În mașinile CNC și sistemele de automatizare, șinele de ghidare liniare și cărucioarele fac mult mai mult decât mișcarea de ghidare. Acestea transportă platforma în mișcare, rezistă forțelor de tăiere sau de procesare, controlează vibrațiile și ajută mașina să mențină precizia pe termen lung-funcționării.
Multe defecțiuni ale șinelor de ghidare nu sunt cauzate de calitatea slabă a produsului. În aplicațiile reale, problema pornește adesea de la estimarea incorectă a sarcinii. O șină poate părea suficient de puternică pe hârtie, dar după luni de mișcare cu viteză mare-, porniri și opriri frecvente sau încărcare neuniformă, căruciorul poate începe să facă zgomot, să piardă din precizie sau să se uzeze mult mai repede decât se aștepta.
De aceea, selectarea capacității de încărcare a șinei de ghidare liniară și a căruciorului nu ar trebui să se bazeze doar pe dimensiunea șinei. O selecție corectă ar trebui să urmeze un principiu de bază:
Calculați sarcina reală, verificați atât capacitatea statică, cât și cea dinamică și lăsați suficientă marjă de siguranță pentru starea reală de lucru.
Acest ghid explică modul de evaluare a capacității de încărcare pentru mașinile CNC, glisiere de automatizare, sisteme portal și alte echipamente de mișcare liniară.
1. Începeți cu adevărata masă în mișcare
Primul pas este de a calcula masa totală în mișcare.
Aceasta ar trebui să includă:
- Greutatea piesei de prelucrat
- Greutatea dispozitivului
- Greutatea mesei în mișcare
- Greutatea axului sau a capului sculei
- trăsuri
- Lanț de cablu și alte accesorii de mișcare
O greșeală comună este de a calcula numai greutatea piesei de prelucrat. În echipamentele reale, masa, dispozitivul de fixare, suportul motorului, lanțul de cabluri și sculele pot adăuga o cantitate mare de sarcină.
De exemplu, dacă o masă glisantă CNC transportă o piesă de prelucrat de 20 kg, dar masa mobilă, dispozitivul de fixare și axul împreună cântăresc încă 60 kg, sistemul de ghidare nu transportă 20 kg. Transporta 80 kg.
Sarcina verticală de bază este:
Fv=m × g
Unde:
- Fv= încărcare verticală
- m= masa totală în mișcare
- g = 9.8 m/s²
2. Luați în considerare viteza și accelerația
Pentru echipamentele cu viteză mică-, greutatea poate fi sarcina principală. Dar pentru sistemele CNC și de automatizare, accelerația este adesea mai importantă.
Când o mașină pornește, se oprește sau își schimbă rapid direcția, este generată forța de inerție:
Fa=m × a
Unde:
- Fa= forță de inerție
- m= masă în mișcare
- a= accelerație
Acesta este motivul pentru care o mașină ușoară, dar de-rapidă-și plasare-, poate necesita un sistem de ghidare mai puternic decât se aștepta. Sarcina statică pare mică, dar sarcina dinamică poate fi mare din cauza accelerației și decelerațiilor frecvente.
Pentru mașinile CNC, modulele de automatizare și sistemele portal, accelerația ar trebui să fie întotdeauna inclusă în calculul sarcinii.
3. Nu ignorați încărcarea momentului
În multe mașini reale, cărucioarele liniare nu se defectează deoarece sarcina verticală este prea mare. Ei eșuează deoarece sarcina nu este centrată.
Dacă centrul de greutate este deasupra sau departe de suprafața șinei de ghidare, se creează un moment de răsturnare. Acest moment crește sarcina pe o parte a căruciorului sau pe un cărucior din sistem.
Acest lucru este comun în:
- Ansambluri CNC Z-axe
- Routere portal
- Mașini de tăiat cu laser
- Mașini pentru prelucrarea lemnului
- Structuri cantilever
- Mese largi mobile
- Proiecte{0}}șină unică
Momentul poate fi estimat astfel:
M = F × h
Unde:
- M= moment de încărcare
- F= forță aplicată
- h= distanță de la centrul de greutate până la suprafața de montare a șinei
O distanță mai mare a șinelor sau o distanță mai mare a căruciorului poate îmbunătăți adesea rigiditatea mai eficient decât simpla alegere a unei dimensiuni mai mari a șinei.
Pentru sistemele CNC și de automatizare, o structură comună și stabilă este: două șine paralele cu două cărucioare pe fiecare șină.
Acest aspect îmbunătățește distribuția sarcinii, rezistența la moment și stabilitatea-de rulare pe termen lung.
4. Calculați sarcina pe fiecare cărucior
După calcularea sarcinii totale, următorul pas este estimarea sarcinii suportate de fiecare cărucior.
Pentru un sistem de bază:
P0=Fv / n
Unde:
- P0= încărcare statică pe cărucior
- Fv= încărcare verticală
- n= număr total de vagoane
Cu toate acestea, aceasta este doar sarcina medie teoretică.
În mașinile reale, sarcina este rareori distribuită perfect din cauza:
- Eroare de suprafață de montare
- Eroare de paralelism șine
- Strângere neuniformă
- Deformare structurală
- Centrul de greutate decalat
- Forța de tăiere sau forța externă
Deci sarcina reală pe un cărucior poate fi mai mare decât valoarea medie.
Pentru o selecție mai realistă, ar trebui luată în considerare și sarcina momentului:
P0=(Fv / n) + (M / L)
Unde:
L= distanță dintre cărucioare
M= moment de răsturnare
Această formulă oferă o estimare mai conservatoare pentru fiecare cărucior.
5. Calculați sarcina echivalentă dinamică
În condiții dinamice, căruciorul trebuie să suporte combinația de greutate, inerție și forță externă.
Forța dinamică totală poate fi estimată ca:
Ft=Fv + Fa + Fe
Unde:
- Ft= forță dinamică totală
- Fv= încărcare verticală
- Fa= forță de inerție
- Fe= forță externă, cum ar fi forța de tăiere sau forța de proces
Apoi sarcina dinamică pe cărucior poate fi estimată ca:
P1=(Ft / n) + (Ft × h / L)
Dacă mașina are sarcini variabile în timpul diferitelor părți ale cursei, utilizați o sarcină dinamică echivalentă:
Pm=∛[(P1³L1 + P2³L{2 + …) / distanță totală de călătorie]
Pentru multe aplicații standard de automatizare, dacă sarcina este relativ stabilă,Pm poate fi tratat ca P1.
6. Aplicați un factor de condiție de lucru
Sarcina teoretică nu este suficientă pentru selecția finală. Mașinile reale au vibrații, impact, fluctuații de sarcină și erori de instalare.
Ar trebui aplicat un factor de stare de lucru:
P=Ka × P1
Unde:
- P= încărcare dinamică corectată
- Ka= factor de stare de lucru
- P1= încărcare dinamică a căruciorului calculată
Valori de referință tipice:
| Condiție de lucru | Recomandat Ka |
|---|---|
| Mișcare lină la -viteză mică | 1.0–1.2 |
| Echipamente generale de automatizare | 1.2–1.5 |
| Mașină CNC sau sistem de pornire-oprire frecventă | 1.5–2.0 |
| Impact puternic sau stare de tăiere grea | 2.0–3.0 |
7. Verificați factorul de siguranță static
Capacitatea de sarcină staticăC0este utilizat pentru a verifica dacă căruciorul și șina pot rezista la deformarea permanentă sub sarcină.
Factorul de siguranță static este:
S0 = C0 / P0
Unde:
- S0= factor de siguranță static
- C0= evaluare de bază de încărcare statică
- P0= încărcare statică pe cărucior
Valori recomandate:
| Aplicație | S0 recomandat |
|---|---|
| Echipamente generale de automatizare | Mai mare sau egal cu 1,5 |
| Mașină CNC sau sistem de automatizare de precizie | Mai mare sau egal cu 2,0 |
| Sarcină grea sau stare de impact | Mai mare sau egal cu 3,0 |
Dacă factorul de siguranță static este prea scăzut, calea de rulare a șinei sau a căruciorului poate dezvolta adâncituri permanente. Odată ce se întâmplă acest lucru, sistemul poate pierde netezimea și precizia, chiar dacă lubrifierea este îmbunătățită mai târziu.
8. Verificați Durata de viață dinamică
Nivelul de sarcină dinamicăCeste utilizat pentru estimarea duratei de viață.
Pentru ghidaje liniare de tip-bile:
L=(C / P)³ × 100.000 km
Pentru ghidaje liniare de tip-rolă:
L=(C / P)^(10/3) × 100.000 km
Unde:
- LDurată de viață nominală =
- C= evaluare de bază de încărcare dinamică
- P= încărcare dinamică corectată
Durata de viață calculată ar trebui să fie mai mare decât durata de viață țintă a echipamentului.
Referință tipică:
| Tip echipament | Viața țintă comună |
|---|---|
| Echipamente generale de automatizare | 5.000–10.000 km |
| Mașini CNC | 10.000–30.000 km |
| Echipamente grele-sau cu ciclu de lucru-înalt- | Este necesară o marjă de siguranță mai mare |
Deoarece durata de viață a ghidajului este foarte sensibilă la sarcină, o mică creștere a sarcinii reale poate reduce foarte mult durata de viață. Acesta este motivul pentru care selecția „doar suficient” este adesea riscantă pentru echipamentele de funcționare continuă.
9. Etape practice de selecție
Un proces practic de selecție poate fi:
- Calculați masa totală în mișcare.
- Confirmați viteza maximă și accelerația.
- Măsurați decalajul centrului de greutate și distanța dintre cărucioare.
- Calculați sarcina statică pe cărucior.
- Calculați sarcina dinamică pe cărucior.
- Aplicați factorul de stare de lucru.
- Selectați o dimensiune preliminară a șinei de ghidare din catalogul producătorului.
- Verificați factorul de siguranță statică.
- Verificați durata de viață dinamică.
- Măriți dimensiunea șinei sau cantitatea de cărucior dacă rezultatul nu este suficient.
Pentru sistemele CNC și de automatizare, este de obicei mai sigur să verificați capacitatea de încărcare în funcție de cea mai solicitantă condiție de lucru, nu de starea medie.
10. Sugestii de selecție pentru aplicații comune
| Aplicație | Condiție de lucru | Tip de ghid recomandat | Dimensiune Common Rail |
|---|---|---|---|
| Automatizari usoare, echipamente de inspectie, unitati mici de manipulare | Viteză mică, sarcină ușoară | Ghid liniar de tip-bile | 15 / 20 |
| Mașină de ambalat, echipament laser, glisier de automatizare standard | Viteză medie, sarcină moderată | Ghid liniar de tip-bile | 20 / 25 |
| Router CNC, mașină de frezat, mașină de prelucrat lemnul | Forța de tăiere, vibrații, mișcări frecvente | Ghid de tip-bile sau role- | 25 / 30 / 35 |
| Mașină portal, automatizare de precizie-înaltă | Accelerație mare, sarcină de moment | Se preferă ghidajul de tip-rolă | 35 / 45 |
| Echipamente grele-CNC sau de impact | Sarcină mare, vibrații puternice | Ghid de tip-rolă | 45 / 55 |
Aceste valori sunt doar referințe practice. Selecția finală trebuie întotdeauna verificată în raport cu sarcina reală, durata de viață și datele din catalogul producătorului.
11. Tabelul de calcul al capacității de încărcare
| Articol | Simbol | Unitate | Valoare |
|---|---|---|---|
| Masa in miscare | m | kg | |
| Accelerație maximă | a | m/s² | |
| Centrul de greutate decalat | h | mm | |
| Distanța dintre cărucioare | L | mm | |
| Numărul de șine | - | buc | |
| Vagoane pe șină | - | buc | |
| Numărul total de vagoane | n | buc | |
| Forță externă / forță de tăiere | Fe | N | |
| Factorul de stare de lucru | Ka | - | |
| Durata țintă L10 | L | km | |
| Sarcina verticală | Fv | N | m × 9.8 |
| Forța de inerție | Fa | N | m × a |
| Forța dinamică totală | Ft | N | Fv + Fa + Fe |
| Sarcină statică pe cărucior | P0 | N | (Fv / n) + (M / L) |
| Sarcină dinamică pe cărucior | P1 | N | (Ft / n) + (Ft × h / L) |
| Sarcina dinamică corectată | P | N | Ka × P1 |
| Capacitate de sarcină statică necesară | C0 | N | P0 × factor de siguranță |
| Capacitate de sarcină dinamică necesară | C | N | Pe baza vieții țintă |
| Dimensiunea șină recomandată | - | - |
12. Greșeli frecvente de selecție
Se calculează doar greutatea piesei de prelucrat
Sistemul de ghidare transportă întreaga structură în mișcare, nu doar piesa de prelucrat. Masa, dispozitivul de fixare, axul, căruciorul și greutatea lanțului de cablu ar trebui să fie toate incluse.
Ignorând încărcarea momentului
Un ghidaj poate avea suficientă capacitate de încărcare verticală, dar totuși eșuează din cauza momentului de răsturnare. Acest lucru este obișnuit în special în structurile pe axa Z-și în consolă.
Folosind un factor de siguranță prea mic
O șină care funcționează în timpul testării poate eșua în continuare după-producție pe termen lung. Echipamentele de precizie și sistemele CNC necesită o marjă de siguranță suficientă.
Ignorând accelerația
Sistemele de automatizare-de mare viteză pot avea o sarcină statică scăzută, dar o sarcină dinamică ridicată. Trebuie luate în considerare accelerația și decelerația frecventă.
Alegerea numai după lățimea șinei
Este posibil ca o șină de 25 mm dintr-o serie să nu aibă aceeași capacitate de încărcare ca o altă șină de 25 mm. Verificați întotdeauna capacitatea de sarcină dinamică, capacitatea de încărcare statică și valoarea de moment din catalog.
Concluzie
Selectarea capacității de încărcare a aşină de ghidare liniară şi căruciorpentru CNC și sisteme de automatizare nu este doar o chestiune de a alege o șină mai mare. O selecție fiabilă ar trebui să se bazeze pe masa reală în mișcare, accelerație, direcția sarcinii, sarcina momentului, starea de lucru, factorul de siguranță static și durata de viață dinamică.
Pentru sistemele de automatizare ușoare, un ghidaj standard de tip bilă-ar putea fi suficient. Pentru mașinile CNC, sistemele portal, modulele de-viteză mare sau aplicațiile de tăiere grele, sunt necesare rigiditate mai mare, rezistență mai bună la moment și marje de siguranță mai mari.
Un sistem de ghidaj liniar bine-selectat ajută mașina să funcționeze fără probleme, să mențină precizia, să reducă problemele de întreținere și să obțină o durată de viață mai lungă. Pentru cele mai bune rezultate, selecția finală trebuie întotdeauna verificată cu datele de catalog ale producătorului și cu condițiile reale de lucru ale echipamentului.
Cu peste 20 de ani de experiență în producție, DLY oferă șine de ghidare liniare și cărucioare pentru mașini CNC, echipamente de automatizare și sisteme industriale de mișcare. De la ghidaje standard cu bile-la ghidaje cu role de-sarcină grea, DLY oferă suport distribuitorilor globali, OEM-urilor și producătorilor de mașini cu o calitate stabilă, aprovizionare directă din fabrică-și asistență tehnică.
Contactați DLYpentru suport pentru calculul sarcinii, recomandări privind dimensiunea șinei și soluții directe din fabrică-pentru CNC și sisteme de automatizare.
