Kako izbrati linearno vodilo in nosilnost vozička za CNC in sisteme avtomatizacije

V CNC strojih in sistemih avtomatizacije linearne vodilne tirnice in vozički naredijo veliko več kot vodilno gibanje. Nosijo premikajočo se ploščad, upirajo se rezalnim ali obdelovalnim silam, nadzorujejo vibracije in pomagajo stroju ohranjati natančnost pri dolgotrajnem-delovanju.

Številne okvare vodila niso posledica slabe kakovosti izdelka. V resničnih aplikacijah se težava pogosto začne z napačno oceno obremenitve. Tirnica je na papirju morda videti dovolj močna, toda po mesecih premikanja z visoko-hitrostjo, pogostih zagonov in ustavljanj ali neenakomerne obremenitve lahko voziček začne povzročati hrup, izgubi natančnost ali se obrabi veliko hitreje, kot je bilo pričakovano.

Zato izbira nosilnosti linearnega vodila in vozička ne sme temeljiti le na velikosti tirnice. Pravilna izbira mora upoštevati eno osnovno načelo:

Izračunajte dejansko obremenitev, preverite tako statično kot dinamično nosilnost in pustite dovolj varnostne rezerve za dejansko delovno stanje.

V tem priročniku je razloženo, kako oceniti nosilnost za CNC-stroje, avtomatske drsnike, portalne sisteme in drugo opremo za linearno gibanje.

1. Začnite z resnično premikajočo se maso

Prvi korak je izračun skupne gibljive mase.

To bi moralo vključevati:

• Teža obdelovanca
• Teža napeljave
• Premična teža mize
• Teža vretena ali glave orodja
• Kočije
• Kabelska veriga in drugi gibljivi dodatki

Pogosta napaka je izračun samo teže obdelovanca. V dejanski opremi lahko miza, napeljava, nosilec motorja, kabelska veriga in orodje dodajo veliko obremenitev.

Na primer, če CNC drsna miza nosi 20 kg težek obdelovanec, vendar premična miza, vpenjalo in vreteno skupaj tehtajo dodatnih 60 kg, vodilni sistem ne nosi 20 kg. Nosi 80 kg.

Osnovna navpična obremenitev je:

Fv=m × g

kje:

• Fv= navpična obremenitev
• m= skupna gibljiva masa
• g = 9.8 m/s²

2. Upoštevajte hitrost in pospešek

Pri-hitrostni opremi je lahko teža glavna obremenitev. Toda za CNC in sisteme avtomatizacije je pospešek pogosto bolj pomemben.

Ko se stroj hitro zažene, ustavi ali spremeni smer, se ustvari vztrajnostna sila:

Fa=m × a

kje:

• Fa= vztrajnostna sila
• m= gibljiva masa
• a= pospešek

Zato lahko lahek, vendar hiter-stroj za pobiranje-in-postavljanje morda zahteva močnejši vodilni sistem od pričakovanega. Statična obremenitev je videti majhna, dinamična obremenitev pa je zaradi pogostega pospeševanja in zaviranja lahko velika.

Pri CNC strojih, modulih za avtomatizacijo in portalnih sistemih mora biti pospešek vedno vključen v izračun obremenitve.

3. Ne prezrite trenutne obremenitve

V mnogih resničnih strojih linearni vozički ne odpovejo, ker je navpična obremenitev previsoka. Ne uspejo, ker breme ni centrirano.

Če je težišče nad ali stran od površine vodilne tirnice, ustvari prevrnitveni moment. Ta trenutek poveča obremenitev na eni strani vozička ali na enem vozičku v sistemu.

To je običajno v:

• CNC sklopi osi Z-
• Portalni usmerjevalniki
• Laserski rezalni stroji
• Lesnoobdelovalni stroji
• Konzolne konstrukcije
• Široke premične mize
• Enojne{0}}zasnove tirnic

Trenutek je mogoče oceniti kot:

M = F × h

kje:

• M= trenutna obremenitev
• F= uporabljena sila
• h= razdalja od težišča do površine za pritrditev tirnice

Širši razmik med tirnicami ali daljši razmik med vozički lahko pogosto učinkoviteje izboljša togost kot preprosta izbira večje velikosti tirnic.

Za CNC in sisteme avtomatizacije je skupna in stabilna struktura: dve vzporedni tirnici z dvema vozičkoma na vsaki tirnici.

Ta postavitev izboljša porazdelitev obremenitve, odpornost na momente in-dolgoročno stabilnost pri teku.

4. Izračunajte obremenitev vsakega vozička

Po izračunu skupne obremenitve je naslednji korak ocena obremenitve, ki jo nosi vsak voziček.

Za osnovni sistem:

P0=Fv / n

kje:

• P0= statične obremenitve na voziček
• Fv= navpična obremenitev
• n= skupno število vagonov

Vendar je to le teoretična povprečna obremenitev.

Pri resničnih strojih je obremenitev le redkokdaj popolnoma porazdeljena zaradi:

• Napaka na montažni površini
• Napaka vzporednosti tirnic
• Neenakomerno zategovanje
• Strukturna deformacija
• Odmaknjeno težišče
• Rezalna sila ali zunanja sila

Tako je lahko dejanska obremenitev enega vozička višja od povprečne vrednosti.

Za bolj realistično izbiro je treba upoštevati tudi momentno obremenitev:

P0=(Fv / n) + (M / L)

kje:

L= razmik med nosilci

M= trenutek prevračanja

Ta formula daje bolj konzervativno oceno za vsak prevoz.

5. Izračunajte ekvivalentno dinamično obremenitev

V dinamičnih pogojih mora voziček podpirati kombinacijo teže, vztrajnosti in zunanje sile.

Celotno dinamično silo je mogoče oceniti kot:

Ft=Fv + Fa + Fe

kje:

• Ft= skupna dinamična sila
• Fv= navpična obremenitev
• Fa= vztrajnostna sila
• Fe= zunanja sila, kot je rezalna sila ali procesna sila

Potem je mogoče dinamično obremenitev na voziček oceniti kot:

P1=(Ft / n) + (Ft × h / L)

Če ima stroj spreminjajoče se obremenitve med različnimi deli giba, uporabite enakovredno dinamično obremenitev:

Pm=∛[(P1³L1 + P2³L2 + …) / skupna razdalja potovanja]

Za številne standardne aplikacije avtomatizacije, če je obremenitev razmeroma stabilna,Pm lahko obravnavamo kot P1.

6. Uporabite faktor delovnih pogojev

Teoretična obremenitev ne zadošča za končno izbiro. Pravi stroji imajo vibracije, udarce, nihanje obremenitve in napake pri namestitvi.

Uporabiti je treba faktor delovnih pogojev:

P=Ka × P1

kje:

• P= popravljena dinamična obremenitev
• Ka= faktor delovnih pogojev
• P1= izračunana dinamična obremenitev vozička

Tipične referenčne vrednosti:

7. Preverite statični varnostni faktor

Stopnja statične obremenitveC0se uporablja za preverjanje, ali lahko voziček in tirnica vzdržita trajno deformacijo pod obremenitvijo.

Statični varnostni faktor je:

S0 = C0 / P0

kje:

• S0= statični varnostni faktor
• C0= osnovna statična obremenitev
• P0= statične obremenitve na voziček

Priporočene vrednosti:

Če je statični varnostni faktor prenizek, se lahko na tirnici ali vodilu vozička pojavi trajna vdolbina. Ko se to zgodi, lahko sistem izgubi gladkost in natančnost, tudi če se mazanje pozneje izboljša.

8. Preverite dinamično življenjsko dobo

Dinamična stopnja obremenitveCse uporablja za oceno življenjske dobe.

Za kroglična-linearna vodila:

L=(C / P)³ × 100.000 km

Za valjčna-linearna vodila:

L=(C / P)^(10/3) × 100.000 km

kje:

• L= ocenjena življenjska doba
• C= osnovna dinamična nosilnost
• P= popravljena dinamična obremenitev

Izračunana življenjska doba mora biti višja od ciljne življenjske dobe opreme.

Tipična referenca:

Ker je življenjska doba vodila zelo občutljiva na obremenitev, lahko majhno povečanje dejanske obremenitve močno zmanjša življenjsko dobo. Zato je izbira "ravno dovolj" pogosto tvegana za opremo za neprekinjeno delovanje.

9. Praktični koraki izbire

Praktični izbirni postopek je lahko:

1. Izračunajte skupno gibljivo maso.
2. Potrdite največjo hitrost in pospešek.
3. Izmerite odmik težišča in razmik vozička.
4. Izračunajte statično obremenitev na voziček.
5. Izračunajte dinamično obremenitev na voziček.
6. Uporabite faktor delovnih pogojev.
7. Izberite predhodno velikost vodila iz kataloga proizvajalca.
8. Preverite statični varnostni faktor.
9. Preverite dinamično življenjsko dobo.
10. Če rezultat ni zadosten, povečajte velikost tirnice ali količino vozičkov.

Za CNC in sisteme avtomatizacije je običajno varneje preveriti nosilnost na podlagi najzahtevnejšega delovnega stanja, ne povprečnega stanja.

10. Predlogi za izbiro običajnih aplikacij

Te vrednosti so samo praktične reference. Končno izbiro je treba vedno preveriti glede na dejansko obremenitev, življenjsko dobo in podatke iz kataloga proizvajalca.

11. Tabela za izračun nosilnosti

12. Pogoste napake pri izbiri

Samo izračun teže obdelovanca

Vodilni sistem nosi celotno gibljivo strukturo, ne samo obdelovanca. Vključeni morajo biti miza, vpenjalo, vreteno, voziček in teža kabelske verige.

Ignoriranje trenutne obremenitve

Vodilo ima lahko dovolj navpične nosilnosti, vendar kljub temu odpove zaradi prevrnitvenega momenta. To je še posebej pogosto pri Z-osi in konzolnih strukturah.

Uporaba premajhnega varnostnega faktorja

Tirnica, ki med preskušanjem deluje, lahko še vedno odpove po dolgotrajni -produkciji. Natančna oprema in CNC sistemi zahtevajo dovolj varnostne rezerve.

Ignoriranje pospeška

-Sistemi za avtomatizacijo visoke hitrosti imajo lahko nizko statično obremenitev, vendar veliko dinamično obremenitev. Upoštevati je treba pogosto pospeševanje in zaviranje.

Izbira samo po širini tirnice

25 mm tirnica iz ene serije morda nima enake nosilnosti kot druga 25 mm tirnica. V katalogu vedno preverite dinamično nosilnost, statično nosilnost in moment.

Zaključek

Izbira nosilnosti alinearna vodilna tirnica in vozičekza CNC in sisteme avtomatizacije ni le stvar izbire večje tirnice. Zanesljiva izbira mora temeljiti na dejanski gibljivi masi, pospešku, smeri obremenitve, momentni obremenitvi, delovnem stanju, statičnem varnostnem faktorju in dinamični življenjski dobi.

Za sisteme lahke avtomatizacije lahko zadostuje standardno vodilo v obliki krogle-. Za CNC-stroje, portalne sisteme, visoko{2}}hitrostne module ali težke rezalne aplikacije so potrebne večja togost, boljša odpornost na momente in večje varnostne rezerve.

Dobro-izbran sistem linearnega vodila pomaga, da stroj deluje gladko, ohranja natančnost, zmanjša težave pri vzdrževanju in doseže daljšo življenjsko dobo. Za najboljše rezultate je treba končno izbiro vedno preveriti s podatki iz kataloga proizvajalca in dejanskimi delovnimi pogoji opreme.

Z več kot 20-letnimi izkušnjami v proizvodnji DLY zagotavlja linearne vodilne tirnice in vozičke za CNC stroje, opremo za avtomatizacijo in industrijske sisteme gibanja. Od standardnih krogličnih-vodil do valjčnih-vodil za težke obremenitve, DLY podpira globalne distributerje, proizvajalce originalne opreme in proizvajalce strojev s stabilno kakovostjo, neposredno-tovarniško dobavo in inženirsko podporo.

Kontaktirajte DLYza podporo pri izračunu obremenitve, priporočila glede velikosti tirnic in-neposredne rešitve za CNC in sisteme avtomatizacije.

Kontaktirajte zdaj

E-pošta:dlyexport2@dlybearing.com