Linearno vodilo -, imenovano tudi linearna tirnica, linearno vodilo gibanja ali profilno vodilo -, je natančna mehanska komponenta, ki omejuje premikanje v eno smer ravne-črte, medtem ko podpira obremenitve v vseh drugih smereh. Je ena od dveh ključnih komponent vsakega natančnega linearnega gibalnega sistema, druga pa je kroglični vijak ali pogonski mehanizem.
Če določate linearna vodila za novo zasnovo stroja, iščete zamenjavo za obstoječi sistem ali ocenjujete dobavitelje za serijsko naročilo, ta priročnik pokriva tisto, kar morate vedeti: kako delujejo linearna vodila, kateri so različni tipi in kje se vsak odlikuje, kaj ključni parametri izbire pomenijo v praksi in kako uskladiti specifikacijo tirnice in bloka z vašimi dejanskimi zahtevami uporabe.
Kaj naredi linearni vodnik - in česa ne more narediti sam
Linearno vodilo dela dve stvari hkrati: podpira obremenitev na premikajočem se vozičku in omejuje ta voziček, da se premika v ravni črti z visoko ponovljivostjo.
Znotraj linearnega vodilnega bloka se krožne jeklene kroglice (ali valji v -izvedbah z visoko obremenitvijo) kotalijo med natančno-brušenimi utori v bloku in ustreznimi utori v tirnici. Ker se kroglice kotalijo in ne drsijo, je trenje izjemno nizko - običajno koeficient od 0,003 do 0,005 v primerjavi z 0,1 do 0,3 za ravno drsno površino. To nizko trenje omogoča, da se linearno vodilo gladko premika pod obremenitvijo z minimalno pogonsko silo in da natančno ponovi svoj položaj v milijonih ciklov.
Linearno vodilo ne poganja vozička ali nadzoruje njegov položaj. Ta funkcija pripada krogličnemu vretenu, jermenskemu pogonu ali linearnemu motorju. Linearno vodilo omejuje pot gibanja; pogonski mehanizem določa, kje na tej poti se voziček ustavi.
Ta delitev funkcij je pomembna za izbiro: linearno vodilo mora biti dimenzionirano za vse obremenitve, ki jih bo os doživela - radialno, stransko in moment -, medtem ko se kroglični vijak ali pogon dimenzionira ločeno glede na zahteve glede aksialnega potiska in natančnosti pozicioniranja.
Kako deluje linearno vodilo: krožni kroglični mehanizem
Ključno mehansko načelo v linearnem vodilu je kroženje kroglice. Blok vsebuje končno število kroglic, obremenjenih med utorom tirnice in utorom bloka. Ko se blok premika vzdolž tirnice, kroglice na sprednji strani obremenjenega območja zapustijo kontaktno območje, potujejo skozi povratni kanal znotraj bloka in ponovno -vstopijo v obremenjeno območje zadaj. To neprekinjeno kroženje omogoča neomejeno potovalno razdaljo končnega števila kroglic.
Geometrija kontakta utora določa, kako blok prenaša obremenitev. V splošni uporabi sta dve geometriji utorov:
Gotski lok (dvo-točkovni stik):Vsaka kroglica se dotika dveh točk na površini utora -, po eno na vsaki strani loka. Ta geometrija se uporablja v večini standardnih profilnih tirnih vodil in zagotavlja dobro nosilnost v več smereh iz kompaktne velikosti bloka.
Krožni lok (sti-točkovni stik, kot pri seriji DLY HD):Vsaka krogla se dotika utora na štirih točkah, kar bolj enakomerno porazdeli obremenitev po površini krogle. Ta geometrija zagotavlja enake stopnje obremenitve v vseh štirih smereh - radialno, vzvratno radialno in obe stranski smeri - in je manj občutljiva na napake pri namestitvi, ker se lahko blok sam-poravna, da absorbira majhna odstopanja v ravnosti tirnice.
V valjčnih-vodilih (kot je serija DLY RD) so kotalni elementi cilindrični valji in ne krogle. Valji se linijski stikajo z utorom namesto točkovnega stika, kar dramatično poveča kontaktno površino in povzroči veliko višje ocene obremenitve in togosti za isto širino tirnice.
Vrste linearnih vodil: kaj razlike pomenijo v praksi
Po vrsti kotalnih elementov
Kroglasta-linearna vodila
Standardna izbira za večino CNC, avtomatizacije in splošnih industrijskih aplikacij. Kroglice zagotavljajo nizko trenje, visoko hitrost, zmerno{1}}do-visoko nosilnost in dobre-naravnalne lastnosti. Na voljo so v širšem razponu velikosti in razredov prednapetosti kot tipi valjev in so na splošno bolj prizanesljivi do manjših nepopolnosti vgradnje.
Kdaj izbrati vrsto žoge-: splošna CNC obdelava, lasersko rezanje, stroji za pakiranje, avtomatizacija za-in-postavljanje, stroji za graviranje, oprema za 3D-tiskanje, sistemi za medicinsko pozicioniranje.
Valjčna{0}}linearna vodila
Valji nadomeščajo kroglice kot kotalni element in zagotavljajo linijski stik namesto točkovnega stika. Pri enaki širini tirnice zagotavlja valjčno vodilo približno 2–3-krat večjo dinamično obremenitev in znatno večjo togost kot kroglično vodilo. Kompromis-je nekoliko večje trenje, manjša-zmožnost samoporavnave in večja občutljivost na kakovost pritrdilne površine.
Kdaj izbrati tip-valja: težka-obdelovalna orodja, precizni brusilni stroji, obdelovalni centri-velikega formata, težki portalni sistemi, oprema za žigosanje in stiskanje, aplikacije, kjer je treba čim bolj zmanjšati elastične deformacije pod obremenitvijo.
Po višini bloka (standardni proti nizkemu profilu)
Bloki standardne višine
Privzeta izbira za večino aplikacij. Standardni bloki imajo višje težišče, kar poveča momentno roko za stranske obremenitve, hkrati pa zagotavlja večjo površino za pritrditev na nosilno ploščo.
Bloki-z nizkim profilom (kot v seriji DLY ED)
Zmanjšana višina bloka zniža težišče sklopa vozička, kar izboljša dinamično obnašanje pri visokih hitrostih in zmanjša upogibni moment na tirnici pod bočnimi obremenitvami. Zmanjšana višina omogoča tudi bolj kompaktno celotno zasnovo stroja, kjer je navpični prostor omejen.
Kdaj izbrati nizek-profil: oprema za-hitrost avtomatizacije, portalne osi, kjer višina vozička vpliva na ovoj stroja, kompaktne zasnove modulov, aplikacije, kjer so vibracije pri hitrosti zaskrbljujoče.
Po dolžini bloka (standardno proti dolgemu)
Dolžina bloka določa momentno nosilnost posameznega bloka. Daljši blok razširi kontaktno cono krogle na večjo aksialno dolžino tirnice, s čimer se poveča njena odpornost na momente nagiba in nihanja.
Za aplikacije z znatnimi momentnimi obremenitvami - konzolni nosilni tovor, vreteno z velikim previsom ali eno-zasnova tirnice - dolgi bloki zagotavljajo višjo oceno momenta brez potrebe po širši tirnici. Za aplikacije z uravnoteženimi obremenitvami, porazdeljenimi na več blokov, običajno zadostujejo bloki standardne-dolžine.
Serija treh linearnih vodil DLY: kateri ustreza vaši aplikaciji
Serija HD - Standardno kroglično vodilo, enaka obremenitev v vseh smereh (HDR15–HDR65)
Serija HD uporablja geometrijo krožnega-obločnega utora za doseganje enakih dinamičnih obremenitev v vseh štirih smereh: radialni, obratni radialni in obe stranski smeri. Ta značilnost enake-obremenitve pomeni, da serija HD dosledno deluje ne glede na to, kako je obremenitev porazdeljena po smereh - uporabna pri aplikacijah, kjer se smer obremenitve spreminja med ciklom ali jo je težko natančno izračunati.
Serija HD ima tudi možnost samo{0}}poravnave, ki bloku omogoča, da absorbira manjše napake pri namestitvi brez ustvarjanja notranje napetosti. To zmanjša občutljivost na ravnost montažne površine in poenostavi namestitev v terenskih pogojih.
Na voljo v širinah tirnic od 15 mm do 65 mm. Na voljo so standardne in visoke -natančnosti (H). Kotalni element s kroglo-.
Najboljše za:CNC usmerjevalniki, obdelovalni centri, laserski rezalni stroji, splošna industrijska avtomatizacija, pakirni stroji, katera koli aplikacija, ki zahteva zanesljivo delovanje v različnih smereh obremenitve.
Serija ED - nizko-kroglo vodilo, visoka hitrost in kompaktna oblika (EDR15–EDR30)
Serija ED ima enake značilnosti-obremenitve in samo{1}}poravnave kot serija HD, vendar z zmanjšano višino bloka, ki zniža celoten profil vozička. Nižja montažna višina zmanjša upogibni moment na tirnici pri bočnih obremenitvah, kar izboljša dinamično stabilnost pri visokih delovnih hitrostih.
Praktična zasnova: držalo za krogle v seriji ED drži krogle v bloku, tudi ko je blok odstranjen iz tirnice. To preprečuje, da bi kroglice padle ven med sestavljanjem, in poenostavi namestitev v smeri, kjer je treba blok namestiti na tirnico s strani ali spodaj.
Na voljo v širinah tirnic od 15 mm do 30 mm. Na voljo so standardne in visoke-stopnje natančnosti. Kotalni element s kroglo-.
Najboljše za:Visoko{0}}oprema za avtomatizacijo, kompaktne zasnove modulov, portalne osi z višinskimi omejitvami, sistemi za-in-postavljanje, aplikacije, kjer je treba maso in višino vozička čim bolj zmanjšati.
Serija RD - valjčno vodilo, največja obremenitev in togost (RDR15–RDR65)
Serija RD uporablja cilindrične valje s kontaktnim kotom 45 stopinj kot kotalni element namesto kroglic. Kontaktni kot 45 stopinj porazdeli obremenitev simetrično v vse štiri smeri, linijski stik valja pa dramatično zmanjša elastično deformacijo pri velikih obremenitvah v primerjavi s krogličnim vodilom enake širine.
Rezultat je vodilo z ocenami obremenitve in togosti, ki znatno presegajo kroglična vodila v istem velikostnem razredu. Pod trajnimi velikimi obremenitvami ohranja serija RD boljšo položajno natančnost, ker se tirnica in blok manj upogibata.
Na voljo v širinah tirnic od 15 mm do 65 mm. Na voljo so standardne in visoke-stopnje natančnosti. Valjčni-kotalni element.
Najboljše za:Orodni-stroji za težka dela, natančni brusilni stroji, veliki obdelovalni centri, oprema za stiskanje in žigosanje, težke portalne aplikacije, vse aplikacije, pri katerih elastična deformacija pod obremenitvijo neposredno vpliva na natančnost obdelave ali kakovost delov.
Primerjava serij na prvi pogled
| Serija HD | Serija ED | Serija RD | |
|---|---|---|---|
| Kotalni element | Žoga | Žoga | Valjček |
| Nosilnost | visoko | visoko | Zelo visoko |
| Togost | visoko | visoko | Zelo visoko |
| Montažna višina | Standardno | Nizka | Standardno |
| Največja hitrost | visoko | visoko | Srednje-visoko |
| Samo{0}}poravnava | ja | ja | Omejeno |
| Zadrževanje žoge izven tirnice | Standardno | Da (držalo) | N/A |
| Razpon velikosti | HD15–HDR65 | ED15–ED30 | RD15–RD65 |
| Glavna prednost | Enakomerna obremenitev, vsestranski | Kompakten, hiter- | Največja obremenitev in togost |
Izbirni parametri: kaj vsaka specifikacija dejansko pomeni
Dinamična obremenitev (C)
Dinamična stopnja obremenitve C je obremenitev v kilonewtonih, pod katero bo skupina enakih linearnih vodilnih blokov prepotovala 50 km kumulativnega giba, preden se pri 90 % od njih razvije utrujenost. Je primarni parameter za izračun življenjske dobe pri dani enakovredni obremenitvi.
Višja vrednost C pomeni večjo nosilnost -, vendar je C vedno določena za eno smer (radialno za večino kataloških vrednosti). Če vaša aplikacija uporablja obremenitev v več smereh hkrati, je treba efektivno obremenitev bloka izračunati kot kombinirano ekvivalentno obremenitev pred primerjavo s C.
Stopnja statične obremenitve (C0)
Stopnja statične obremenitve C0 je obremenitev, ki povzroči določeno trajno deformacijo v kontaktnem območju med kroglo in vodilom. Določa največjo trenutno obremenitev, ki jo blok lahko prenese brez poškodb -, kar je pomembno za aplikacije z udarnimi obremenitvami, zaustavitvami v sili ali visokimi koničnimi silami med vpenjanjem ali stiskanjem.
Prednapetostni razred
Prednapetost je notranja obremenitev, ki se uporablja za krogle med proizvodnjo, da se odstrani notranja zračnost. Poveča togost in zmanjša zračnost v bloku na račun večjega trenja pri teku in ustvarjanja toplote.
| Prednapetostni razred | Notranja zračnost / prednapetost | Najboljše za |
|---|---|---|
| Lahka prednapetost (Z0 / C0) | Majhen odmik | Visoka-hitrost, majhna obremenitev, nizko trenje |
| Srednja prednapetost (Z1 / C1) | ~2–3 % C | Standardni CNC, splošna avtomatizacija |
| Močna prednapetost (Z2 / C2) | ~5–8 % C | Težko rezanje, visoka zahteva glede togosti |
Izbira večje prednapetosti od uporabe zahteva izgubljanje navora in skrajšanje življenjske dobe zaradi povečanega ogrevanja zaradi trenja. Izberite najlažji razred prednapetosti, ki izpolnjuje zahteve glede togosti.
Stopnja natančnosti
Stopnja natančnosti določa dimenzijske tolerance tirnice in bloka - vzporednost tekalne površine bloka s površino za pritrditev tirnice, razlike v višini med bloki na isti tirnici in ravnost tirnice. Višje stopnje natančnosti so strožje pri vseh teh tolerancah.
Za večino aplikacij CNC in avtomatizacije zadošča standardna ali H (visoka natančnost). Stopnje natančnosti (P) in super-natančnosti (SP) se uporabljajo v polprevodniški opremi, meroslovnih sistemih in drugih aplikacijah, kjer je potrebna pod-mikronska ponovljivost pozicioniranja.
Širina tirnice
Širina tirnice je najbolj neposreden pokazatelj nosilnosti. Širša tirnica ima večje kroglice, globlje utore in več kontaktne površine -, kar vse pomeni višje vrednosti C in C0. Širina tirnice mora biti izbrana na podlagi zahtevane dinamične obremenitve in trenutne obremenitve, ki jo bo imel voziček, ne pa samo na podlagi velikosti stroja.
Kako prilagoditi velikost linearnega vodila vaši aplikaciji
Korak 1 - Določite smeri tovora
Na vodoravni osi: glavna obremenitev je radialna (navzdol od teže tovora). Na navpični osi: glavna obremenitev je radialna ali vzvratna-radialna, odvisno od orientacije. Na oseh z zamaknjenimi obremenitvami ali rezalnimi silami: izračunajte momentno obremenitev v vsaki smeri (naklon, odklon, nagib) posebej.
Korak 2 - Izračunajte ekvivalentno dinamično obremenitev
Združite vse komponente obremenitve v eno enakovredno obremenitev na blok, pri čemer upoštevajte porazdelitev obremenitve po številu blokov in tirnic. Za vodoravno os z dvema tirnicama in štirimi bloki (dva na tirnico) nosi vsak blok eno-četrtino skupne radialne obremenitve in svoj delež morebitnih trenutnih obremenitev.
Korak 3 - Izračunajte zahtevano dinamično obremenitev za ciljno življenjsko dobo
Z uporabo formule za življenjsko dobo L10: C=P × (L / 50)^(1/3), kjer je P enakovredna obremenitev v kN in L zahtevana življenjska doba v km. To daje najmanjšo vrednost C, ki jo mora doseči izbrani blok.
Korak 4 - Izberite širino tirnice iz kataloga
Poiščite širino tirnice v izbrani seriji (HD, ED ali RD), kjer kataloška vrednost C ustreza ali presega izračunani minimum. Preverite, ali je C0 (statična ocena) ustrezna tudi za vse konične obremenitve v aplikaciji.
Korak 5 - Izberite razred prednapetosti in stopnjo natančnosti
Ujemite prednapetost z zahtevami glede togosti. Ujemanje stopnje natančnosti z zahtevo po ponovljivosti pozicioniranja.
Korak 6 - Potrdite s specifikacijo krogličnega vretena ali pogona
Linearno vodilo in kroglični vijak se morata ujemati po velikosti in stopnji natančnosti. Kroglični vijak z velikim-premerom, ki poganja voziček na premajhnih tirnicah, povzroči sistem, omejen z upogibom vodila. Glejte tabelo-ujemanja velikosti v vodniku za koordinacijo DLY za priporočene pare.
Pogoste napake pri izbiri
Izbira širine tirnice glede na velikost stroja in ne glede na izračun obremenitve
Velik stroj ne potrebuje samodejno velikih tirnic. Os, ki premika 5 kg lasersko glavo z gibom 2000 mm, potrebuje majhne tirnice, izbrane za dejansko obremenitev 5 kg - in ne 45 mm tirnic, ker je okvir stroja velik. Prevelike tirnice znižujejo stroške in dodajajo maso brez izboljšanja natančnosti.
Uporaba iste serije vodil na vseh oseh ne glede na zahteve
Os AZ, ki nosi težko vreteno, ima drugačne zahteve kot os X, ki isto vreteno premika z visoko hitrostjo. Os Z ima lahko koristi od serije RD za togost; osi X morda bolje služi serija ED za hitrost in kompaktno višino.
Izbira velike prednapetosti za kompenzacijo pomislekov glede togosti brez preverjanja toplotnega učinka
Močna prednapetost poveča trenje, ki ustvarja toploto med trajnim-delovanjem pri visoki hitrosti. Toplota povzroči toplotno raztezanje tirnice in vozička, kar spremeni stanje prednapetosti in lahko povzroči zamik pozicioniranja. Prednapetost izberite na podlagi izračuna togosti in ne kot splošni previdnostni ukrep.
Namestitev dveh tirnic brez preverjanja vzporednosti
Dve tirnici, ki nista vzporedni, prisilita bloke, da tečejo z notranjo stransko obremenitvijo skozi ves hod. Ta stranska obremenitev pospešuje obrabo in povečuje tekalni upor, tudi če so bloki posamično znotraj svojih nazivnih obremenitev. Vzporednost med dvema tirnicama na isti osi je treba preveriti z natančnostjo 0,02–0,05 mm na 300 mm hoda, preden stroj zaženete v uporabo.
Linearna vodila v CNC in avtomatizaciji: Referenca aplikacij
| Aplikacija | Tipična zahteva | Priporočena serija |
|---|---|---|
| CNC obdelovalni center (X/Y os) | Visoka natančnost, srednje-velika obremenitev, togost pod rezalno silo | HD serija HDR25–HDR35, srednja prednapetost |
| CNC obdelovalni center (Z os) | Kompakten, navpična obremenitev, visoka togost | Serija HD ali RD, srednja prednapetost |
| CNC usmerjevalnik / gravirni stroj | Visoka hitrost, lahka-srednja obremenitev,-stroškovno učinkovita | HD serija HDR15–HDR25, lahka prednapetost |
| Stroj za lasersko rezanje | Visoka hitrost, zelo majhna obremenitev, nizko trenje | Serija ED EDR15–EDR20, lahka prednapetost |
| Izberi{0}}in-avtomatizacijo | Visoka hitrost, kratek hod, kompakten | Serija ED, lahka prednapetost |
| Stroji za pakiranje | Visok delovni cikel, zmerna obremenitev, zaščita tesnila | Serija HD, srednja prednapetost, brisalci |
| Težki obdelovalni center / brušenje | Največja togost, velika obremenitev, majhna deformacija | Serija RD RDR25–RDR45, srednje-težka prednapetost |
| Natančno brušenje / EDM | Izjemno-visoka natančnost, občutljivost na tresljaje | Serija RD, visoka stopnja natančnosti |
| Medicinska / laboratorijska oprema | Gladko gibanje, nizka raven hrupa, kompakten | Serija ED, lahka prednapetost |
| Ravnanje s polprevodniki | Združljivost s čistimi prostori, visoka natančnost | HD ali ED serija, natančna stopnja |
Nabava linearnih vodil za OEM in serijska naročila
Za izdelovalce strojev OEM in čezmorske distributerje, ki nabavljajo linearna vodila v količini, je doslednost med serijami enako pomembna kot začetna specifikacija. Ravnost tirnice, prednapetost bloka in toleranca višine, ki se razlikujejo med proizvodnimi serijami, proizvajajo stroje z različnimi voznimi lastnostmi kljub uporabi istih številk delov.
DLY dobavlja linearna vodila serije HD, ED in RD v standardnih in visoko{0}}stopenjih natančnosti, z dolžino tirnic od 200 mm do 4000 mm in možnostmi blokov v standardnih in dolgih konfiguracijah. Na voljo so kroglični -tip (HD in ED) in valj-tip (RD) v različnih velikostih.
Za serijska naročila DLY zagotovi dimenzijske risbe, potrdila o stopnji točnosti in potrditev dobavnega časa v fazi povpraševanja. Na zahtevo so na voljo dolžine tirnic po meri, posebni mazalni priključki in ne-standardni razredi prednapetosti.
Če želite prejeti potrditev specifikacije in serijsko ponudbo, delite naslednje:
- Usmerjenost osi in dolžina giba
- Masa tovora in odmik od središčne črte vodila (če je primerno)
- Zahtevana hitrost in pospešek vozička
- Zahteva po natančnosti pozicioniranja ali ponovljivosti
- Količina na naročilo in pričakovana pogostost naročil
- Delovno okolje (temperatura, prah, hladilna tekočina, čisti prostor)
