Runde styreskinner VS Firkantede styreskinner til CNC-fræsere

CNC lineær skinnesæt

Lineære styreskinner (CNC lineær skinnesæt) kommer i 2 typer, runde styreskinner og firkantede styreskinner. Runde styreskinner stammer fra 1. men giver ikke den præcision, der tilbydes af firkantede styreskinnekomponenter. Den runde styreskinne er dog den foretrukne styreskinne til lodrette bevægelser med stor belastning. Applikationen vil diktere, hvilken type lineære styreskinner der skal bruges. Kriterierne for at vælge den ene frem for den anden er ikke anderledes end at vælge enhver anden CNC router komponent, specificere designet, definere systemmål og arbejde ud fra tidligere succeser og fejl. Men enhver, der mangler erfaring, kan begå simple fejl. Det bedste sted at starte er at lære de grundlæggende kvaliteter af hver type og anvende dem, der er mest relevante for applikationen.

Rund styreskinneteknologi er blevet finpudset til næsten perfektion i løbet af de sidste 60 år, og firkantede styreskinner har været omkring respektable 35. De fleste af de iboende designproblemer er for længst blevet løst, og materialerne er forbedret dramatisk. De fleste problemer opstår som følge af misbrug og forkert anvendelse. Og hovedårsagerne til forkert anvendelse kommer ofte fra en personlig skævhed eller fordom, en fejlberegning eller en æstetisk bedømmelse. Det vil sige, at en relativt lille lineær profilskinne måske passer fint til belastningen, hastigheden og alle andre krav. Men når den er monteret på CNC-routeren, kan et kræsne øje konkludere, at den ser svag ud og bestemt underdimensioneret.

En type lineær kuglebøsning er ikke nødvendigvis nemmere at bruge end en anden. Valget afhænger helt af den specifikke anvendelse. Generelt kan en bestemt firkantskinnekomponent koste mere end runden, men andre krav, herunder systemomkostninger, bør imødekommes. Disse elementer inkluderer som minimum udgifter til klargøring af CNC-fræseren eller anden monteringsoverflade, så den passer til skinnesystemet, den nødvendige positioneringsnøjagtighed og den tilgængelige plads til det lineære skinneundersystem.

Men før du binder blyant til papir eller mus til pad, skal du vælge enten en firkantet eller rund skinne. Når applikationen ser ud til at kunne gå begge veje, skal du køre foreløbige beregninger på de mest kritiske kvaliteter og skal sikre dig, at intet overses.

Runde styreskinner

Før fremkomsten af ​​firkantede styreskinner forventedes runde styreskinner at tilfredsstille enhver lineær bevægelseskontrolsituation. Og i mange år gjorde de det beundringsværdigt. Men da brugere af CNC-fræserværktøj krævede tættere tolerancer for visse job, favoriserede CNC-fræserproducenter den klassiske metode til fræsning og skrabning. Runde styreskinner blev brugt til perifert udstyr, når de ikke kunne opfylde tolerancekravene.

Dette gjorde ikke runde styreskinner mindre værdifulde eller forældede. Deres fordele opvejer fortsat deres ulemper. Runde styreskinner er generelt billigere end firkantede styreskinner, men det bør ikke være det primære kriterium for nogen anvendelse. En firkantet skinne kan faktisk fejle, hvorimod en rund skinne kan fungere gnidningsløst og fejlfrit. For eksempel er runde styreskinner mere tilgivende over for fejljustering, dårlig parallelitet og momentbelastninger i de fleste CNC maskiner og tillade mere variation i jernbane h8 end firkantede skinnesystemer. Alligevel kan de holde en rejseligehed på 0.01-in. for 10 fod. Det lille rulleelement har også en tendens til at gøre rundskinnebevægelsen mere jævn.

For at opnå denne nøjagtighed behøver de kun støtte i enderne, selvom mange støttes på flere punkter eller langs deres fulde længde. Dette lader skinnerne krydse mellemrum uden problemer og sikkert gå fra en støtte til en anden. Når rundskinnesystemet kun kræver en aksel-skinnesamling (en aksel, en skinne eller en aksel og 2 endestøttede blokke med 4 pudeblokke) er klargøringsomkostningerne mindre end den firkantede skinne. Generelt er rundskinneinstallation relativt let og billig. Og Service og udskiftning favoriserer rundskinnen.

Firkantede styreskinner (Profilstyreskinner)

Firkantede styreskinner blev oprindeligt designet til CNC-fræserværktøjsindustrien. De erstattede integrerede vogne og veje, som er integrerede områder af CNC-fræseren. Ikke desto mindre giver nogle traditionelle vogne og veje stadig høj nøjagtighed i visse situationer.

Firkantede styreskinner er stivere og mere stive, men har brug for lige, kontinuerlig støtte med stramme krav til planhed og parallelitet; de kan ikke spænde over de mellemrum, som en rundskinne kan. Men fordi CNC-routerproducenter er vant til præcisionsforberedelse af senge, er dette ikke et problem.

Den største fordel ved firkantede styreskinner er deres høje positioneringsnøjagtighed, især nyttig ved fræsning og slibning. De holder fra 0.0002 til 0.001 in. over en længde på 10 ft, sammenlignet med 0.01 in. for runde styreskinner. De håndterer også denne præcision for en øjebliks belastning; en enkelt vogn og en enkelt skinne er bedre egnet til dette end en rund skinne. Og fordi den firkantede skinne håndterer højere belastninger med høj nøjagtighed, tolererer de fleste brugere noget mindre glathed, end de runde styreskinner tilbyder.

Selvom en enkelt profilskinneenhed kan klare en momentbelastning, anbefales det ikke altid. Der skal bruges 2 eller flere enheder til at afbalancere belastningen eller fordele vægten. En firkantet skinne kan dog passe, hvor der kræves 2 runde styreskinner. Profilskinner er også nemmere at bruge, fordi de skal bruge en eller 2 dele til et komplet system, skinnen og vognen, hvorimod rundskinnen består af et par flere dele.

Firkantede styreskinner har højere belastningsevne, defineret som mængden af ​​belastning, enheden overlever ved at rejse en specificeret afstand. For eksempel er en kapacitet på 20,000-N baseret på en 100 km vurdering. Og sliddet er minimalt, fordi skinnen ikke glider, men har rullekontakt. Square-rail levetid afhænger primært af den type miljø, den befinder sig i, korrekt smøring og vedligeholdelse. Med alt andet lige er runde styreskinner lidt mere tolerante, fordi de ikke er så tætte en pakke og ikke så følsomme over for små variationer. En firkantet skinne er mere følsom over for snavs og stød, selvom den har en højere kapacitet og modstandsdygtighed over for stød, der ikke påvirker det rullende element.

I betragtning af slidaspektet har den runde skinne også naturlige affaldsfjernende egenskaber. Firkantede skinner er skjult for direkte adgang, men afgiver ikke nødvendigvis affald. Med en flydende drivkraft påført skinnen yder en rundskinne sig bedre end en firkantskinne, fordi den firkantede skinne kan trække op på nogle af løbsarealerne, hvorimod rundskinnen har færre tendenser til optræk.

Vælg en type skinne, der skal bruges, før du starter CNC-fræserens komponentlayout. Monteringsarmaturer er radikalt forskellige mellem runde og firkantede styreskinner, og området, hvor der skal arbejdes, varierer, ligesom belastningsværdien for den fysiske størrelse. Hvis det ikke lykkes senere, er det nemmere at skifte fra et mærke firkantet skinne til et andet end at skifte fra en firkantet til en rund skinne. Alle producenter følger standarder, der tillader en vis grad af udskiftelighed inden for en type.

Effektiviteten kan nås fra 2 vinkler. Den ene omhandler modstandskoefficienten for friktion; mindre friktion betyder lavere inputenergi. Rundskinnemodstanden er lidt lavere, og dens handling er mere jævn end en profilskinne. Men de, der bruger firkantede styreskinner, giver jævnligt nok strøm til at køre skinnerne tilstrækkeligt godt. Nogle overvejer også effektivitet ud fra den samlede konvolut eller størrelse. Den mindre profilskinne tilbyder en mindre pakke til højere belastninger.

Stødbelastning, som ved en øjeblikkelig stødbelastning, påvirker alle lejer. Firkantede styreskinner kan klare en tungere belastning end en lille enhed, så stødet er mere en slagkraft. Men i alle tilfælde er skinnen skaleret til kapaciteten af ​​den normale belastning, ikke en stødbelastning. Der er ingen signifikant forskel, bortset fra at i tunge maskiner er et stød mere skadeligt, bare på grund af den rene masse.

Firkantede styreskinner kommer med nogle kritiske miljømæssige nedsættelser, som typisk findes i producentens håndbog eller designguide. Desværre overvejer designere ikke deratingfaktorer ofte nok i de begyndende designfaser for hverken runde eller firkantede styreskinner. For eksempel er standard duty-cycle ratingen i USA 2 millioner in. eller 50 km og 100 km eller 4 millioner in. for det europæiske marked. Ofte anbefaler standarderne, at et skinnesystem ikke anvendes ud over enten 25 eller 50% af den nominelle kapacitet.

Det er i kataloget

De fleste kataloger for lineære rulle- og kuglestyr indeholder applikations- og ingeniøroplysninger til dimensionering og installation. Disse parametre er nødvendige for at bestemme de dynamiske belastnings- og momentværdier og de statiske belastnings- og momentkapaciteter, som inkluderer hældning, rulning og krøjning. Kataloger inkluderer også grafer og ligninger til bestemmelse af lejets vandringslevetid ud fra den dynamiske belastningsværdi og anvendte dynamiske belastningsinputparametre. Hver lineær rulle- eller kuglelejestyr har unikke specifikationer for hastighed, acceleration, tolerancer, forspænding og temperaturområde.

Den mest kritiske parameter for profilguider er at køre parallelisme, som er i flere mikrometer-området. Medmindre de følges nøje, binder lejerne eller slides for tidligt. For at forhindre sådanne problemer dækker installationsvejledninger omhyggeligt emnet for forberedelse af monteringsoverfladen, monteringstolerancer og skinneparallelisme. Installationsdata omfatter også lodret forskydning af skinner, lodret og sideværts vognforskydning, monteringshulstolerancer, boltemoment og stødsamlinger.

Runde lineære kuglebøsninger kræver de samme overvejelser som profilskinner, plus nogle få. Polære grafer illustrerer den dynamiske lastkapacitet, og grafer viser lastens levetid. Den lave friktionskoefficient på 0.001 og selvjusterende specifikationer givet til runde styreskinner eliminerer behovet for de deratingfaktorer, der almindeligvis tildeles profilskinner.

Applikationer

Mens firkantede lineære styreskinner engang kostede mange gange mere end rund teknologi på grund af de omfattende slibekrav, der ligger i designet, har nye fremstillingsteknikker og stordriftsfordele tilskyndet ingeniører til at underholde brugen af ​​firkantede styreskinner i et bredere anvendelsesområde. Firkantede lineære styreskinner kan nu findes i mange af de samme applikationer, som engang kun blev understøttet af runde styreskinner.

De fleste applikationer kan bruge enten runde eller firkantede styreskinner. Men nogle skinner udskiftes med den anden type, fordi førstnævnte ikke virker. Sådan var det i en hospitals-patientseng, hvor designeren startede med en firkantet skinne til aksial bevægelse. Men forsamlingen ville binde; den kunne ikke bevæge sig frit, medmindre monteringsboltene blev løsnet for at tillade en vridningsbevægelse. Sengerammen var simpelthen ikke stiv nok. Den firkantede skinne skulle udskiftes med den selvjusterende rundskinne.

En anden applikation, der lider af et lignende problem, var en firkantet skinne monteret på en metalplade i en salgsautomat. Skinnen virkede ikke, fordi pladebeslaget ikke var stiv nok. Nogle gange gentager designere fejl, når de ser på det samme problem i et andet lys. En ingeniør, der er fortrolig med runde styreskinner, kan have tendens til at holde fast i dem, uanset applikationens behov for højere nøjagtighed. Men de fleste applikationer har ikke brug for den firkantede skinnenøjagtighed. De bør se på hele systemomkostningerne, ikke kun komponentomkostningerne. Og det betyder, at kravene til alle perifere enheder og udvidede problemer skal indarbejdes.

Belastnings-/levetid-grafen for rundskinnen angiver den begrænsende belastning for et givet kuglebøsningsleje. Indtast skemaet med den maksimale belastning af det hårdest belastede leje og den nødvendige levetid og find, hvor de 2 linjer skærer hinanden. Området gennem eller over og til højre for krydset angiver de bedst egnede lejer.

Lejets orientering eller retningen af ​​påført belastning bestemmer den dynamiske belastningskapacitet af et kuglebøsningsleje. Korrektionsfaktoren findes ud fra retningen af ​​den påførte belastning i forhold til orienteringen af ​​lejekuglebanerne vist i den polære graf. For at bestemme belastningskapaciteten ganges korrektionsfaktoren K med den dynamiske belastningskapacitet for den specifikke enhed.

Firkantede styreskinner kan udkonkurrere runde styreskinner under specifikke omstændigheder, der kræver højere stivhed og mere kompakthed med hensyn til belastningskapacitet i forhold til størrelse. Generelt giver profilstyreskinner højere belastningskapacitet, nøjagtighed og stivhed og en længere forventet levetid.

Firkantede styreskinner skal have ekstremt parallelle overflader for at forhindre binding og overdreven slid. De har en tendens til at antage formen af ​​monteringsoverfladen, hvilket gør streng overholdelse af parallelitetsspecifikationerne nødvendig.

Runde styreskinner vs firkantede styreskinner med et blik