Le macchine CNC e le macchine industriali in genere non utilizzano necessariamente due categorie completamente diverse di guide lineari. In molti casi, la stessa serie di guide lineari può essere utilizzata in un centro di lavoro, una macchina per l'imballaggio, un dispositivo di ispezione o un sistema di movimentazione automatizzato.
Ciò che cambia è la specifica selezionata per l'applicazione. Un asse di taglio CNC può richiedere una maggiore rigidità, una maggiore capacità di carico del momento, un precarico adeguato e una precisione di installazione più rigorosa. Un asse di automazione generale può porre maggiormente l'accento su bassa resistenza al movimento, dimensioni compatte, elevata accelerazione e lunga durata della corsa.
La guida dovrebbe quindi essere scelta in base alla forza effettiva, alla deflessione, alla precisione, alla velocità, al ciclo di lavoro, alla struttura di montaggio e all'ambiente, non semplicemente a seconda che la macchina sia chiamata macchina CNC o macchina generica.
Non esiste una guida lineare universale "solo CNC".
Una guida lineare profilata è costituita da una rotaia, uno o più pattini di guida, sfere o rulli circolari, guarnizioni e un sistema di lubrificazione. La stessa struttura di base viene utilizzata in molti tipi di apparecchiature industriali.
Ad esempio, una guida a sfere per carichi pesanti può essere utilizzata su una fresatrice CNC, un robot a portale o una grande catena di montaggio automatizzata. Una guida a basso profilo può essere utilizzata su apparecchiature di automazione compatte, ma può anche essere installata su un asse CNC dove l'altezza di montaggio disponibile è limitata.
La domanda importante non è:
Le domande utili sono:
- Quali forze e momenti agiscono su ciascun blocco guida?
- Quanta deformazione elastica può tollerare la macchina?
- Quale precisione di corsa e stabilità di posizionamento sono necessarie?
- Quale velocità, accelerazione e ciclo di lavoro utilizzerà l'asse?
- Quale configurazione di precarico e tenuta è appropriata?
- La base della macchina e il processo di installazione possono supportare il grado di precisione selezionato?
Una guida a basso profilo non è limitata ai macchinari generali. La sua idoneità dipende dal carico, dalla rigidità, dalla precisione, dalla velocità e dall'altezza di installazione disponibile.
Principali differenze nelle priorità di selezione
| Fattore di selezione | Asse macchina CNC | Macchina industriale generale |
|---|---|---|
| Obiettivo primario | Mantenere la precisione e la rigidità della lavorazione sotto la forza di taglio o rettifica | Dipende dalla macchina: velocità, scorrevolezza, compattezza, costo, durata o stabilità di posizionamento |
| Forza esterna | Forza di taglio, forza di rettifica, reazione dell'utensile, peso della tavola e carico di accelerazione | Peso del carico utile, forza di accelerazione, forza di pressione, tensione della cinghia o forza di movimentazione |
| Rigidità | Spesso una priorità importante perché la deflessione può influire sulle dimensioni della parte e sulla finitura superficiale | Può essere moderato o elevato a seconda dei requisiti di posizionamento, ispezione e assemblaggio |
| Grado di precisione | Selezionato in base alla precisione della lavorazione, alla geometria e ai requisiti delle rotaie abbinate | Può variare dalla normale precisione industriale alla precisione di ispezione ultraprecisa |
| Precarica | Spesso selezionato per migliorare la rigidità e la resistenza alle vibrazioni | Spesso selezionato per bilanciare scorrevolezza, forza motrice, precisione e rigidità |
| Velocità e accelerazione | La traslazione rapida può essere veloce, ma l'avanzamento di taglio può essere molto più lento | Gli assi di confezionamento e di prelievo e posizionamento possono accelerare e invertire più frequentemente rispetto agli assi CNC |
| Ambiente | Trucioli metallici, refrigerante, particelle abrasive, nebbia d'olio e calore da taglio | Può essere pulito, polveroso, bagnato, destinato alla lavorazione degli alimenti, ad alta temperatura o esposto a sostanze chimiche |
| Installazione | Solitamente richiede superfici di riferimento accuratamente lavorate e un allineamento controllato delle rotaie | I requisiti dipendono dalla precisione e dal precarico reali della macchina, non dall'etichetta dell'applicazione |
Il grado di precisione non è lo stesso della precisione della macchina finale
La precisione della guida lineare comprende normalmente le tolleranze dimensionali e il parallelismo di scorrimento del carrello rispetto alle superfici di riferimento della rotaia.
Le guide lineari a sfere DLY possono essere fornite in diversi gradi di precisione, tra cui H, P, SP e UP a seconda della serie selezionata e dei requisiti di progetto.
La scelta di una qualità superiore può ridurre gli errori dimensionali e di corsa legati alla guida, ma non garantisce che l'intera macchina CNC o il sistema di automazione raggiunga la stessa precisione di posizionamento.
La precisione finale della macchina dipende anche da:
- Planarità e rettilineità del basamento della macchina
- Parallelismo tra due rotaie
- Perpendicolarità tra gli assi X, Y e Z
- Precisione del passo della vite a ricircolo di sfere e rigidità del supporto assiale
- Servocontrollo e feedback dell'encoder
- Dilatazione termica della struttura della macchina
- Deformazione del piano di lavoro e del mandrino
- Metodi di installazione, serraggio e ispezione
Per una spiegazione dettagliata dei gradi di precisione e delle tolleranze di corsa, vedereCosa significa realmente la precisione della guida lineare?
La selezione CNC di solito pone maggiormente l'accento sulla rigidità
In una macchina CNC, la guida deve supportare la struttura mobile resistendo al tempo stesso alla forza di taglio, alla reazione dell'utensile e alle vibrazioni.
La capacità di carico indicata nel catalogo è importante, ma la capacità di carico da sola non descrive quanto si deformerà il sistema di guida. La rigidità descrive la relazione tra la forza applicata e lo spostamento elastico:
- k= rigidezza del sistema
- F= forza applicata
- δ= spostamento elastico sotto quella forza
Se due sistemi di guida possono entrambi sostenere il carico in modo sicuro ma uno si flette meno sotto la stessa forza di taglio, il sistema più rigido può fornire una migliore stabilità di lavorazione.
Questo è uno dei motivi per cui le guide a rulli vengono spesso prese in considerazione per le lavorazioni pesanti. I rulli cilindrici forniscono un contatto lineare con la pista e possono offrire una maggiore rigidità e una minore deformazione elastica rispetto ad una struttura comparabile di tipo sferico.
Tuttavia, non tutte le macchine CNC necessitano di una guida a rulli. I router CNC, le macchine per incisione, le macchine laser e le apparecchiature per il taglio leggero possono utilizzare una guida a sfere di dimensioni adeguate quando la sua capacità di carico, rigidità e durata soddisfano i requisiti di progettazione.
L'automazione generale può avere requisiti dinamici più elevati
Non è corretto presumere che tutte le macchine CNC funzionino più velocemente delle apparecchiature industriali generali.
Un centro di lavoro può utilizzare un movimento rapido rapido ma una velocità di avanzamento molto più lenta durante il taglio. In confronto, una macchina per l’imballaggio, lo smistamento o il pick-and-place può accelerare, fermarsi e invertire la direzione centinaia o migliaia di volte durante un turno di produzione.
La forza d'inerzia generata durante l'accelerazione è:
- F= forza d'inerzia in newton
- M= massa totale in movimento in chilogrammi
- UN= accelerazione in metri al secondo quadrato
Un asse di automazione leggero può avere un carico statico inferiore rispetto a una tavola CNC, ma crea comunque carichi di inerzia ripetuti, forze di inversione e corsa accumulata elevata.
Per tali apparecchiature, una massa in movimento ridotta, una circolazione regolare, una lubrificazione adeguata e un precarico correttamente selezionato possono essere più importanti della scelta della guida con la massima rigidità possibile.
Il caricamento del momento e la disposizione dei blocchi sono importanti in entrambe le macchine
I carichi della macchina raramente agiscono direttamente attraverso il centro del sistema di guida. Un utensile da taglio, un mandrino, un braccio robotico, una telecamera di ispezione o un pezzo in lavorazione possono essere posizionati sopra o accanto ai blocchi di guida.
Una forza sfalsata produce un momento:
- M= momento di carico
- F= forza applicata
- H= distanza perpendicolare dalla forza al sistema di guida
Il carico sul blocco più pesantemente caricato può essere molto superiore al semplice carico totale della macchina diviso per il numero di blocchi.
Aumentando la distanza tra due rotaie o tra due blocchi è possibile migliorare la resistenza al momento e ridurre la concentrazione del carico. In molti progetti, migliorare la disposizione delle guide è più efficace che aumentare semplicemente la larghezza della rotaia.
L'uso di due blocchi con una spaziatura adeguata può aumentare la resistenza al momento di beccheggio e imbardata. Per ogni blocco è comunque necessario calcolare il carico effettivo.
Guide a sfere vs Guide a rulli
La scelta tra una guida a sfere e una a rulli dovrebbe basarsi principalmente su carico, rigidità, deformazione, velocità, qualità di installazione e costo.
| Confronto | Guida a sfera | Guida a rulli |
|---|---|---|
| Elemento rotolante | Sfere d'acciaio | Rulli cilindrici |
| Modulo di contatto | Area di contatto puntiforme o ellittica piccola sotto carico | Area di contatto della linea più lunga |
| Punto di forza principale | Movimento fluido, prestazioni versatili, alta velocità e selezione conveniente | Maggiore rigidità, capacità di carico pesante e minore deformazione elastica |
| Utilizzo tipico del CNC | Pantografi CNC, macchine laser, centri di lavoro standard e taglio medio-leggero | Centri di lavoro pesanti, rettificatrici di grandi dimensioni, frese a portale e assi ad alta rigidità |
| Tipico uso generale | Automazione, imballaggio, movimentazione, robot, ispezione e assemblaggio | Pressatura pesante, formatura, sistemi di movimentazione di grandi dimensioni e attrezzature ad alto momento |
| Sensibilità di installazione | Dipende dalle dimensioni e dal precarico; di solito offre un certo assorbimento degli errori di installazione | L'elevata rigidità rende particolarmente importanti le superfici di montaggio e l'allineamento accurati |
I requisiti di precarico sono diversi
Il precarico crea una forza interna tra gli elementi volventi e le piste prima che venga applicato un carico di lavoro esterno.
Un precarico adeguato può ridurre il gioco interno, aumentare la rigidità e migliorare la stabilità del movimento durante il taglio, la pressatura, l'accelerazione o l'inversione di direzione.
Un precarico maggiore aumenta anche:
- Resistenza alla corsa
- Forza motrice richiesta
- Generazione di calore
- Sensibilità agli errori della superficie di montaggio
- Carico interno utilizzato nei calcoli della durata di servizio
| Condizione di applicazione | Direzione di selezione del precarico |
|---|---|
| Automazione ad alta velocità per carichi leggeri | Preferire una bassa resistenza allo scorrimento a meno che la struttura della macchina non richieda una maggiore rigidità |
| Asse di taglio CNC standard | Bilancia rigidità, controllo delle vibrazioni, forza motrice e durata della guida |
| Lavorazioni pesanti o rettifica | È possibile prendere in considerazione un precarico maggiore dopo aver controllato la rigidità della base, l'allineamento e la capacità del motore |
| Attrezzature per ispezioni di precisione | Utilizzare solo il precarico sufficiente a mantenere la stabilità del posizionamento senza creare calore inutile o disturbi al servo |
Per i livelli di precarico e le considerazioni sulla selezione, vedereSpiegazione del precarico della guida lineare.
La sigillatura deve corrispondere all'ambiente, non al nome della macchina
Le macchine CNC spesso generano trucioli metallici, refrigerante, particelle abrasive e nebbia d'olio. Queste condizioni possono richiedere guarnizioni terminali, guarnizioni inferiori, doppie guarnizioni, raschiatori, raschiatori metallici, coperture per fori di guida o una copertura esterna della macchina.
I macchinari generali non sono automaticamente più puliti. Macchine per la lavorazione del legno, attrezzature per il taglio della pietra, linee di lavorazione alimentare, attrezzature per la produzione di batterie e sistemi di movimentazione esterna possono esporre la guida a grave contaminazione, umidità o sostanze chimiche.
Una tenuta più forte può migliorare la protezione dalla contaminazione ma normalmente aumenta la resistenza al funzionamento. La configurazione della tenuta dovrebbe quindi essere adattata sia al rischio ambientale che alla forza motrice disponibile.
| Ambiente | Direzione della Protezione |
|---|---|
| Automazione interna pulita | Le tenute standard possono essere adeguate quando la lubrificazione e la manutenzione sono controllate |
| Taglio CNC con truciolo e refrigerante | Potrebbero essere necessari raschiatori più robusti, coperture dei fori dei bulloni e una protezione completa della macchina |
| Polvere abrasiva | Dovrebbero essere prese in considerazione la sigillatura a più stadi e una copertura esterna |
| Acqua, prodotti chimici o lavaggio | Confermare il trattamento superficiale, il materiale di tenuta e la compatibilità del lubrificante |
I requisiti di installazione potrebbero essere più importanti del grado guida
Una guida di precisione precaricata richiede una superficie di montaggio sufficientemente piana, diritta e rigida.
Se la base della macchina contiene bave, vernice, ammaccature, sedi non uniformi dei bulloni o un errore di planarità eccessivo, il serraggio della guida può costringerla a seguire l'errore della base.
In un sistema a due binari, normalmente un binario viene stabilito come binario di riferimento. La seconda rotaia viene quindi allineata parallelamente alla prima mentre il tavolo o un dispositivo di misurazione verifica la fluidità del movimento.
I controlli dell'installazione dovrebbero includere:
- Planarità e rettilineità della superficie di montaggio
- Spalle di riferimento pulite
- Rettilineità della rotaia dopo il serraggio
- Parallelismo tra due rotaie
- Consistenza ad altezza blocco sotto il tavolo assemblato
- Sequenza e coppia di serraggio dei bulloni corrette
- Tirare la forza o il carico del motore per tutta la corsa
- Precisione di funzionamento dopo che la macchina ha raggiunto la temperatura operativa
Le macchine CNC utilizzano spesso strutture più rigide in ghisa o acciaio con spalle di riferimento lavorate. Alcuni sistemi di automazione utilizzano profili in alluminio o piastre più sottili che possono deformarsi quando le guide vengono serrate. Il progetto di montaggio deve corrispondere al precarico e alla precisione della guida anziché fare affidamento sulla guida per correggere una base flessibile.
Due esempi di confronto tra selezioni
Esempio 1: tavola di fresatura CNC
Consideriamo una tavola CNC sottoposta ad una reazione di taglio di 4.000 N che agisce 250 mm sopra il piano di montaggio della guida.
Il momento risultante è:
La selezione non dovrebbe basarsi solo sul peso della tavola. Il sistema di guida deve resistere al momento di taglio, limitare lo spostamento elastico e mantenere una sicurezza statica e una durata a fatica sufficienti.
Possibile direzione di selezione:
- Due binari con spaziatura adeguata
- Due blocchi per binario con spaziatura longitudinale sufficiente
- Guida a sfere per carichi pesanti HD o guida a rulli RD a seconda della rigidità richiesta
- Precarico adeguato medio o superiore dopo aver controllato la precisione di montaggio
- Grado di precisione adeguato alla geometria della macchina
- Raschiatori e coperchi idonei per trucioli e liquido refrigerante
Esempio 2: Asse Pick-and-Place ad alta velocità
Consideriamo un asse di automazione con una massa totale in movimento di 60 kg e un'accelerazione di 8 m/s².
La forza di accelerazione è:
Questo carico può essere molto inferiore alla forza sulla tavola di un centro di lavoro, ma l'asse può invertire frequentemente la direzione e accumulare un'elevata distanza di spostamento annuale.
Possibile direzione di selezione:
- Guida a sfere ED a basso profilo o adatta HD
- Massa minima della guida e del carrello compatibile con la rigidità richiesta
- Precarico leggero o idoneo al controllo della resistenza e della temperatura
- Calcolo della durata in base alla distanza ciclabile effettiva
- Lubrificazione adatta per movimenti alternativi ad alta frequenza
- Controllo del momento in base alla pinza e al baricentro del carico utile
Direzione di selezione della serie DLY
| Serie DLY | Struttura | Direzione di selezione adatta |
|---|---|---|
| HD | Guida a sfere per carichi pesanti | Macchine CNC, apparecchiature di lavorazione, sistemi a portale e automazione che richiedono capacità di carico bilanciata, precisione e movimento fluido |
| ED | Guida a sfere a basso profilo | Strutture CNC compatte, apparecchiature per semiconduttori, sistemi di ispezione e automazione ad alta velocità con altezza di assemblaggio limitata |
| RD | Guida a rulli ad alta rigidità | Lavorazioni pesanti, rettifica, forze di taglio elevate, carichi di momenti elevati e attrezzature che richiedono una deformazione elastica inferiore |
| MD | Guida a sfere in miniatura | Strumenti compatti, piccoli dispositivi di ispezione, apparecchiature elettroniche e meccanismi di movimento leggeri |
Visualizza ilGamma di prodotti per guide lineari DLYper opzioni di guida a sfere, a basso profilo, a rulli e in miniatura.
Errori comuni di selezione
| Errore | Perché non è corretto |
|---|---|
| Selezionando il grado di precisione più elevato perché la macchina è CNC | La base della macchina, la vite, l'encoder e il gruppo potrebbero non supportare o richiedere tale qualità |
| Selezione di una guida a rulli per ogni macchina CNC | Molte applicazioni CNC possono utilizzare una guida a sfere correttamente dimensionata con costi inferiori e prestazioni adeguate |
| Supponendo che i macchinari generali possano utilizzare piste o sfere di qualità inferiore | Affidabilità, durata e movimento fluido richiedono ancora superfici di rotolamento realizzate correttamente e componenti abbinati |
| Supponendo che le guide a basso profilo siano solo per macchine leggere | Il profilo basso descrive la geometria dell'assieme; la capacità effettiva dipende dal modello, dalla dimensione e dalla disposizione dei blocchi |
| Dividere equamente il carico totale tra tutti i blocchi | Carichi e momenti sfalsati possono far sì che un blocco sostenga un carico molto maggiore |
| Scelta del precarico più alto | Un precarico eccessivo aumenta la resistenza, il calore, la sensibilità dell'installazione e il carico interno |
| Ignorando la struttura di montaggio | Una base flessibile, irregolare o disallineata può impedire il corretto funzionamento di una guida di precisione |
Informazioni necessarie per una corretta selezione
Per selezionare una guida per macchinari CNC o generali, fornire la condizione operativa completa.
- Tipo di macchina e funzione dell'asse
- Massa in movimento
- Forza di taglio, pressatura o processo
- Baricentro e posizione di applicazione della forza
- Distanza tra i binari e distanza tra i blocchi
- Numero di binari e blocchi
- Corsa, velocità e accelerazione
- Cicli al minuto e tempo di funzionamento giornaliero
- Precisione e rigidità di posizionamento richieste
- Deformazione elastica ammessa
- Orientamento di montaggio
- Materiale della base di montaggio e precisione della lavorazione
- Polvere, trucioli, liquido refrigerante, acqua e temperatura
- Vita utile richiesta e condizioni di manutenzione
Domande frequenti
Le guide lineari CNC sono realizzate con materiali diversi?
Non necessariamente. Le guide CNC e di automazione possono utilizzare la stessa struttura in acciaio portante. La serie selezionata, il trattamento termico, le dimensioni, il grado di precisione, il precarico, i requisiti di tenuta e accoppiamento sono distinzioni più utili rispetto alla categoria della macchina.
Tutte le macchine CNC richiedono precisione SP o UP?
No. La pendenza richiesta dipende dall'obiettivo di precisione della macchina, dalla lunghezza della rotaia, dalla disposizione, dalla qualità di montaggio e dal sistema di posizionamento completo. Il grado H o P può essere adatto a molte macchine, mentre applicazioni più severe possono richiedere SP o UP.
Una guida a rulli è sempre migliore per la lavorazione CNC?
No. Le guide a rulli sono preziose quando sono richieste maggiore rigidità, capacità di carico pesante e minore deformazione elastica. Le guide a sfere possono essere più adatte per tagli più leggeri, movimenti più rapidi, costi inferiori o applicazioni CNC più generali.
È possibile utilizzare lo stesso modello di guida nelle apparecchiature CNC e di automazione?
Sì, quando carico, momento, rigidità, durata, precisione, precarico e configurazione ambientale soddisfano entrambe le applicazioni. L'esatto codice del blocco e la configurazione dell'opzione potrebbero comunque essere diversi.
Le guide per macchine generali sono sempre più economiche?
No. Il costo dipende dalla serie, dalle dimensioni della rotaia, dalla quantità di carrelli, dal grado di precisione, dal precarico, dall'assemblaggio abbinato, dalle guarnizioni, dagli accessori di lubrificazione, dalla lunghezza della rotaia e dalla quantità ordinata. Una macchina di ispezione di precisione può utilizzare una configurazione di guida più costosa rispetto a una macchina CNC di base.
È possibile utilizzare le dimensioni della guida di tipo HIWIN per selezionare una sostituzione DLY?
Le guide della serie DLY utilizzano dimensioni e strutture dei blocchi paragonabili ai sistemi di tipo HIWIN comunemente utilizzati. Tuttavia, la sostituzione deve essere confermata utilizzando il modello completo, la larghezza della guida, l'altezza di montaggio, la spaziatura dei fori di montaggio, la lunghezza del blocco, il precarico, la precisione e le opzioni di tenuta anziché dare per scontato che ogni prodotto sia automaticamente intercambiabile.
Contatta DLY
Invia a DLY il disegno della macchina, la massa in movimento, la forza di taglio o di processo, la disposizione delle rotaie, la corsa, la velocità, la precisione, il precarico, la tenuta e i requisiti di durata. Possiamo aiutare a confrontare le strutture di guide HD, ED, RD e MD per macchine CNC e attrezzature industriali generali.
E-mail: export@dlybearing.com
