Una guia lineal - també anomenada carril lineal, guia de moviment lineal o guia de carril de perfil - és un component mecànic de precisió que limita el moviment a una única direcció de línia recta- mentre suporta càrregues en totes les altres direccions. És un dels dos components bàsics de qualsevol sistema de moviment lineal de precisió, l'altre és el cargol de boles o el mecanisme d'accionament.
Si especifiqueu guies lineals per a un disseny de màquina nova, obteniu substitucions per a un sistema existent o avalueu els proveïdors per a una comanda per lots, aquesta guia cobreix el que necessiteu saber: com funcionen les guies lineals, quins són els diferents tipus i on sobresurt cadascuna, què signifiquen els paràmetres de selecció clau a la pràctica i com fer coincidir l'especificació del rail i el bloc amb els requisits reals de l'aplicació.
Què fa una guia lineal - i què no pot fer sola
Una guia lineal fa dues coses simultàniament: suporta la càrrega del carro en moviment i limita aquest carro perquè es mogui en línia recta amb una alta repetibilitat.
Dins d'un bloc de guia lineal, boles d'acer de recirculació (o corrons en dissenys de càrrega alta-) roden entre les ranures de terra de precisió- del bloc i les ranures coincidents del rail. Com que les boles roden en lloc de lliscar, la fricció és extremadament baixa - normalment un coeficient de 0,003 a 0,005, en comparació amb 0,1 a 0,3 per a una superfície de lliscament llisa. Aquesta baixa fricció permet que una guia lineal es mogui suaument sota càrrega amb una força motriu mínima i repeteixi la seva posició amb precisió durant milions de cicles.
El que no fa una guia lineal és conduir el carro o controlar-ne la posició. Aquesta funció pertany al cargol de boles, la transmissió per corretja o el motor lineal. Una guia lineal limita la trajectòria del moviment; el mecanisme d'accionament determina on al llarg d'aquest camí s'atura el carro.
Aquesta divisió de funció és important per a la selecció: la guia lineal s'ha de dimensionar per a totes les càrregues que l'eix experimentarà - radial, lateral i moment -, mentre que el cargol de boles o l'accionament es dimensiona per separat per a l'empenta axial i el requisit de precisió de posicionament.
Com funciona una guia lineal: el mecanisme de recirculació de boles
El principi mecànic clau d'una guia lineal és la recirculació de boles. El bloc conté un nombre finit de boles carregades entre la ranura del rail i la ranura del bloc. A mesura que el bloc es mou al llarg del rail, les boles de la part davantera de la zona carregada surten de l'àrea de contacte, viatgen per un canal de retorn dins del bloc i tornen a -entrar a la zona carregada a la part posterior. Aquesta circulació contínua permet un recorregut il·limitat des d'un nombre finit de boles.
La geometria del contacte de la ranura determina com el bloc porta la càrrega. S'utilitzen habitualment dues geometries de solcs:
Arc gòtic (dos-punts de contacte):Cada bola entra en contacte amb dos punts de la superfície de la ranura - un a cada costat de l'arc. Aquesta geometria s'utilitza en la majoria de guies de perfil estàndard i proporciona una bona capacitat de càrrega en múltiples direccions des d'una mida de bloc compacte.
Arc circular (contacte de quatre-punts, com a la sèrie DLY HD):Cada bola entra en contacte amb la ranura en quatre punts, distribuint la càrrega de manera més uniforme per la superfície de la bola. Aquesta geometria proporciona la mateixa capacitat de càrrega en les quatre direccions - radial, radial inversa i ambdues direccions laterals - i és menys sensible als errors d'instal·lació perquè el bloc es pot auto-alinear per absorbir petites desviacions en la planitud del rail.
A les guies de tipus rodet-(com la sèrie DLY RD), els elements rodants són rodets cilíndrics en lloc de boles. Els corrons fan contacte en línia amb la ranura en lloc de contacte puntual, la qual cosa augmenta dràsticament l'àrea de contacte i produeix una càrrega i rigidesa molt més alta per a la mateixa amplada del carril.
Tipus de guies lineals: què signifiquen les diferències a la pràctica
Per tipus d'element rodant
Guies lineals de tipus bola{0}
L'elecció estàndard per a la majoria de CNC, automatització i aplicacions industrials generals. Les boles proporcionen una fricció baixa, capacitat d'alta velocitat, capacitat de càrrega moderada-a-alta i bones propietats d'auto-alineació. Estan disponibles en una gamma més àmplia de mides i classes de precàrrega que els tipus de corrons, i en general són més tolerants amb les imperfeccions menors d'instal·lació.
Quan escollir el tipus de bola-: mecanitzat CNC general, tall per làser, maquinària d'envasat, automatització-i-de col·locació, màquines de gravat, equips d'impressió 3D, sistemes de posicionament mèdic.
Guies lineals{0}}de rodets
Els corrons substitueixen les boles com a element rodant, proporcionant un contacte de línia en lloc de contacte puntual. Per a la mateixa amplada del carril, una guia de rodets ofereix aproximadament 2-3 vegades la capacitat de càrrega dinàmica i una rigidesa significativament més alta que una guia de boles. La compensació-és una fricció lleugerament més alta, menys capacitat d'-autoalineació i una major sensibilitat a la qualitat de la superfície de muntatge.
Quan escollir el tipus-de rodets: màquines eina-de gran resistència, rectificadores de precisió, centres de mecanitzat de gran-format, sistemes de pòrtic pesat, equips d'estampació i premsa, aplicacions on s'ha de minimitzar la deformació elàstica sota càrrega.
Per alçada de bloc (estàndard vs perfil baix)
Blocs d'alçada estàndard
L'opció predeterminada per a la majoria d'aplicacions. Els blocs estàndard tenen un centre de gravetat més alt, que augmenta el braç de moment per a càrregues laterals, però també proporciona més superfície de muntatge a la placa del carro.
Blocs de-perfil baix (com a la sèrie DLY ED)
Una alçada reduïda del bloc redueix el centre de gravetat del conjunt del carro, la qual cosa millora el comportament dinàmic a altes velocitats i redueix el moment de flexió del carril sota càrregues laterals. L'alçada reduïda també permet un disseny global de la màquina més compacte on l'espai vertical està restringit.
Quan triar un perfil baix: equips d'automatització d'alta-velocitat, eixos de pòrtic on l'alçada del carro afecta l'envolupant de la màquina, dissenys de mòduls compactes, aplicacions on la vibració a velocitat és una preocupació.
Per longitud de bloc (estàndard vs llarg)
La longitud del bloc determina la capacitat de càrrega del moment d'un sol bloc. Un bloc més llarg distribueix la zona de contacte de la pilota sobre una longitud axial més gran del rail, augmentant la seva resistència als moments de pas i guidada.
Per a aplicacions amb càrregues de moment importants, - una càrrega útil en voladís, un eix amb gran voladís o un únic-disseny de carril -, els blocs llargs proporcionen un valor de moment més elevat sense requerir un carril més ample. Per a aplicacions amb càrregues equilibrades distribuïdes en diversos blocs, normalment n'hi ha prou amb els blocs de-longitud estàndard.
Les tres sèries de guies lineals DLY: quina s'adapta a la vostra aplicació
Sèrie HD - Guia de boles estàndard, càrrega igual en totes les direccions (HDR15–HDR65)
La sèrie HD utilitza la geometria de la ranura d'arc circular-per aconseguir una càrrega dinàmica igual en les quatre direccions: radial, radial inversa i ambdues direccions laterals. Aquesta característica de càrrega igual- significa que la sèrie HD funciona de manera coherent independentment de com es distribueix la càrrega en direccions - útil en aplicacions on la direcció de càrrega canvia durant el cicle o és difícil de calcular amb precisió.
La sèrie HD també inclou una capacitat d'-autoalineació que permet que el bloc absorbeixi errors d'instal·lació menors sense generar estrès intern. Això redueix la sensibilitat a la planitud de la superfície de muntatge i simplifica la instal·lació en condicions de camp.
Disponible en amplades de rail de 15 mm a 65 mm. Graus estàndard i d'alta-precisió (H) disponibles. Element rodant tipus bola-.
Millor per a:Encaminadors CNC, centres de mecanitzat, màquines de tall per làser, automatització industrial general, maquinària d'embalatge, qualsevol aplicació que requereixi un rendiment fiable en una gamma de direccions de càrrega.
Sèrie ED - Guia de bola de perfil baix-, alta velocitat i disseny compacte (EDR15–EDR30)
La sèrie ED comparteix les característiques d'igual-càrrega i auto{1}}alineació de la sèrie HD, però amb una alçada de bloc reduïda que redueix el perfil general del carro. L'alçada de muntatge més baixa redueix el moment de flexió del rail sota càrregues laterals, la qual cosa millora l'estabilitat dinàmica a altes velocitats de funcionament.
Una característica de disseny pràctica: el retenedor de boles de la sèrie ED subjecta les boles al bloc fins i tot quan el bloc s'elimina del rail. Això evita que les boles caiguin durant el muntatge i simplifica la instal·lació en orientacions on el bloc s'ha de col·locar al rail des del costat o de la part inferior.
Disponible en amplades de rail de 15 mm a 30 mm. Graus estàndard i-alta precisió disponibles. Element rodant tipus bola-.
Millor per a:Equips d'automatització d'-alta velocitat, dissenys de mòduls compactes, eixos de pòrtic amb restriccions d'alçada, sistemes de recollida-i-de col·locació, aplicacions on la massa i l'alçada del carro s'han de minimitzar.
Guia de rodets de la sèrie RD -, càrrega màxima i rigidesa (RDR15–RDR65)
La sèrie RD utilitza corrons cilíndrics amb un angle de contacte de 45 graus com a element rodant en lloc de boles. L'angle de contacte de 45 graus distribueix la càrrega simètricament en les quatre direccions, i el contacte de línia del corró redueix dràsticament la deformació elàstica sota càrregues pesades en comparació amb una guia de boles de la mateixa amplada.
El resultat és una guia amb unes classificacions de càrrega i rigidesa que superen significativament les de les guies de boles de la mateixa classe de mida. Sota càrregues pesades sostingudes, la sèrie RD manté una millor precisió de posició perquè el rail i el bloc es desvien menys.
Disponible en amplades de rail de 15 mm a 65 mm. Graus estàndard i-alta precisió disponibles. Element rodant-tipus.
Millor per a:Màquines eina-resistents, rectificadores de precisió, grans centres de mecanitzat, equips de premsa i estampació, aplicacions de pòrtic pesat, qualsevol aplicació on la deformació elàstica sota càrrega afecti directament la precisió del mecanitzat o la qualitat de les peces.
Comparació de sèries d'un cop d'ull
| Sèrie HD | Sèrie ED | Sèrie RD | |
|---|---|---|---|
| Element rodant | Pilota | Pilota | Corró |
| Capacitat de càrrega | Alt | Alt | Molt alt |
| Rigidesa | Alt | Alt | Molt alt |
| Alçada de muntatge | Estàndard | Baixa | Estàndard |
| Velocitat màxima | Alt | Alt | Mitjana-alta |
| Auto{0}alineació | Sí | Sí | Limitat |
| Retenció de pilota fora del carril | Estàndard | Sí (retenedor) | N/A |
| Interval de mides | HD15–HDR65 | ED15–ED30 | RD15–RD65 |
| Avantatge principal | Càrrega igual, versàtil | Compacte,{0}}alta velocitat | Màxima càrrega i rigidesa |
Paràmetres de selecció: què significa realment cada especificació
Classificació de càrrega dinàmica (C)
La capacitat de càrrega dinàmica C és la càrrega, en kilonewtons, sota la qual un grup de blocs de guia lineal idèntics recorrerà 50 km de carrera acumulada abans que el 90% d'ells desenvolupi una fallada per fatiga. És el paràmetre principal per calcular la vida útil sota una càrrega equivalent determinada.
Un valor C més alt significa més capacitat de càrrega -, però C sempre s'especifica per a una única direcció (radial per a la majoria dels valors del catàleg). Si la vostra aplicació aplica càrrega en diverses direccions simultàniament, la càrrega efectiva del bloc s'ha de calcular com a càrrega equivalent combinada abans de comparar-la amb C.
Classificació de càrrega estàtica (C0)
La càrrega estàtica C0 és la càrrega que produeix una deformació permanent específica a la zona de contacte entre una bola i la pista. Determina la càrrega instantània màxima que pot suportar el bloc sense danys - rellevant per a aplicacions amb càrregues de xoc, parades d'emergència o forces pics elevades durant la subjecció o el premsat.
Classe de precàrrega
La precàrrega és una càrrega interna aplicada a les boles durant la fabricació per eliminar el joc intern. Augmenta la rigidesa i redueix el joc al bloc, a costa d'una major fricció de funcionament i generació de calor.
| Classe de precàrrega | Espai lliure / precàrrega interior | El millor per |
|---|---|---|
| Precàrrega lleugera (Z0 / C0) | Petit espai lliure | Alta-velocitat, càrrega lleugera, prioritat de fricció baixa |
| Precàrrega mitjana (Z1 / C1) | ~2-3% de C | CNC estàndard, automatització general |
| Precàrrega pesada (Z2 / C2) | ~5-8% de C | Tall pesat, requisit d'alta rigidesa |
La selecció d'una precàrrega més pesada que l'aplicació requereix un desgast de parell i escurça la vida útil gràcies a un major escalfament per fricció. Seleccioneu la classe de precàrrega més lleugera que compleixi els requisits de rigidesa.
Grau de precisió
El grau de precisió especifica les toleràncies dimensionals del rail i el paral·lelisme del bloc - de la superfície de rodament del bloc amb la superfície de muntatge del rail, la variació d'alçada entre els blocs del mateix rail i la rectitud del rail. Els graus de precisió més alts són més ajustats en totes aquestes toleràncies.
Per a la majoria de les aplicacions d'automatització i CNC, és suficient el grau estàndard o H (alta precisió). Els graus de precisió (P) i super-precisió (SP) s'utilitzen en equips de semiconductors, sistemes de metrologia i altres aplicacions on es requereix una repetibilitat de posicionament de sub-micres.
Amplada del carril
L'amplada del carril és l'indicador més directe de la capacitat de càrrega. Un rail més ample té boles més grans, solcs més profunds i més àrea de contacte -, tot això es tradueix en valors C i C0 més alts. L'amplada del carril s'ha de seleccionar en funció de la capacitat de càrrega dinàmica requerida i del moment de càrrega que experimentarà el carro, no només en funció de la mida de la màquina.
Com fer coincidir la mida de la guia lineal amb la vostra aplicació
Pas 1 - Identifiqueu les direccions de càrrega
En un eix horitzontal: la càrrega principal és radial (cap avall del pes de la càrrega útil). En un eix vertical: la càrrega principal és radial o radial-inversa segons l'orientació. En eixos amb càrregues útils desplaçades o forces de tall: calculeu la càrrega de moment en cada sentit (cau, guiñada, gir) per separat.
Pas 2 - Calcula la càrrega dinàmica equivalent
Combineu tots els components de càrrega en una única càrrega equivalent per bloc, tenint en compte la distribució de la càrrega entre el nombre de blocs i rails. Per a un eix horitzontal amb dos carrils i quatre blocs (dos per carril), cada bloc transporta una-quarta part de la càrrega radial total més la seva part de les càrregues de moment.
Pas 3 - Calculeu la qualificació de càrrega dinàmica necessària per a la vida útil objectiu
Utilitzant la fórmula de vida útil L10: C=P × (L / 50)^(1/3), on P és la càrrega equivalent en kN i L és la vida útil requerida en km. Això dóna el valor C mínim que ha de complir el bloc seleccionat.
Pas 4 - Seleccioneu l'amplada del carril del catàleg
Trobeu l'amplada del rail a la sèrie seleccionada (HD, ED o RD) on el valor C del catàleg compleix o supera el mínim calculat. Verifiqueu que la C0 (valoració estàtica) també sigui adequada per a qualsevol càrrega màxima de l'aplicació.
Pas 5 - Seleccioneu la classe de càrrega prèvia i el grau de precisió
Coincideix la precàrrega amb el requisit de rigidesa. Relaciona el grau de precisió amb el requisit de repetibilitat de posicionament.
Pas 6 - Confirmeu amb el cargol de boles o l'especificació de la unitat
La guia lineal i el cargol de boles han de coincidir en mida i grau de precisió. Un cargol de boles de gran-diàmetre que condueix un carro sobre rails de mida inferior produirà un sistema limitat per la deflexió de la guia. Consulteu la -taula de concordança de mides a la guia de coordinació DLY per obtenir els aparellaments recomanats.
Errors comuns de selecció
Seleccionar l'amplada del carril en funció de la mida de la màquina en lloc del càlcul de càrrega
Una màquina gran no requereix automàticament rails grans. Un eix que mou un capçal làser de 5 kg amb una carrera de 2.000 mm necessita rails petits seleccionats per a la càrrega real de 5 kg - no rails de 45 mm perquè el bastidor de la màquina és gran. Els rails de grans dimensions perjudiquen el cost i afegeixen massa sense millorar la precisió.
Utilitzant la mateixa sèrie de guies en tots els eixos independentment dels requisits
L'eix AZ que porta un eix pesat té requisits diferents dels de l'eix X que mou el mateix eix a gran velocitat. L'eix Z es pot beneficiar de la sèrie RD per rigidesa; l'eix X pot ser millor servit per la sèrie ED per velocitat i alçada compacta.
Seleccionar una precàrrega pesada per compensar els problemes de rigidesa sense comprovar l'efecte tèrmic
La precàrrega pesada augmenta la fricció, la qual cosa genera calor durant el funcionament sostingut a alta{0}}velocitat. La calor provoca una expansió tèrmica al carril i al carro, que canvia la condició de precàrrega i pot introduir una deriva de posicionament. Seleccioneu la precàrrega en funció del càlcul de rigidesa, no com a precaució general.
Instal·lació de dos rails sense verificar el paral·lelisme
Dos rails que no són paral·lels obliguen els blocs a córrer amb una càrrega lateral interna durant tota la carrera. Aquesta càrrega lateral accelera el desgast i augmenta la resistència al funcionament, fins i tot quan els blocs estan individualment dins de les seves capacitats de càrrega. El paral·lelisme entre dos rails del mateix eix s'ha de verificar fins a 0,02-0,05 mm per 300 mm de recorregut abans de posar la màquina en servei.
Guies lineals en CNC i automatització: referència d'aplicació
| Aplicació | Requisit típic | Sèrie recomanada |
|---|---|---|
| Centre de mecanitzat CNC (eix X/Y) | Alta precisió, càrrega mitjana-pesada, rigidesa sota la força de tall | Sèrie HD HDR25–HDR35, precàrrega mitjana |
| Centre de mecanitzat CNC (eix Z) | Compacte, càrrega vertical, alta rigidesa | Sèrie HD o RD, precàrrega mitjana |
| Encaminador CNC / màquina de gravat | Alta velocitat, càrrega lleugera-mitjana, rendible- | Sèrie HD HDR15–HDR25, precàrrega lleugera |
| Màquina de tall per làser | Alta velocitat, càrrega molt lleugera, baixa fricció | Sèrie ED EDR15–EDR20, precàrrega lleugera |
| Trieu{0}}i{1}}coloqueu l'automatització | Alta velocitat, carrera curta, compacte | Sèrie ED, precàrrega lleugera |
| Maquinària d'embalatge | Cicle de treball elevat, càrrega moderada, protecció del segell | Sèrie HD, precàrrega mitjana, eixugaparabrises |
| Centre de mecanitzat pesat / rectificat | Màxima rigidesa, càrrega pesada, baixa deformació | Sèrie RD RDR25–RDR45, precàrrega mitjana-pesada |
| Mòlta de precisió / EDM | Precisió ultra-, sensibilitat a les vibracions | Sèrie RD, grau d'alta precisió |
| Equip mèdic/de laboratori | Moviment suau, baix soroll, compacte | Sèrie ED, precàrrega lleugera |
| Manipulació de semiconductors | Compatibilitat amb sales netes, alta precisió | Sèrie HD o ED, grau de precisió |
Guies lineals d'aprovisionament per a comandes OEM i per lots
Per als constructors de màquines OEM i els distribuïdors estrangers que obtenen guies lineals en volum, la coherència entre lots és tan important com l'especificació inicial. La rectitud del rail, la precàrrega del bloc i la tolerància a l'alçada que varien entre lots de producció produeixen màquines amb característiques de funcionament diferents tot i utilitzar els mateixos números de peça.
DLY subministra guies lineals de les sèries HD, ED i RD en graus estàndard i d'alta{0}}precisió, amb longituds de rails de 200 mm a 4.000 mm i opcions de bloc en configuracions estàndard i llargues. Tant els dissenys de tipus bola-(HD i ED) com els tipus-de rodets (RD) estan disponibles a tot el rang de mides.
Per a comandes per lots, DLY proporciona dibuixos dimensionals, certificats de qualificació de precisió i confirmació del termini de lliurament en l'etapa de consulta. Les longituds de rail personalitzades, els accessoris de lubricació especials i les classes de precàrrega no-estàndards estan disponibles a petició.
Per rebre una confirmació d'especificacions i un pressupost per lots, compartiu el següent:
- Orientació de l'eix i longitud de la carrera
- Massa de càrrega útil i desplaçament de la línia central de guia (si escau)
- Velocitat i acceleració del carro requerida
- Requisit de precisió o repetibilitat de posicionament
- Quantitat per comanda i freqüència de comanda esperada
- Entorn de funcionament (temperatura, pols, refrigerant, sala blanca)
