Una guida lineare in acciaio si espande quando la sua temperatura aumenta e si contrae quando la sua temperatura diminuisce. La variazione dimensionale può essere piccola su una rotaia corta, ma diventa misurabile su assi lunghi e può influenzare le sollecitazioni di montaggio, l'allineamento della rotaia e la precisione di posizionamento della macchina.
Come riferimento pratico, una guida in acciaio da 1.000 mm che diventa più calda di 20°C si espande di circa 0,23 mm. Una rotaia di 3.000 mm sotto la stessa variazione di temperatura si espande di circa 0,69 mm. Se questo movimento provoca un errore della macchina dipende da come è montata la rotaia, dal materiale di base della macchina e da dove viene misurata la posizione.
- Formula di dilatazione termica della guida lineare
- Esempi di calcolo per rotaie in acciaio
- In che modo la dilatazione termica influisce sulla macchina
- Mancata corrispondenza della guida in acciaio e della base in alluminio
- Come controllare gli effetti termici
- Informazioni da fornire per la selezione della guida lineare
Formula di dilatazione termica della guida lineare
La variazione teorica della lunghezza di una guida lineare può essere stimata utilizzando la formula di dilatazione termica lineare standard:
α = coefficiente di dilatazione termica lineare
L = lunghezza della rotaia originale
ΔT = variazione della temperatura della rotaia
Per una tipica guida lineare in acciaio, un valore ingegneristico pratico per il coefficiente di dilatazione termica è approssimativamente:
Il calcolo dovrebbe utilizzare la variazione effettiva della temperatura della rotaia, non automaticamente la variazione della temperatura ambiente. Durante il funzionamento, il calore può provenire da motori, viti a ricircolo di sfere, cuscinetti di supporto, processi di taglio, riscaldatori vicini o strutture calde della macchina.
La lunghezza della rotaia e la sua effettiva variazione di temperatura determinano l'espansione longitudinale teorica.
Il comportamento termico deve essere valutato insieme alla guida, ai blocchi, alla base di montaggio e alla struttura completa della macchina.
Esempi di calcolo per rotaie in acciaio
Gli esempi seguenti utilizzano un coefficiente di dilatazione dell'acciaio di 11,5 × 10−6/°C. Mostrano la libera espansione teorica prima di considerare i vincoli di montaggio e gli effetti strutturali.
Esempio 1: Binario da 1.000 mm con incremento di 10°C
ΔL = 11,5 × 10−6× 1.000 × 10
ΔL =0,115 mm
Esempio 2: Binario da 1.000 mm con incremento di 20°C
ΔL = 11,5 × 10−6× 1.000 × 20
ΔL =0,230 mm
Esempio 3: Binario da 3.000 mm con incremento di 20°C
ΔL = 11,5 × 10−6× 3.000 × 20
ΔL =0,690 mm
| Lunghezza binario in acciaio | Variazione di 10°C | Variazione di 20°C | 30°C Variazione |
|---|---|---|---|
| 500 mm | 0,058 mm | 0,115 mm | 0,173 mm |
| 1.000 mm | 0,115 mm | 0,230 mm | 0,345 mm |
| 2.000 mm | 0,230 mm | 0,460 mm | 0,690 mm |
| 3.000 mm | 0,345 mm | 0,690 mm | 1.035 mm |
Questi valori descrivono la variazione della lunghezza totale della rotaia. Ciò non significa che la macchina sviluppi automaticamente la stessa quantità di errore di posizionamento. L'effetto finale dipende dal punto di riferimento della rotaia, dai vincoli di montaggio, dal sistema di feedback e dalla distribuzione della temperatura.
In che modo la dilatazione termica influisce sulla macchina
Modifica della lunghezza della rotaia
Se la rotaia può espandersi liberamente a partire da un'estremità di riferimento definita, la sua lunghezza complessiva cambia approssimativamente in base alla formula di dilatazione termica. Su una macchina di precisione, la relazione mutevole tra binario, encoder, vite a ricircolo di sfere, piano di lavoro e riferimento di taglio o ispezione può contribuire all'errore di posizionamento.
Stress crescente
Una guida vincolata da bulloni di montaggio e dalla base della macchina non può sempre espandersi come una barra d'acciaio completamente libera. Se la guida e la base si espandono in misura diversa, la struttura di montaggio potrebbe sviluppare stress termico.
Ciò non significa che i normali bulloni di montaggio debbano essere lasciati allentati. Il serraggio dei bulloni, le spalle di posizionamento, i bordi di riferimento e il movimento consentito devono essere determinati dal progetto della macchina e dai requisiti di installazione del produttore delle rotaie.
Cambiamento di rettilineità e parallelismo
Il riscaldamento uniforme modifica principalmente la lunghezza della rotaia. Il riscaldamento irregolare è spesso più problematico perché una parte della rotaia o della base della macchina si dilata più di un'altra. Un gradiente di temperatura può contribuire a piegare, torcere o modificare la relazione parallela tra due rotaie.
Per i sistemi a doppia rotaia, la deformazione termica della base della macchina può influenzare il parallelismo e il carico dei blocchi anche quando le singole rotaie sono prodotte correttamente.
Precarico e resistenza all'avanzamento
Il precarico migliora la rigidità e riduce il gioco interno, ma non compensa l'espansione longitudinale della rotaia. Le differenze di temperatura tra la guida, il blocco, le sfere e la struttura di montaggio possono modificare la condizione di contatto interno.
Se il precarico originale è già elevato, un'ulteriore distorsione termica o un disallineamento potrebbero aumentare la resistenza al funzionamento e il calore. Il precarico dovrebbe quindi essere selezionato in base al carico, alla rigidità, alla velocità e alla stabilità della temperatura piuttosto che utilizzato come metodo generale di compensazione termica.
Mancata corrispondenza della guida in acciaio e della base in alluminio
Molte guide lineari sono realizzate in acciaio, mentre alcuni telai di automazione e moduli compatti utilizzano basi di montaggio in alluminio. L'alluminio normalmente si espande circa il doppio dell'acciaio a parità di lunghezza e variazione di temperatura.
| Materiale | Coefficiente di espansione tipico | Lunghezza 1.000 mm, aumento 20°C |
|---|---|---|
| Binario in acciaio | Circa 11–12 × 10−6/°C | Circa 0,23 mm |
| Base in alluminio | Circa 22–24 × 10−6/°C | Circa 0,46 mm |
In questo esempio, la base in alluminio tenta di espandersi di circa 0,23 mm in più rispetto alla guida in acciaio su una lunghezza di un metro. Il movimento e lo stress effettivi dipendono dalla disposizione di montaggio, dalla distanza tra i fori dei bulloni, dalla rigidità della base e dalla distribuzione della temperatura.
Questa discrepanza tra i materiali è uno dei motivi per cui la progettazione delle macchine di precisione deve considerare la guida e la base di montaggio come una struttura completa anziché valutare la sola guida.
Come controllare gli effetti termici
La dilatazione termica non può essere completamente eliminata, ma la sua influenza può essere resa prevedibile e gestibile.
- Misura la temperatura della rotaia o della struttura della macchina invece di fare affidamento solo sulla temperatura ambiente.
- Se possibile, tenere i motori, i riscaldatori e altre fonti di calore concentrate lontano dal riferimento della guida.
- Consentire alla macchina di completare un ciclo di riscaldamento controllato prima del funzionamento di precisione.
- Utilizzare un lato di riferimento o un'estremità di riferimento chiaramente definiti nella progettazione della macchina.
- Considera la differenza di dilatazione tra una guida in acciaio e una base in alluminio, ghisa o acciaio.
- Mantenere il corretto allineamento delle rotaie ed evitare di forzare i blocchi disallineati in posizione.
- Selezionare il precarico in base al carico, alla velocità, alla rigidità e all'intervallo di temperatura previsto.
- Utilizzare il feedback lineare diretto o la compensazione software quando la precisione di posizionamento richiesta lo giustifica.
- Per i binari lunghi uniti, verificare la disposizione dei giunti, le superfici di riferimento e la temperatura di installazione.
Per un confronto più dettagliato delle strategie di compensazione, leggiCome scegliere un metodo di compensazione della temperatura della guida lineare.
Informazioni da fornire per la selezione della guida lineare
Zhejiang DLY Automation Manufacturing Co., Ltd. fornisce guide lineari e blocchi guida abbinati per macchine CNC, apparecchiature di automazione, macchine per l'imballaggio e sistemi di movimento lineare industriali.
Se la variazione di temperatura può influenzare l'applicazione, fornire le seguenti informazioni durante la selezione del modello:
- Serie di guide lineari e dimensioni della rotaia
- Lunghezza totale della rotaia e corsa richiesta
- Numero e disposizione dei blocchi guida
- Installazione a binario singolo o doppio
- Materiale della base di montaggio
- Temperatura operativa minima, normale e massima
- Sorgenti di calore previste e distribuzione della temperatura
- Grado di precisione e precarico richiesti
- Errore di posizionamento o allineamento consentito
- Disegno di installazione e quantità dell'ordine
Visualizza ilGuida lineare a sfere DLYpagina per informazioni sul prodotto e sull'acquisto.
Hai bisogno di un preventivo per una guida lineare?
Invia a DLY il modello della rotaia, la lunghezza, la quantità di blocchi, il precarico, i requisiti di precisione, l'applicazione e il disegno di montaggio. Se la variazione della temperatura è importante, includere l'intervallo della temperatura operativa e il materiale della base di montaggio.
E-mail: export@dlybearing.com
