V CNC strojoch a automatizačných systémoch robia lineárne vodiace koľajnice a vozíky oveľa viac než len vodiaci pohyb. Nesú pohyblivú platformu, odolávajú rezným alebo procesným silám, kontrolujú vibrácie a pomáhajú stroju udržiavať presnosť počas-dlhodobej prevádzky.
Mnoho porúch vodiacich koľajníc nie je spôsobených nízkou kvalitou produktu. V reálnych aplikáciách problém často začína nesprávnym odhadom zaťaženia. Koľajnica môže na papieri vyzerať dostatočne pevná, ale po mesiacoch-pohybu vysokou rýchlosťou, častých rozjazdoch a zastavovaniach alebo nerovnomernom zaťažení môže vozík začať vydávať hluk, stratiť presnosť alebo sa opotrebovať oveľa rýchlejšie, než sa očakávalo.
Preto by výber nosnosti lineárnej vodiacej koľajnice a vozíka nemal byť založený len na veľkosti koľajníc. Správny výber by sa mal riadiť jedným základným princípom:
Vypočítajte skutočné zaťaženie, skontrolujte statickú aj dynamickú kapacitu a ponechajte dostatočnú bezpečnostnú rezervu pre skutočné pracovné podmienky.
Táto príručka vysvetľuje, ako vyhodnotiť nosnosť pre CNC stroje, automatizačné suporty, portálové systémy a iné lineárne pohybové zariadenia.
1. Začnite so Real Moving Mass
Prvým krokom je výpočet celkovej pohybujúcej sa hmotnosti.
To by malo zahŕňať:
- Hmotnosť obrobku
- Hmotnosť prípravku
- Hmotnosť pohyblivého stola
- Hmotnosť vretena alebo nástrojovej hlavy
- Vozíky
- Reťaz na káble a iné pohyblivé príslušenstvo
Častou chybou je výpočet iba hmotnosti obrobku. V skutočnom vybavení môže stôl, príslušenstvo, držiak motora, káblová reťaz a nástroje pridať veľké množstvo zaťaženia.
Napríklad, ak CNC posuvný stôl nesie 20 kg obrobok, ale pohyblivý stôl, upínač a vreteno spolu vážia ďalších 60 kg, vodiaci systém neunesie 20 kg. Unesie 80 kg.
Základné vertikálne zaťaženie je:
Fv=m × g
kde:
- Fv= vertikálne zaťaženie
- m= celková pohyblivá hmotnosť
- g = 9.8 m/s²
2. Zvážte rýchlosť a zrýchlenie
V prípade zariadení s nízkou{0}}rýchlosťou môže byť hlavnou záťažou hmotnosť. Ale pre CNC a automatizačné systémy je zrýchlenie často dôležitejšie.
Keď sa stroj spustí, zastaví alebo rýchlo zmení smer, vzniká zotrvačná sila:
Fa=m × a
kde:
- Fa= zotrvačná sila
- m= pohybujúca sa hmota
- azrýchlenie =
To je dôvod, prečo ľahký, ale vysokorýchlostný{0}}stroj na vyberanie{1}}a{2}}umiestňovanie môže vyžadovať silnejší vodiaci systém, než sa očakávalo. Statické zaťaženie vyzerá malé, ale dynamické zaťaženie môže byť vysoké kvôli častému zrýchľovaniu a spomaľovaniu.
Pri CNC strojoch, automatizačných moduloch a portálových systémoch by malo byť zrýchlenie vždy zahrnuté do výpočtu zaťaženia.
3. Neignorujte momentovú záťaž
V mnohých skutočných strojoch lineárne vozíky nezlyhajú, pretože vertikálne zaťaženie je príliš vysoké. Zlyhajú, pretože zaťaženie nie je vycentrované.
Ak je ťažisko nad povrchom vodiacej koľajnice alebo od nej, vytvára to krútiaci moment. Tento moment zvyšuje zaťaženie na jednej strane vozíka alebo na jednom vozíku v systéme.
Toto je bežné v:
- CNC zostavy osi Z{0}}
- Portálové smerovače
- Laserové rezacie stroje
- Drevoobrábacie stroje
- Konzolové konštrukcie
- Široké pohyblivé stoly
- Dizajn s jednou koľajnicou-
Moment možno odhadnúť takto:
M = F × h
kde:
- MMomentové zaťaženie =
- F= použila silu
- h= vzdialenosť od ťažiska k povrchu koľajnice
Širší rozstup koľajníc alebo dlhší rozstup koľajníc môže často zlepšiť tuhosť efektívnejšie ako jednoduchý výber väčšej veľkosti koľajníc.
Pre CNC a automatizačné systémy je spoločná a stabilná konštrukcia: dve paralelné koľajnice s dvoma vozíkmi na každej koľajnici.
Toto rozloženie zlepšuje rozloženie zaťaženia, momentovú odolnosť a dlhodobú{0}}stabilitu chodu.
4. Vypočítajte zaťaženie každého vozíka
Po výpočte celkového nákladu je ďalším krokom odhad zaťaženia každého vozíka.
Pre základný systém:
P0=Fv / n
kde:
- P0= statické zaťaženie na vozík
- Fv= vertikálne zaťaženie
- nCelkový počet vozňov: =
Ide však len o teoretickú priemernú záťaž.
V skutočných strojoch je záťaž zriedkavo rozložená dokonale, pretože:
- Chyba montážneho povrchu
- Chyba paralelizmu koľajníc
- Nerovnomerné utiahnutie
- Štrukturálna deformácia
- Posunuté ťažisko
- Rezná sila alebo vonkajšia sila
Takže skutočné zaťaženie jedného vozíka môže byť vyššie ako priemerná hodnota.
Pre realistickejší výber by sa malo zvážiť aj momentové zaťaženie:
P0=(Fv / n) + (M / L)
kde:
L= medzera medzi vozíkmi
M= moment prevrátenia
Tento vzorec poskytuje konzervatívnejší odhad pre každý vozeň.
5. Vypočítajte dynamické ekvivalentné zaťaženie
V dynamických podmienkach musí vozík podporovať kombináciu hmotnosti, zotrvačnosti a vonkajšej sily.
Celková dynamická sila sa dá odhadnúť ako:
Ft=Fv + Fa + Fe
kde:
- Ft= celková dynamická sila
- Fv= vertikálne zaťaženie
- Fa= zotrvačná sila
- Fe= vonkajšia sila, ako je sila rezu alebo sila procesu
Potom možno dynamické zaťaženie na vozík odhadnúť ako:
P1=(Ft / n) + (Ft × h / L)
Ak má stroj meniace sa zaťaženie počas rôznych častí zdvihu, použite ekvivalentné dynamické zaťaženie:
Pm=∛[(P1³L1 + P2³L2 + …) / celková prejdená vzdialenosť]
V prípade mnohých štandardných automatizačných aplikácií, ak je zaťaženie relatívne stabilné,Pm možno považovať za P1.
6. Použite faktor pracovných podmienok
Teoretické zaťaženie na konečný výber nestačí. Skutočné stroje majú vibrácie, nárazy, kolísanie zaťaženia a chyby pri inštalácii.
Mal by sa použiť faktor pracovných podmienok:
P=Ka × P1
kde:
- P= opravené dynamické zaťaženie
- KaFaktor pracovného stavu =
- P1= vypočítané dynamické zaťaženie vozíka
Typické referenčné hodnoty:
| Pracovný stav | Odporúčaná Ka |
|---|---|
| Hladký pohyb pri nízkej{0}}rýchlosti | 1.0–1.2 |
| Všeobecné automatizačné zariadenia | 1.2–1.5 |
| CNC stroj alebo systém častého štart{0}}stop | 1.5–2.0 |
| Silný náraz alebo ťažké rezné podmienky | 2.0–3.0 |
7. Skontrolujte statický bezpečnostný faktor
Statická nosnosťC0sa používa na kontrolu, či vozík a koľajnica odolávajú trvalej deformácii pri zaťažení.
Statický bezpečnostný faktor je:
S0 = C0 / P0
kde:
- S0Statický bezpečnostný faktor =
- C0Základná statická záťaž: =
- P0= statické zaťaženie na vozík
Odporúčané hodnoty:
| Aplikácia | Odporúčané S0 |
|---|---|
| Všeobecné automatizačné zariadenia | Väčšie alebo rovné 1,5 |
| CNC stroj alebo presný automatizačný systém | Väčšie alebo rovné 2,0 |
| Stav veľkého zaťaženia alebo nárazu | Väčšie alebo rovné 3,0 |
Ak je statický bezpečnostný faktor príliš nízky, obežná dráha koľajnice alebo vozňa môže spôsobiť trvalé prehĺbenie. Akonáhle sa to stane, systém môže stratiť plynulosť a presnosť, aj keď sa mazanie neskôr zlepší.
8. Skontrolujte dynamickú životnosť
Dynamické zaťaženieCsa používa na odhad životnosti.
Lineárne vedenia guľôčkového-typu:
L=(C/P)³ × 100 000 km
Pre lineárne vodiace lišty-valčekového typu:
L=(C/P)^(10/3) × 100 000 km
kde:
- LMenovitá životnosť: =
- CZákladné hodnotenie dynamického načítania: =
- P= opravené dynamické zaťaženie
Vypočítaná životnosť by mala byť vyššia ako cieľová životnosť zariadenia.
Typická referencia:
| Typ zariadenia | Spoločný cieľový život |
|---|---|
| Všeobecné automatizačné zariadenia | 5 000 – 10 000 km |
| CNC stroje | 10 000 – 30 000 km |
| Ťažké-zariadenia alebo{1}}vysokovýkonné-bicykle | Vyžaduje sa vyššia bezpečnostná rezerva |
Pretože životnosť vedenia je veľmi citlivá na zaťaženie, malé zvýšenie skutočného zaťaženia môže výrazne znížiť životnosť. To je dôvod, prečo je výber „len dostatok“ často riskantný pre zariadenia s nepretržitou prevádzkou.
9. Praktické kroky výberu
Praktický výberový proces môže byť:
- Vypočítajte celkovú pohyblivú hmotnosť.
- Potvrďte maximálnu rýchlosť a zrýchlenie.
- Zmerajte odsadenie ťažiska a rozstup vozíka.
- Vypočítajte statické zaťaženie na vozík.
- Vypočítajte dynamické zaťaženie na vozík.
- Použite faktor pracovných podmienok.
- Vyberte predbežnú veľkosť vodiacej lišty z katalógu výrobcu.
- Skontrolujte statický bezpečnostný faktor.
- Skontrolujte dynamickú životnosť.
- Ak výsledok nie je dostatočný, zväčšite veľkosť koľajnice alebo počet vozíkov.
Pri CNC a automatizačných systémoch je zvyčajne bezpečnejšie kontrolovať nosnosť na základe najnáročnejších pracovných podmienok, nie podľa priemerných podmienok.
10. Návrhy na výber bežných aplikácií
| Aplikácia | Pracovný stav | Odporúčaný typ vodidla | Veľkosť Common Rail |
|---|---|---|---|
| Ľahká automatizácia, kontrolné zariadenia, malé manipulačné jednotky | Nízka rýchlosť, nízka záťaž | Lineárne vedenie guľôčkového-typu | 15 / 20 |
| Baliaci stroj, laserové zariadenie, štandardné automatizačné sklíčko | Stredná rýchlosť, mierne zaťaženie | Lineárne vedenie guľôčkového-typu | 20 / 25 |
| CNC router, frézka, drevoobrábací stroj | Rezná sila, vibrácie, častý pohyb | Vodítko typu guľôčka-alebo valček{1}} | 25 / 30 / 35 |
| Portálový stroj,-vysokorýchlostná presná automatizácia | Vysoké zrýchlenie, momentové zaťaženie | Uprednostňuje sa vodiaca lišta-valčekového typu | 35 / 45 |
| Ťažké-zariadenia CNC alebo nárazové zariadenia | Veľké zaťaženie, silné vibrácie | Sprievodca typom-valčeka | 45 / 55 |
Tieto hodnoty sú len praktickými referenciami. Konečný výber by mal byť vždy porovnaný so skutočným zaťažením, životnosťou a katalógovými údajmi výrobcu.
11. Tabuľka výpočtu nosnosti
| Položka | Symbol | Jednotka | Hodnota |
|---|---|---|---|
| Pohyblivá hmota | m | kg | |
| Maximálne zrýchlenie | a | m/s² | |
| Odsadenie ťažiska | h | mm | |
| Rozstup vozíkov | L | mm | |
| Počet koľajníc | - | ks | |
| Vozne na koľajnicu | - | ks | |
| Celkový počet vozňov | n | ks | |
| Vonkajšia sila / rezná sila | Fe | N | |
| Faktor pracovného stavu | Ka | - | |
| Cieľová životnosť L10 | L | km | |
| Vertikálne zaťaženie | Fv | N | m × 9.8 |
| Zotrvačná sila | Fa | N | m × a |
| Celková dynamická sila | Ft | N | Fv + Fa + Fe |
| Statické zaťaženie na vozík | P0 | N | (Fv / n) + (M / L) |
| Dynamické zaťaženie na vozík | P1 | N | (Ft / n) + (Ft × h / L) |
| Opravené dynamické zaťaženie | P | N | Ka × P1 |
| Požadované statické zaťaženie | C0 | N | P0 × bezpečnostný faktor |
| Požadované dynamické zaťaženie | C | N | Na základe cieľovej životnosti |
| Odporúčaná veľkosť koľajnice | - | - |
12. Bežné chyby pri výbere
Iba výpočet hmotnosti obrobku
Vodiaci systém nesie celú pohyblivú konštrukciu, nielen obrobok. Závažie stola, upínadla, vretena, vozíka a lanovej reťaze by malo byť zahrnuté.
Ignorovanie momentového zaťaženia
Vedenie môže mať dostatočnú vertikálnu nosnosť, ale stále zlyhá v dôsledku momentu prevrátenia. Toto je bežné najmä pri konštrukciách osi Z{1}} a konzolových konštrukciách.
Použitie príliš malého bezpečnostného faktora
Koľajnica, ktorá funguje počas testovania, môže zlyhať aj po-dlhodobej výrobe. Presné zariadenia a CNC systémy vyžadujú dostatočnú bezpečnostnú rezervu.
Ignorovanie zrýchlenia
Vysoko{0}}rýchlostné automatizačné systémy môžu mať nízke statické zaťaženie, ale vysoké dynamické zaťaženie. Treba zvážiť časté zrýchľovanie a spomaľovanie.
Výber len podľa šírky koľajnice
25 mm koľajnica z jednej série nemusí mať rovnakú nosnosť ako iná 25 mm koľajnica. Vždy skontrolujte dynamické zaťaženie, statické zaťaženie a momentové zaťaženie z katalógu.
Záver
Výber nosnosti alineárna vodiaca koľajnica a vozíkpre CNC a automatizačné systémy nie je len otázkou výberu väčšej koľajnice. Spoľahlivý výber by mal byť založený na skutočnej pohybujúcej sa hmotnosti, zrýchlení, smere zaťaženia, momentovom zaťažení, prevádzkových podmienkach, statickom bezpečnostnom faktore a dynamickej životnosti.
Pre ľahké automatizačné systémy môže postačovať štandardný guľový{0}typ vodidla. Pre CNC stroje, portálové systémy, vysoko-rýchlostné moduly alebo náročné rezacie aplikácie sa vyžaduje vyššia tuhosť, lepšia momentová odolnosť a väčšie bezpečnostné rezervy.
Dobre{0}}zvolený lineárny vodiaci systém pomáha stroju bežať hladko, udržiavať presnosť, znižovať problémy s údržbou a dosahovať dlhšiu životnosť. Pre dosiahnutie najlepších výsledkov by mal byť konečný výber vždy overený podľa katalógových údajov výrobcu a skutočných pracovných podmienok zariadenia.
S viac ako 20-ročnými výrobnými skúsenosťami poskytuje DLY lineárne vodiace koľajnice a vozíky pre CNC stroje, automatizačné zariadenia a priemyselné pohybové systémy. Od štandardných guľôčkových -vodidiel až po valčekové vedenia s ťažkým{3}}záťažom, DLY podporuje globálnych distribútorov, OEM a výrobcov strojov stabilnou kvalitou, priamou{4}}dodávkou z výroby a technickou podporou.
Kontaktujte DLYna podporu výpočtu zaťaženia, odporúčania veľkosti koľajníc a{0}}priame riešenia pre CNC a automatizačné systémy.
