Runda styrskenor VS fyrkantiga styrskenor för CNC-routrar

CNC Linear Rail Kit

Linjära styrskenor (CNC linear rail kit) finns i 2 typer, runda styrskenor och fyrkantiga styrskenor. Runda styrskenor har sitt ursprung 1:a men ger inte den precision som erbjuds av fyrkantiga styrskenors komponenter. Den runda styrskenan är dock den föredragna styrskenan för vertikala rörelser med tung belastning. Applikationen kommer att diktera vilken typ av linjära styrskenor som ska användas. Kriterierna för att välja det ena framför det andra är inte annorlunda än att välja något annat CNC-router komponent, specificera designen, definiera systemmål och arbeta utifrån tidigare framgångar och misstag. Men alla som har brist på erfarenhet kan göra enkla misstag. Det bästa stället att börja är att lära sig de grundläggande egenskaperna för varje typ och anta de som är mest relevanta för applikationen.

Tekniken för runda styrskenor har finslipats till nästan perfektion under de senaste 60 åren och fyrkantiga styrskenor har legat runt respektabla 35. De flesta av de inneboende designproblemen har länge åtgärdats och materialen har förbättrats dramatiskt. De flesta problem uppstår på grund av felaktig användning och felaktig tillämpning. Och huvudorsakerna till felaktig tillämpning kommer ofta från en personlig partiskhet eller fördomar, en missräkning eller en estetisk bedömning. Det vill säga, en relativt liten linjär profilskena kan passa bra för lasten, hastigheten och alla andra krav. Men när den är monterad på CNC-routern kan ett kräsna öga dra slutsatsen att den ser svag ut och definitivt underdimensionerad.

En typ av linjär kulbussningsstyrning är inte nödvändigtvis lättare att använda än en annan. Valet beror helt på den specifika applikationen. I allmänhet kan en viss fyrkantsrälskomponent kosta mer än rundan, men andra krav, inklusive systemkostnad, bör åtgärdas. Dessa poster inkluderar åtminstone utgifterna för att förbereda CNC-routerbädden eller annan monteringsyta för att rymma rälssystemet, den positioneringsnoggrannhet som behövs och det tillgängliga utrymmet för det linjära rälsundersystemet.

Men innan du bestämmer dig för en fyrkantig eller rund skena innan du lägger penna på papper eller mus till vaddera. När applikationen ser ut att kunna gå åt båda håll, kör preliminära beräkningar på de mest kritiska egenskaperna och måste se till att ingenting förbises.

Runda styrskenor

Före tillkomsten av fyrkantiga styrskenor förväntades runda styrskenor tillfredsställa varje linjär rörelsestyrningssituation. Och under många år gjorde de det beundransvärt. Men eftersom CNC-routerverktygsanvändare krävde närmare toleranser för vissa jobb, föredrog CNC-routertillverkarna den klassiska metoden för fräsning och skrapning. Runda styrskenor användes för kringutrustning när de inte kunde uppfylla toleranskraven.

Detta gjorde inte runda styrskenor mindre värdefulla eller föråldrade. Deras fördelar fortsätter att uppväga deras nackdelar. Runda styrskenor är i allmänhet billigare än fyrkantiga styrskenor, men det borde inte vara det primära kriteriet för någon applikation. En fyrkantig skena kan faktiskt misslyckas medan en rund skena kan fungera smidigt och felfritt. Till exempel är runda styrskenor mer förlåtande för snedställning, dålig parallellitet och momentbelastningar i de flesta CNC-maskiner och tillåta mer variation i räls h8 än fyrkantiga rälssystem. Ändå kan de hålla en resa rakhet på 0.01-tum. för 10 fot. Dessutom tenderar det lilla rullande elementet att göra rundskenans rörelser mjukare.

För att uppnå denna noggrannhet behöver de bara stöd i ändarna, även om många stöds på flera punkter eller längs hela sin längd. Detta låter skenorna passera över luckor utan problem och säkert gå från ett stöd till ett annat. När rundskenesystemet endast kräver en axel-skena-enhet (en axel, en skena eller en axel och 2 ändstödda block med 4 kuddblock) är förberedelsekostnaden mindre än den fyrkantiga skenan. Generellt är rundskena installation relativt enkel och billig. Och Service och utbyte gynnar rundskenan.

Fyrkantiga styrskenor (Profile Guide Rails)

Fyrkantiga styrskenor designades ursprungligen för CNC-fräsverktygsindustrin. De ersatte integrerade vagnar och vägar, som är integrerade delar av CNC-routerbädden. Trots det ger vissa traditionella vagnar och vägar fortfarande hög noggrannhet i vissa situationer.

Fyrkantiga styrskenor är styvare och styvare, men behöver rakt, kontinuerligt stöd med snäva krav på planhet och parallellitet; de kan inte spänna över de luckor som en rundskena kan. Men eftersom tillverkare av CNC-router är vana vid precision av sängförberedelser är detta inget problem.

Den största fördelen med fyrkantiga styrskenor är deras höga positioneringsnoggrannhet, särskilt användbar vid fräsning och slipning. De håller från 0.0002 till 0.001 tum över en längd av 10 fot, jämfört med 0.01 tum för runda styrskenor. De hanterar också denna precision för en momentlast; en enkelvagn och enkelskena lämpar sig bättre för detta än en rundskena. Och eftersom den fyrkantiga skenan klarar högre belastningar med hög noggrannhet, tolererar de flesta användare något mindre jämnhet än vad de runda styrskenorna erbjuder.

Även om en skenenhet med enkel profil kan hantera en momentbelastning, är det inte alltid att rekommendera. 2 eller fler enheter bör användas för att balansera lasten eller fördela vikten. Däremot kan en fyrkantig skena passa där 2 runda styrskenor skulle krävas. Profilskenor är också lättare att använda eftersom de behöver en eller två delar för ett komplett system, skenan och vagnen, medan rundskenan består av några fler delar.

Fyrkantiga styrskenor har högre livslängdskapacitet, definierat som mängden belastning som enheten överlever under en viss sträcka. Till exempel är en kapacitet på 20,000 100-N baserad på en-km-klassificering. Och slitaget är minimalt eftersom skenan inte glider utan har rullkontakt. Livslängden på fyrkantiga skenor beror främst på vilken typ av miljö den befinner sig i, korrekt smörjning och underhåll. Med allt annat lika är Runda styrskenor lite mer toleranta eftersom de inte är lika täta och inte lika känsliga för små variationer. En fyrkantig skena är känsligare för skräp och stötar, även om den har en högre kapacitet och motståndskraft mot stötar som inte påverkar det rullande elementet.

Med tanke på slitageaspekten har rundskenan också naturliga skräpavlägsnande möjligheter. Fyrkantiga rälsspår är dolda från direkt åtkomst men släpper inte nödvändigtvis skräp. Med en flytande drivkraft applicerad på skenan, presterar en rundskena bättre än en fyrkantsskena, eftersom den fyrkantiga skenan kan dra upp på några av loppytorna, medan den runda skenan har färre tendenser till uppdragning.

Välj en typ av skena att använda innan du startar layouten för CNC-routerkomponenten. Monteringsfixturerna skiljer sig radikalt mellan runda och fyrkantiga styrskenor, och området där man ska arbeta varierar liksom belastningen för den fysiska storleken. Om det inte löser sig senare är det lättare att byta från ett märke av fyrkantsskena till ett annat än att byta från en fyrkantig till en rund skena. Alla tillverkare följer standarder som tillåter en viss grad av utbytbarhet inom en typ.

Effektiviteten kan närma sig från två vinklar. Den ena handlar om friktionsmotståndskoefficienten; mindre friktion betyder lägre tillförd energi. Rundskenas motstånd är lite lägre och dess verkan är jämnare än en profilskena. Men de som använder fyrkantiga styrskenor ger regelbundet tillräckligt med kraft för att driva rälsen tillräckligt bra. Vissa överväger också effektivitet utifrån det totala kuvertet eller storleken. Den mindre profilskenan erbjuder ett mindre paket för högre belastning.

Stötbelastning, som med en momentan stötbelastning, påverkar alla lager. Fyrkantiga styrskenor klarar en tyngre belastning än en liten enhet, så stöten är mer av en stötkraft. Men i alla fall är skenan skalad till kapaciteten för den normala lasten, inte en stötbelastning. Det finns ingen signifikant skillnad förutom att i tunga maskiner är en stöt mer skadlig bara på grund av den rena massan.

Fyrkantiga styrskenor kommer med några kritiska miljönedsättningar, som vanligtvis finns i tillverkarens handbok eller designguide. Tyvärr överväger inte konstruktörer reduceringsfaktorer tillräckligt ofta i de inledande designstadierna för varken runda eller fyrkantiga styrskenor. Till exempel är standardvärdet för arbetscykeln i USA 2 miljoner tum eller 50 km och 100 km eller 4 miljoner tum för den europeiska marknaden. Ofta rekommenderar standarderna att ett rälssystem inte används längre än vare sig 25 eller 50% av den nominella kapaciteten.

Det finns i katalogen

De flesta kataloger för linjära rull- och kulstyrningar innehåller applikations- och teknisk information för dimensionering och installation. Dessa parametrar krävs för att bestämma den dynamiska belastningen och momentvärdena och den statiska belastningen och momentkapaciteten, som inkluderar stigning, rullning och gir. Kataloger inkluderar även grafer och ekvationer för att bestämma lagers rörelselivslängd utifrån den dynamiska belastningen och tillämpade dynamiska belastningsinmatningsparametrar. Varje linjär rull- eller kullagerstyrning har unika specifikationer för hastighet, acceleration, toleranser, förspänning och temperaturområde.

Den mest kritiska parametern för profilguider är löpande parallellitet, som ligger inom flera mikrometers intervall. Om de inte följs noga, binder eller slits lagren i förtid. För att förhindra sådana problem täcker installationsguider noggrant ämnet för montering av monteringsytor, monteringstoleranser och räls parallellitet. Installationsdata omfattar även räls vertikal förskjutning, vertikal och lateral vagnförskjutning, monteringshålstoleranser, bultmoment och stumförband.

Runda linjära kulbussningar kräver samma hänsyn som profilskenor, plus några. Polära grafer illustrerar den dynamiska lastkapaciteten, och grafer visar lastens livslängd. Den låga friktionskoefficienten på 0.001 och självinställande specifikationer som ges till runda styrskenor eliminerar behovet av de nedstämplingsfaktorer som vanligtvis tilldelas profilskenor.

Tillämpningar

Medan fyrkantiga linjära styrskenor en gång kostade många gånger mer än rund teknik på grund av de omfattande slipkraven som är inneboende i designen, har nya tillverkningstekniker och stordriftsfördelar uppmuntrat ingenjörer att underhålla användningen av fyrkantiga styrskenor i ett bredare applikationsutrymme. Fyrkantiga linjära styrskenor kan nu hittas i många av samma applikationer som en gång bara stöddes av runda styrskenor.

De flesta applikationer kan använda antingen runda eller fyrkantiga styrskenor. Men vissa skenor byts ut mot den andra typen eftersom den förra inte fungerar. Så var fallet i en sjukhussäng där designern började med en fyrkantig skena för axiell rörelse. Men församlingen skulle binda; den kunde inte röra sig fritt om inte monteringsbultarna lossades för att tillåta en vridningsrörelse. Sängramen var helt enkelt inte tillräckligt styv. Den fyrkantiga skenan fick bytas ut mot den självinställande rundskenan.

En annan applikation som led av liknande problem var en fyrkantsskena monterad på en plåtbotten i en varuautomat. Skenan fungerade inte eftersom plåtfästet inte var tillräckligt styvt. Ibland upprepar designers misstag när de ser på samma problem i ett annat ljus. En ingenjör som är bekant med runda styrskenor kan ha en tendens att hålla fast vid dem, oavsett applikationens behov av högre noggrannhet. Men de flesta applikationer behöver inte den fyrkantiga skenans noggrannhet. De bör titta på hela systemkostnaden, inte bara komponentkostnaden. Och det innebär att införliva kraven för all kringutrustning och utökade problem.

Belastnings-/livslängdsdiagrammet för rundskenan indikerar den begränsande belastningen för ett givet kulbussningslager. Gå in i diagrammet med den maximala belastningen för det tyngst belastade lagret och den erforderliga livslängden och se var de två linjerna skär varandra. Området genom eller ovanför och till höger om korsningen anger de lämpligaste bäringarna.

Orienteringen av lagret eller riktningen för den applicerade lasten bestämmer den dynamiska lastkapaciteten för ett kulbussningslager. Korrektionsfaktorn hittas från riktningen för den applicerade belastningen i förhållande till orienteringen av lagerkulspåren som visas i det polära diagrammet. För att bestämma lastkapaciteten, multiplicera korrigeringsfaktorn K med den dynamiska lastkapaciteten för den specifika enheten.

Fyrkantiga styrskenor kan prestera bättre än runda styrskenor under specifika omständigheter som kräver högre styvhet och mer kompaktitet när det gäller lastkapacitet i förhållande till storlek. Generellt sett erbjuder profilstyrskenor högre belastningskapacitet, noggrannhet och styvhet och en längre förväntad livslängd.

Fyrkantiga styrskenor måste ha extremt parallella ytor för att förhindra bindning och överdrivet slitage. De tenderar att anta formen av monteringsytan, vilket gör det nödvändigt att strikt följa parallellitetsspecifikationerna.

Runda styrskenor VS fyrkantiga styrskenor i en överblick