В машините с ЦПУ и системите за автоматизация линейните направляващи релси и каретки правят много повече от направляващо движение. Те носят подвижната платформа, издържат на сили на рязане или обработка, контролират вибрациите и помагат на машината да поддържа точност при дългосрочна-работа.
Много повреди на водещи релси не са причинени от лошо качество на продукта. В реални приложения проблемът често започва от неправилна оценка на натоварването. Една релса може да изглежда достатъчно здрава на хартия, но след месеци на високо-скоростно движение, чести стартирания и спирания или неравномерно натоварване, количката може да започне да издава шум, да губи точност или да се износва много по-бързо от очакваното.
Ето защо изборът на товароносимост на линейна водеща релса и шейна не трябва да се основава само на размера на релсата. Правилният избор трябва да следва един основен принцип:
Изчислете реалното натоварване, проверете както статичния, така и динамичния капацитет и оставете достатъчно граница на безопасност за действителното работно състояние.
Това ръководство обяснява как да оцените капацитета на натоварване за CNC машини, плъзгачи за автоматизация, портални системи и друго оборудване за линейно движение.
1. Започнете с реалната движеща се маса
Първата стъпка е да се изчисли общата движеща се маса.
Това трябва да включва:
- Тегло на детайла
- Тегло на приспособлението
- Тегло на подвижната маса
- Тегло на шпиндела или главата на инструмента
- файтони
- Кабелна верига и други подвижни аксесоари
Често срещана грешка е изчисляването само на теглото на детайла. В действителното оборудване масата, приспособлението, конзолата на двигателя, кабелната верига и инструментите могат да добавят голямо натоварване.
Например, ако CNC плъзгаща се маса носи детайл от 20 kg, но подвижната маса, приспособлението и шпинделът заедно тежат още 60 kg, водещата система не носи 20 kg. Товароносим е 80 кг.
Основното вертикално натоварване е:
Fv=m × g
където:
- Fv= вертикално натоварване
- m= обща движеща се маса
- g = 9.8 m/s²
2. Помислете за скоростта и ускорението
За ниско{0}}скоростно оборудване теглото може да бъде основното натоварване. Но за CNC и системите за автоматизация ускорението често е по-важно.
Когато машина стартира, спира или променя посоката си бързо, се генерира инерционна сила:
Fa=m × a
където:
- фа= инерционна сила
- m= подвижна маса
- a= ускорение
Ето защо една лека, но високо{0}}скоростна машина-и-поставяне може да изисква по-здрава водеща система от очакваната. Статичното натоварване изглежда малко, но динамичното натоварване може да бъде голямо поради честото ускорение и забавяне.
За CNC машини, модули за автоматизация и портални системи, ускорението винаги трябва да бъде включено в изчислението на натоварването.
3. Не пренебрегвайте моментното натоварване
В много реални машини линейните колички не се повредят, защото вертикалното натоварване е твърде високо. Те се провалят, защото товарът не е центриран.
Ако центърът на тежестта е над или далеч от повърхността на водещата релса, това създава момент на преобръщане. Този момент увеличава натоварването от едната страна на шейната или върху една шейна в системата.
Това е често срещано при:
- CNC Z{0}}осни възли
- Портални рутери
- Машини за лазерно рязане
- Дървообработващи машини
- Конзолни конструкции
- Широки подвижни маси
- Единични{0}}релсови конструкции
Моментът може да се оцени като:
M = F × h
където:
- M= моментно натоварване
- F= приложена сила
- h= разстояние от центъра на тежестта до монтажната повърхност на релсата
По-широкото разстояние между релсите или по-голямото разстояние между релсите често може да подобри твърдостта по-ефективно, отколкото просто избирането на по-голям размер на релсата.
За CNC и системите за автоматизация общата и стабилна структура е: две успоредни релси с две колички на всяка релса.
Това оформление подобрява разпределението на натоварването, устойчивостта на моменти и-дългосрочната стабилност при работа.
4. Изчислете натоварването на всяка карета
След изчисляване на общия товар, следващата стъпка е да се оцени товарът, носен от всяка карета.
За основна система:
P0=Fv / n
където:
- P0= статично натоварване на каретка
- Fv= вертикално натоварване
- n= общ брой вагони
Това обаче е само теоретичното средно натоварване.
В реалните машини товарът рядко се разпределя идеално поради:
- Грешка на монтажната повърхност
- Грешка при успоредност на релсите
- Неравномерно затягане
- Структурна деформация
- Изместен център на тежестта
- Сила на рязане или външна сила
Така че действителното натоварване на един вагон може да бъде по-високо от средната стойност.
За по-реалистичен избор трябва да се вземе предвид и моментното натоварване:
P0=(Fv / n) + (M / L)
където:
L= разстояние между каретките
M= преобръщащ момент
Тази формула дава по-консервативна оценка за всеки вагон.
5. Изчислете динамично еквивалентно натоварване
При динамични условия каретата трябва да поддържа комбинацията от тегло, инерция и външна сила.
Общата динамична сила може да се оцени като:
Ft=Fv + Fa + Fe
където:
- Ft= обща динамична сила
- Fv= вертикално натоварване
- фа= инерционна сила
- Fe= външна сила, като сила на рязане или сила на процеса
Тогава динамичното натоварване на вагон може да се оцени като:
P1=(Ft / n) + (Ft × h / L)
Ако машината има променящи се натоварвания по време на различни части от хода, използвайте еквивалентно динамично натоварване:
Pm=∛[(P1³L1 + P2³L2 + …) / общо изминато разстояние]
За много стандартни приложения за автоматизация, ако товарът е относително стабилен,Pm може да се третира като P1.
6. Приложете коефициент на работното състояние
Теоретичното натоварване не е достатъчно за окончателен избор. Истинските машини имат вибрации, удари, колебания в натоварването и грешки при монтажа.
Трябва да се приложи фактор на работното състояние:
P=Ka × P1
където:
- P= коригирано динамично натоварване
- Ка= коефициент на работно състояние
- P1= изчислено динамично натоварване на каретката
Типични референтни стойности:
| Работно състояние | Препоръчва се Ka |
|---|---|
| Плавно движение с ниска{0}}скорост | 1.0–1.2 |
| Общо оборудване за автоматизация | 1.2–1.5 |
| CNC машина или система за често стартиране-спиране | 1.5–2.0 |
| Силен удар или тежко рязане | 2.0–3.0 |
7. Проверете статичния коефициент на безопасност
Статично натоварванеC0се използва за проверка дали вагонът и релсата могат да издържат на трайна деформация при натоварване.
Коефициентът на статична безопасност е:
S0 = C0 / P0
където:
- S0= статичен фактор на безопасност
- C0= номинално основно статично натоварване
- P0= статично натоварване на каретка
Препоръчителни стойности:
| Приложение | Препоръчва се S0 |
|---|---|
| Общо оборудване за автоматизация | По-голямо или равно на 1,5 |
| CNC машина или система за прецизна автоматизация | По-голямо или равно на 2,0 |
| Силно натоварване или състояние на удар | По-голямо или равно на 3,0 |
Ако статичният коефициент на безопасност е твърде нисък, релсата или пътеката на каретата може да развият трайна вдлъбнатина. След като това се случи, системата може да загуби плавност и точност, дори ако смазването се подобри по-късно.
8. Проверете Dynamic Service Life
Динамично ниво на натоварванеCсе използва за оценка на експлоатационния живот.
За линейни водачи-тип топка:
L=(C / P)³ × 100 000 км
За линейни водачи-от тип ролки:
L=(C / P)^(10/3) × 100 000 km
където:
- L= номинален експлоатационен живот
- C= основна динамична товароносимост
- P= коригирано динамично натоварване
Изчисленият живот трябва да е по-висок от целевия живот на оборудването.
Типична справка:
| Тип оборудване | Общ целеви живот |
|---|---|
| Общо оборудване за автоматизация | 5 000–10 000 км |
| CNC машини | 10 000–30 000 км |
| Оборудване с-тежък или висок{1}}натоварен- цикъл | Изисква се по-висока граница на безопасност |
Тъй като животът на водача е силно чувствителен към натоварването, малко увеличение на действителния товар може значително да намали експлоатационния живот. Ето защо изборът на „само достатъчно“ често е рискован за оборудване с непрекъсната работа.
9. Практически стъпки за избор
Практическият процес на подбор може да бъде:
- Изчислете общата движеща се маса.
- Потвърдете максималната скорост и ускорение.
- Измерете отместването на центъра на тежестта и разстоянието между каретките.
- Изчислете статичното натоварване на вагон.
- Изчислете динамичното натоварване на вагон.
- Приложете фактора на работното състояние.
- Изберете предварителен размер на водещата релса от каталога на производителя.
- Проверете статичния коефициент на безопасност.
- Проверете динамичния експлоатационен живот.
- Увеличете размера на релсата или количеството количка, ако резултатът не е достатъчен.
За CNC и системи за автоматизация обикновено е по-безопасно да се провери капацитета на натоварване въз основа на най-взискателните работни условия, а не на средното състояние.
10. Предложения за избор за общи приложения
| Приложение | Работно състояние | Препоръчителен тип ръководство | Размер на Common Rail |
|---|---|---|---|
| Лека автоматизация, инспекционно оборудване, малки манипулационни единици | Ниска скорост, леко натоварване | Линеен водач-тип топка | 15 / 20 |
| Опаковъчна машина, лазерно оборудване, стандартен плъзгач за автоматизация | Средна скорост, умерено натоварване | Линеен водач-тип топка | 20 / 25 |
| CNC рутер, фреза, дървообработваща машина | Сила на рязане, вибрации, често движение | Водач тип-топка или{1}}валяк | 25 / 30 / 35 |
| Портална машина, високо{0}}скоростна прецизна автоматизация | Високо ускорение, моментно натоварване | Предпочита се ролков{0}}водач | 35 / 45 |
| Тежко{0}}цифрово или ударно оборудване | Силен товар, силна вибрация | Ролков{0}}водач | 45 / 55 |
Тези стойности са само практически ориентири. Окончателният избор трябва винаги да се проверява спрямо действителното натоварване, експлоатационния живот и данните от каталога на производителя.
11. Таблица за изчисляване на капацитета на натоварване
| Артикул | Символ | единица | Стойност |
|---|---|---|---|
| Подвижна маса | m | кг | |
| Максимално ускорение | a | m/s² | |
| Изместване на центъра на тежестта | h | мм | |
| Разстояние между каретките | L | мм | |
| Брой релси | - | бр | |
| Вагони на релса | - | бр | |
| Общ брой вагони | n | бр | |
| Външна сила / сила на рязане | Fe | N | |
| Фактор на работното състояние | Ка | - | |
| Целеви L10 живот | L | км | |
| Вертикално натоварване | Fv | N | m × 9.8 |
| Инерционна сила | фа | N | m × a |
| Обща динамична сила | Ft | N | Fv + Fa + Fe |
| Статично натоварване на вагон | P0 | N | (Fv / n) + (M / L) |
| Динамично натоварване на вагон | P1 | N | (Ft / n) + (Ft × h / L) |
| Коригирано динамично натоварване | P | N | Ka × P1 |
| Изисквано статично натоварване | C0 | N | P0 × коефициент на безопасност |
| Необходима динамична товароносимост | C | N | Въз основа на целевия живот |
| Препоръчителен размер на релсата | - | - |
12. Често срещани грешки при избора
Само изчисляване на теглото на детайла
Водещата система носи цялата подвижна структура, а не само детайла. Масата, приспособлението, шпинделът, каретката и теглото на кабелната верига трябва да бъдат включени.
Игнориране на моментното натоварване
Един водач може да има достатъчна вертикална товароносимост, но все пак да се повреди поради момента на преобръщане. Това е особено често срещано при Z-ос и конзолни конструкции.
Използване на твърде малък коефициент на безопасност
Релса, която работи по време на тестване, все още може да се повреди след дълго-производство. Прецизното оборудване и CNC системите изискват достатъчен запас на безопасност.
Игнориране на ускорението
Високо{0}}системите за автоматизация може да имат ниско статично натоварване, но високо динамично натоварване. Трябва да се има предвид честото ускоряване и забавяне.
Избор само по ширина на релсата
25 mm релса от една серия може да няма същата товароносимост като друга 25 mm релса. Винаги проверявайте динамичното натоварване, статичното натоварване и момента от каталога.
Заключение
Избор на товароносимост на aлинейна направляваща релса и шейназа CNC и системи за автоматизация не е просто въпрос на избор на по-голяма релса. Надеждният избор трябва да се основава на реална движеща се маса, ускорение, посока на натоварване, моментно натоварване, работно състояние, статичен коефициент на безопасност и динамичен експлоатационен живот.
За системи за лека автоматизация може да е достатъчен стандартен водач от-тип топка. За машини с ЦПУ, портални системи, високо-скоростни модули или тежки приложения за рязане се изисква по-висока твърдост, по-добра устойчивост на моменти и по-големи запаси на безопасност.
Добре-подбраната линейна водеща система помага на машината да работи гладко, да поддържа точност, да намали проблемите с поддръжката и да постигне по-дълъг експлоатационен живот. За най-добри резултати крайният избор винаги трябва да се проверява с каталожните данни на производителя и действителните работни условия на оборудването.
С над 20 години опит в производството, DLY осигурява линейни направляващи релси и каретки за машини с ЦПУ, оборудване за автоматизация и промишлени системи за движение. От стандартни сферични-тип водачи до тежко-натоварващи ролкови водачи, DLY поддържа глобални дистрибутори, OEM производители и производители на машини със стабилно качество, фабрично-директни доставки и инженерна поддръжка.
Свържете се с DLYза поддръжка при изчисляване на товара, препоръки за размер на релсата и-директни фабрични решения за CNC и системи за автоматизация.
