, допуски монтажных отверстий, крутящий момент болта и стыковые соединения.

Круглые линейные шариковые подшипники требуют тех же соображений, что и профильные рельсы, плюс несколько. Полярные графики иллюстрируют динамическую грузоподъемность, а графики показывают срок службы нагрузки. Низкий коэффициент трения 0.001 и самоустанавливающиеся характеристики, указанные для круглых направляющих рельсов, устраняют необходимость в коэффициентах снижения номинальных характеристик, обычно назначаемых профильным рельсам.

Приложения

Хотя квадратные линейные направляющие когда-то стоили во много раз дороже, чем круглые технологии из-за обширных требований к шлифовке, присущих конструкции, новые производственные технологии и экономия масштаба побудили инженеров рассмотреть возможность использования квадратных направляющих в более широком диапазоне применения. Квадратные линейные направляющие теперь можно найти во многих из тех же приложений, которые когда-то поддерживались только круглыми направляющими.

В большинстве случаев можно использовать как круглые, так и квадратные направляющие. Но некоторые направляющие заменяют на другой тип, потому что первый не работает. Так было в случае с больничной кроватью, где конструктор начал с квадратного рельса для осевого перемещения. Но сборка заклинивала; она не могла свободно двигаться, если не ослабить крепежные болты, чтобы обеспечить некоторое скручивающее движение. Каркас кровати просто не был достаточно жестким. Квадратный рельс пришлось заменить самоустанавливающимся круглым рельсом.

Другим приложением, страдающим от похожей проблемы, была квадратная направляющая, установленная на основании из листового металла в торговом автомате. Рельс не работал, потому что крепление из листового металла было недостаточно жестким. Иногда проектировщики повторяют ошибки, когда смотрят на одну и ту же проблему в другом свете. Инженер, знакомый с круглыми направляющими, может склоняться к их использованию, независимо от того, требуется ли приложению более высокая точность. Но большинству приложений не нужна точность квадратной направляющей. Они должны учитывать стоимость всей системы, а не только стоимость компонентов. А это означает включение требований ко всем периферийным устройствам и расширенным проблемам.

График нагрузки/срока службы круглого рельса указывает предельную нагрузку для данного шарикоподшипника. Введите в таблицу максимальную нагрузку самого тяжело нагруженного подшипника и требуемый срок службы и найдите место пересечения двух линий. Область через или выше и справа от пересечения указывает на наиболее подходящие подшипники.

Ориентация подшипника или направление приложенной нагрузки определяет динамическую грузоподъемность шарикоподшипника. Поправочный коэффициент определяется из направления приложенной нагрузки относительно ориентации дорожек шариков подшипника, показанных на полярном графике. Чтобы определить грузоподъемность, умножьте поправочный коэффициент K на динамическую грузоподъемность конкретного узла.

Квадратные направляющие могут превосходить круглые направляющие в особых обстоятельствах, которые требуют большей жесткости и большей компактности с точки зрения грузоподъемности относительно размера. В целом, профильные направляющие обеспечивают более высокую грузоподъемность, точность и жесткость, а также более длительный срок службы.

Квадратные направляющие рельсы должны иметь чрезвычайно параллельные поверхности, чтобы предотвратить заедание и чрезмерный износ. Они имеют тенденцию принимать форму монтажной поверхности, что делает необходимым строгое соблюдение спецификаций параллельности.

Круглые направляющие против квадратных направляющих на первый взгляд