U CNC strojevima i sustavima automatizacije, linearne vodilice i kolica čine puno više od pokretanja vođenja. Nose pokretnu platformu, odupiru se reznim ili procesnim silama, kontroliraju vibracije i pomažu stroju da održi točnost tijekom dugotrajnog-radnja.
Mnogi kvarovi vodilica nisu uzrokovani lošom kvalitetom proizvoda. U stvarnim aplikacijama, problem često počinje od netočne procjene opterećenja. Tračnica može izgledati dovoljno čvrsto na papiru, ali nakon mjeseci kretanja velikom-brzinom, čestih pokretanja i zaustavljanja ili neravnomjernog opterećenja, kolica mogu početi stvarati buku, izgubiti točnost ili se istrošiti mnogo brže od očekivanog.
Zato se odabir nosivosti linearne vodilice i kolica ne smije temeljiti samo na veličini tračnice. Pravilan odabir treba slijediti jedno osnovno načelo:
Izračunajte stvarno opterećenje, provjerite statički i dinamički kapacitet i ostavite dovoljno sigurnosne granice za stvarne radne uvjete.
Ovaj vodič objašnjava kako procijeniti nosivost za CNC strojeve, automatske klizne sustave, portalne sustave i drugu opremu za linearno kretanje.
1. Počnite sa stvarnom pokretnom masom
Prvi korak je izračunati ukupnu pokretnu masu.
To bi trebalo uključivati:
- Težina obratka
- Težina učvršćenja
- Težina pokretnog stola
- Težina vretena ili glave alata
- Kočije
- Lanac za sajle i ostali pokretni pribor
Uobičajena pogreška je izračunavanje samo težine obratka. U stvarnoj opremi, stol, učvršćenje, nosač motora, lanac kabela i alat mogu dodati veliku količinu opterećenja.
Na primjer, ako CNC klizni stol nosi izradak od 20 kg, ali pokretni stol, učvršćenje i vreteno zajedno teže dodatnih 60 kg, sustav vodilica ne nosi 20 kg. Nosivost je 80 kg.
Osnovno vertikalno opterećenje je:
Fv=m × g
Gdje:
- Fv= okomito opterećenje
- m= ukupna pokretna masa
- g = 9.8 m/s²
2. Razmotrite brzinu i ubrzanje
Za-opremu male brzine težina može biti glavno opterećenje. Ali za CNC i sustave automatizacije, ubrzanje je često važnije.
Kada se stroj brzo pokrene, zaustavi ili promijeni smjer, stvara se sila inercije:
Fa=m × a
Gdje:
- Fa= sila inercije
- m= pokretna masa
- a= ubrzanje
To je razlog zašto lagani, ali brzo-stroj za biranje-i-stavljanje može zahtijevati jači sustav vođenja od očekivanog. Statičko opterećenje izgleda malo, ali dinamičko opterećenje može biti veliko zbog čestih ubrzanja i usporavanja.
Za CNC strojeve, module automatizacije i portalne sustave, ubrzanje bi uvijek trebalo biti uključeno u izračun opterećenja.
3. Ne zanemarite trenutno opterećenje
U mnogim stvarnim strojevima, linearna kolica ne otkazuju jer je okomito opterećenje previsoko. Ne uspijevaju jer teret nije centriran.
Ako je težište iznad ili dalje od površine vodilice, to stvara moment prevrtanja. Ovaj moment povećava opterećenje na jednoj strani kolica ili na jednom kolicu u sustavu.
Ovo je uobičajeno u:
- CNC sklopovi Z-osi
- Gantry usmjerivači
- Strojevi za lasersko rezanje
- Strojevi za obradu drveta
- Konzolne konstrukcije
- Široki pokretni stolovi
- Dizajn s jednom-šinom
Trenutak se može procijeniti kao:
M = F × h
Gdje:
- M= trenutak opterećenja
- F= primijenjena sila
- h= udaljenost od centra gravitacije do površine za montiranje tračnice
Širi razmak tračnica ili duži razmak kolica često može poboljšati krutost učinkovitije od jednostavnog odabira veće veličine tračnice.
Za CNC i sustave automatizacije, uobičajena i stabilna struktura je: dvije paralelne tračnice s dva kolica na svakoj tračnici.
Ovaj raspored poboljšava raspodjelu opterećenja, otpornost na momente i-dugoročnu stabilnost pri radu.
4. Izračunajte opterećenje na svakom kolicu
Nakon izračuna ukupnog opterećenja, sljedeći korak je procjena tereta koji nosi svaka kolica.
Za osnovni sustav:
P0=Fv / n
Gdje:
- P0= statičko opterećenje po nosaču
- Fv= okomito opterećenje
- n= ukupan broj vagona
Međutim, to je samo teoretsko prosječno opterećenje.
U stvarnim strojevima, opterećenje je rijetko savršeno raspoređeno zbog:
- Greška na montažnoj površini
- Pogreška paralelizma tračnica
- Neravnomjerno zatezanje
- Strukturna deformacija
- Pomaknuto težište
- Sila rezanja ili vanjska sila
Dakle, stvarno opterećenje na jednom kolicu može biti veće od prosječne vrijednosti.
Za realističniji odabir treba uzeti u obzir i momentno opterećenje:
P0=(Fv / n) + (M / L)
Gdje:
L= razmak redaka
M= trenutak preokreta
Ova formula daje konzervativniju procjenu za svaki vagon.
5. Izračunajte dinamičko ekvivalentno opterećenje
U dinamičkim uvjetima, kolica moraju podnijeti kombinaciju težine, inercije i vanjske sile.
Ukupna dinamička sila može se procijeniti kao:
Ft=Fv + Fa + Fe
Gdje:
- Ft= ukupna dinamička sila
- Fv= okomito opterećenje
- Fa= sila inercije
- Fe= vanjska sila, kao što je sila rezanja ili procesna sila
Tada se dinamičko opterećenje po kolicima može procijeniti kao:
P1=(Ft / n) + (Ft × h / L)
Ako stroj ima promjenjiva opterećenja tijekom različitih dijelova hoda, koristite ekvivalentno dinamičko opterećenje:
Pm=∛[(P1³L1 + P2³L2 + …) / ukupna udaljenost putovanja]
Za mnoge standardne aplikacije automatizacije, ako je opterećenje relativno stabilno,Pm se može tretirati kao P1.
6. Primijenite faktor radnih uvjeta
Teorijsko opterećenje nije dovoljno za konačan odabir. Pravi strojevi imaju vibracije, udarce, fluktuacije opterećenja i pogreške pri instalaciji.
Treba primijeniti faktor radnih uvjeta:
P=Ka × P1
Gdje:
- P= ispravljeno dinamičko opterećenje
- Ka= faktor radnih uvjeta
- P1= izračunato dinamičko opterećenje kolica
Tipične referentne vrijednosti:
| Radni uvjeti | Preporučeno Ka |
|---|---|
| Glatko kretanje malom-brzinom | 1.0–1.2 |
| Opća oprema za automatizaciju | 1.2–1.5 |
| CNC stroj ili sustav čestog pokretanja-zaustavljanja | 1.5–2.0 |
| Snažan udar ili teško stanje rezanja | 2.0–3.0 |
7. Provjerite statički faktor sigurnosti
Statičko opterećenjeC0koristi se za provjeru mogu li vagon i tračnica izdržati trajnu deformaciju pod opterećenjem.
Statički faktor sigurnosti je:
S0 = C0 / P0
Gdje:
- S0= statički faktor sigurnosti
- C0= osnovno statičko opterećenje
- P0= statičko opterećenje po nosaču
Preporučene vrijednosti:
| Primjena | Preporučeno S0 |
|---|---|
| Opća oprema za automatizaciju | Veći ili jednak 1,5 |
| CNC stroj ili precizni sustav automatizacije | Veći ili jednak 2,0 |
| Uvjeti velikog opterećenja ili udara | Veći ili jednak 3,0 |
Ako je statički faktor sigurnosti prenizak, tračnica ili klizna staza kolica može razviti trajno udubljenje. Nakon što se to dogodi, sustav može izgubiti glatkoću i točnost čak i ako se podmazivanje kasnije poboljša.
8. Provjerite dinamički vijek trajanja
Dinamičko opterećenjeCkoristi se za procjenu vijeka trajanja.
Za kuglične-linearne vodilice:
L=(C / P)³ × 100 000 km
Za valjkaste{0}}linearne vodilice:
L=(C / P)^(10/3) × 100 000 km
Gdje:
- L= ocijenjeni vijek trajanja
- C= osnovno dinamičko opterećenje
- P= ispravljeno dinamičko opterećenje
Izračunati vijek trajanja trebao bi biti veći od ciljanog vijeka trajanja opreme.
Tipična referenca:
| Vrsta opreme | Zajednički ciljni život |
|---|---|
| Opća oprema za automatizaciju | 5.000–10.000 km |
| CNC strojevi | 10 000–30 000 km |
| Oprema za-teški ili visoki-radni-ciklus | Potrebna je veća sigurnosna granica |
Budući da je životni vijek vodilice vrlo osjetljiv na opterećenje, malo povećanje stvarnog opterećenja može uvelike smanjiti vijek trajanja. Zbog toga je odabir "samo dovoljno" često riskantan za opremu za kontinuirani rad.
9. Praktični koraci odabira
Praktičan proces odabira može biti:
- Izračunajte ukupnu pokretnu masu.
- Potvrdite maksimalnu brzinu i ubrzanje.
- Izmjerite pomak težišta i razmak nosača.
- Izračunajte statičko opterećenje po kolicima.
- Izračunajte dinamičko opterećenje po kolicima.
- Primijenite faktor radnih uvjeta.
- Odaberite preliminarnu veličinu vodilice iz kataloga proizvođača.
- Provjerite statički faktor sigurnosti.
- Provjerite dinamički vijek trajanja.
- Povećajte veličinu tračnice ili količinu kolica ako rezultat nije dovoljan.
Za CNC i sustave automatizacije obično je sigurnije provjeriti nosivost na temelju najzahtjevnijih radnih uvjeta, a ne prosječnih uvjeta.
10. Prijedlozi za odabir uobičajenih aplikacija
| Primjena | Radni uvjeti | Preporučena vrsta vodiča | Common Rail veličina |
|---|---|---|---|
| Svjetlosna automatizacija, oprema za inspekciju, male jedinice za rukovanje | Mala brzina, malo opterećenje | Linearna vodilica tipa-lopta | 15 / 20 |
| Stroj za pakiranje, laserska oprema, standardni klizač za automatizaciju | Srednja brzina, umjereno opterećenje | Linearna vodilica tipa-lopta | 20 / 25 |
| CNC glodalica, glodalica, stroj za obradu drveta | Sila rezanja, vibracije, česti pokreti | Lopta-ili valjkasti-vodič | 25 / 30 / 35 |
| Portalni stroj, brza-precizna automatizacija | Veliko ubrzanje, momentno opterećenje | Poželjan-vodič tipa valjka | 35 / 45 |
| CNC ili udarna oprema-za teške uvjete rada | Teško opterećenje, jake vibracije | Valjkasti{0}}vodič | 45 / 55 |
Ove vrijednosti su samo praktične reference. Konačni odabir uvijek treba provjeriti u odnosu na stvarno opterećenje, radni vijek i podatke iz kataloga proizvođača.
11. Tablica proračuna nosivosti
| Artikal | Simbol | Jedinica | Vrijednost |
|---|---|---|---|
| Pokretna masa | m | kg | |
| Maksimalno ubrzanje | a | m/s² | |
| Pomak težišta | h | mm | |
| Razmak kolica | L | mm | |
| Broj tračnica | - | kom | |
| Vagoni po tračnici | - | kom | |
| Ukupan broj vagona | n | kom | |
| Vanjska sila / sila rezanja | Fe | N | |
| Faktor radnih uvjeta | Ka | - | |
| Životni vijek ciljnog L10 | L | km | |
| Vertikalno opterećenje | Fv | N | m × 9.8 |
| Sila inercije | Fa | N | m × a |
| Ukupna dinamička sila | Ft | N | Fv + Fa + Fe |
| Statičko opterećenje po vagonu | P0 | N | (Fv / n) + (M / L) |
| Dinamičko opterećenje po kolicima | P1 | N | (Ft / n) + (Ft × h / L) |
| Korigirano dinamičko opterećenje | P | N | Ka × P1 |
| Potrebna statička nosivost | C0 | N | P0 × faktor sigurnosti |
| Potrebna dinamička nosivost | C | N | Na temelju ciljanog životnog vijeka |
| Preporučena veličina tračnice | - | - |
12. Uobičajene pogreške pri odabiru
Samo izračunavanje težine izratka
Sustav vodilica nosi cijelu pokretnu strukturu, a ne samo obradak. Treba uključiti težinu stola, učvršćenja, vretena, nosača i lanca kabela.
Zanemarivanje momentnog opterećenja
Vodilica može imati dovoljnu okomitu nosivost, ali ipak otkazati zbog momenta prevrtanja. To je osobito uobičajeno u konstrukcijama osi Z- i konzolama.
Upotreba premalog faktora sigurnosti
Tračnica koja radi tijekom testiranja i dalje može pokvariti nakon -dugotrajne proizvodnje. Precizna oprema i CNC sustavi zahtijevaju dovoljno sigurnosne granice.
Ignoriranje ubrzanja
-Sustavi automatizacije velike brzine mogu imati malo statičko opterećenje, ali veliko dinamičko opterećenje. Moraju se uzeti u obzir česta ubrzanja i usporavanja.
Odabir samo po širini tračnice
Tračnica od 25 mm iz jedne serije možda neće imati istu nosivost kao druga tračnica od 25 mm. Uvijek provjerite dinamičku nosivost, statičku nosivost i moment iz kataloga.
Zaključak
Odabir nosivosti alinearna vodilica i kolicaza CNC i sustave automatizacije nije samo stvar odabira veće tračnice. Pouzdan odabir trebao bi se temeljiti na stvarnoj pokretnoj masi, ubrzanju, smjeru opterećenja, momentnom opterećenju, radnom stanju, statičkom faktoru sigurnosti i dinamičkom vijeku trajanja.
Za sustave automatizacije svjetla može biti dovoljna standardna kugla-vodilica. Za CNC strojeve, portalne sustave, module velike -brzine ili zahtjevne aplikacije rezanja potrebna je veća krutost, bolja otpornost na momente i veće sigurnosne granice.
Dobro-odabran linearni sustav vođenja pomaže glatkom radu stroja, održavanju točnosti, smanjenju problema s održavanjem i postizanju duljeg vijeka trajanja. Za najbolje rezultate, konačni odabir uvijek treba provjeriti kataloškim podacima proizvođača i stvarnim radnim uvjetima opreme.
S više od 20 godina iskustva u proizvodnji, DLY nudi linearne vodilice i kolica za CNC strojeve, opremu za automatizaciju i industrijske sustave kretanja. Od standardnih kugličnih-vodilica do valjkastih vodilica-za velika opterećenja, DLY podržava globalne distributere, OEM-ove i proizvođače strojeva stabilnom kvalitetom,-izravnom tvorničkom opskrbom i inženjerskom podrškom.
Kontaktirajte DLYza podršku za izračun opterećenja, preporuke za veličinu tračnica i-direktna tvornička rješenja za CNC i sustave automatizacije.
