Лінійна напрямна -, яка також називається лінійною рейкою, лінійною напрямною руху або профільною рейковою напрямною -, є прецизійним механічним компонентом, який обмежує рух в одному прямому-напрямку, одночасно витримуючи навантаження в усіх інших напрямках. Це один із двох основних компонентів будь-якої прецизійної системи лінійного руху, іншим є кульковий гвинт або приводний механізм.
Якщо ви вказуєте лінійні напрямні для нової конструкції машини, шукаєте заміни для існуючої системи або оцінюєте постачальників для партійного замовлення, цей посібник охоплює те, що вам потрібно знати: як працюють лінійні напрямні, які бувають різні типи та де кожен з них є кращим, що означають на практиці ключові параметри вибору та як узгодити специфікацію рейки та блоку з вашими фактичними вимогами застосування.
Що робить лінійна напрямна - і що вона не може зробити сама
Лінійна напрямна робить дві речі одночасно: вона підтримує навантаження на каретку, що рухається, і обмежує цю каретку рухатися по прямій лінії з високою повторюваністю.
Усередині лінійного направляючого блоку рециркуляційні сталеві кульки (або ролики в -конструкціях із високим навантаженням) котяться між прецизійними-відшліфованими канавками в блоці та відповідними канавками в рейці. Оскільки кульки котяться, а не ковзають, тертя надзвичайно низьке - зазвичай коефіцієнт становить від 0,003 до 0,005 порівняно з 0,1-0,3 для рівної поверхні ковзання. Цей низький коефіцієнт тертя дозволяє лінійній напрямній плавно рухатися під навантаженням із мінімальною силою приводу та точно повторювати своє положення протягом мільйонів циклів.
Чого не робить лінійна напрямна, так це керувати кареткою або контролювати її положення. Ця функція належить кульковому гвинту, ремінній передачі або лінійному двигуну. Лінійна напрямна обмежує траєкторію руху; приводний механізм визначає, де на цьому шляху зупиняється каретка.
Цей розподіл функцій важливий для вибору: розмір лінійної напрямної має відповідати всім навантаженням, які зазнає вісь - радіальним, бічним і моментам -, тоді як кульковий гвинт або передача розраховуються окремо відповідно до осьової тяги та вимог до точності позиціонування.
Як працює лінійна напрямна: рециркуляційний кульовий механізм
Ключовим механічним принципом лінійної направляючої є рециркуляція кульок. Блок містить кінцеву кількість кульок, завантажених між канавкою рейки та канавкою блоку. Коли блок рухається вздовж рейки, кульки в передній частині навантаженої зони виходять із зони контакту, проходять через зворотний канал усередині блоку та знову -входять у навантажену зону ззаду. Ця безперервна циркуляція дозволяє необмежену відстань подорожувати від кінцевої кількості куль.
Геометрія контакту канавки визначає, як блок несе навантаження. Зазвичай використовуються дві геометрії канавок:
Готична арка (дво-точковий контакт):Кожна кулька стикається з двома точками на поверхні канавки - по одній з кожного боку арки. Ця геометрія використовується в більшості стандартних профільних рейкових напрямних і забезпечує хорошу вантажопідйомність у багатьох напрямках завдяки компактному розміру блоку.
Дуга кола (чотири-точковий контакт, як у серії DLY HD):Кожна кулька стикається з канавкою в чотирьох точках, розподіляючи навантаження по поверхні кульки більш рівномірно. Ця геометрія забезпечує однакові показники навантаження в усіх чотирьох напрямках - радіальному, зворотному радіальному та в обох бічних напрямках - і менш чутлива до помилок встановлення, оскільки блок може само-вирівнюватись, щоб поглинати невеликі відхилення рівності рейки.
У роликових-направляючих (таких як серія DLY RD) тіла кочення є циліндричними роликами, а не кульками. Ролики встановлюють лінійний контакт із канавкою, а не точковий контакт, що значно збільшує площу контакту та забезпечує набагато вищі показники навантаження та жорсткості для тієї самої ширини рейки.
Типи лінійних напрямних: чим вони відрізняються на практиці
За типом елемента кочення
Лінійні напрямні -кулькового типу
Стандартний вибір для більшості ЧПК, автоматизації та загальнопромислових застосувань. М’ячі забезпечують низьке тертя, високу швидкість, помірну-–-високу навантажувальну здатність і хороші-самовирівнювальні властивості. Вони доступні в ширшому діапазоні розмірів і класів попереднього натягу, ніж типи роликів, і, як правило, більш поблажливі до дрібних недоліків монтажу.
Коли вибрати тип-кульки: загальна обробка з ЧПК, лазерне різання, пакувальні машини, автоматизація-і-розміщення, гравірувальні машини, обладнання для 3D-друку, медичні системи позиціонування.
Роликові-лінійні напрямні
Ролики замінюють кульки як тіло кочення, забезпечуючи лінійний контакт замість точкового. За тієї самої ширини рейки роликова напрямна забезпечує приблизно в 2–3 рази більше динамічне навантаження та значно вищу жорсткість, ніж кулькова напрямна. Компроміс- полягає в дещо більшому терті, меншій -можливості самовирівнювання та більшій чутливості до якості монтажної поверхні.
Коли вибрати роликовий-тип: важкі-верстати, прецизійні шліфувальні верстати, широкоформатні-центри обробки, важкі портальні системи, штампування та пресове обладнання, застосування, де пружна деформація під навантаженням має бути мінімізована.
За висотою блоку (стандартний або низькопрофільний)
Блоки стандартної висоти
Вибір за умовчанням для більшості програм. Стандартні блоки мають вищий центр ваги, що збільшує плече моменту для бічних навантажень, але також забезпечує більшу площу монтажної поверхні на каретці.
Низько{0}}профільні блоки (як у серії DLY ED)
Зменшена висота блоку знижує центр ваги вузла каретки, що покращує динамічні характеристики на високих швидкостях і зменшує згинальний момент на рейці під дією бічних навантажень. Зменшена висота також забезпечує більш компактну загальну конструкцію машини, де вертикальний простір обмежений.
Коли вибрати низький-профіль: високо-швидкісне автоматизоване обладнання, портальні осі, де висота каретки впливає на габарити машини, компактні конструкції модулів, застосування, де вібрація на швидкості викликає занепокоєння.
За довжиною блоку (стандартний або довгий)
Довжина блоку визначає здатність одного блоку до моментного навантаження. Довший блок поширює зону контакту з кулькою на більшу осьову довжину рейки, збільшуючи її стійкість до моментів нахилу та відхилення.
Для застосувань зі значними моментними навантаженнями - консольне корисне навантаження, шпиндель із великим виступом або одна-конструкція рейки - довгі блоки забезпечують більший рейтинг моменту, не вимагаючи ширшої рейки. Для додатків зі збалансованим навантаженням, розподіленим на кілька блоків, зазвичай достатньо блоків стандартної-довжини.
Серія трьох лінійних напрямних DLY: яка з них підходить для вашого застосування
Серія HD - Стандартна кулькова направляюча, рівне навантаження в усіх напрямках (HDR15–HDR65)
У серії HD використовується кругла{0}}геометрія дугоподібної канавки для досягнення однакового динамічного навантаження в усіх чотирьох напрямках: радіальному, зворотному радіальному та обох бічних напрямках. Ця характеристика однакового{2}}навантаження означає, що серія HD працює стабільно незалежно від того, як навантаження розподіляється в напрямках - корисно в програмах, де напрямок навантаження змінюється протягом циклу або його важко точно розрахувати.
Серія HD також має можливість самовирівнювання-, що дозволяє блоку компенсувати незначні помилки встановлення, не створюючи внутрішньої напруги. Це знижує чутливість до площинності монтажної поверхні та спрощує установку в польових умовах.
Доступні шини шириною від 15 мм до 65 мм. Доступні класи стандартної та високої -точності (H). Кульковий-тип кочення.
Найкраще для:Фрезерні машини з ЧПК, обробні центри, машини для лазерного різання, загальна промислова автоматизація, пакувальні машини, будь-яке застосування, яке вимагає надійної роботи в різних напрямках навантаження.
Серія ED - Low-кульова напрямна, висока швидкість і компактний дизайн (EDR15–EDR30)
Серія ED має однакові-навантаження та самовирівнювання-характеристики серії HD, але зі зменшеною висотою блоку, що знижує загальний профіль каретки. Менша монтажна висота зменшує згинальний момент на рейку під дією бічних навантажень, що покращує динамічну стійкість на високих робочих швидкостях.
Практична конструктивна особливість: фіксатор кульок серії ED утримує кульки в блоці, навіть коли блок знято з рейки. Це запобігає випаданню кульок під час складання та спрощує установку в положеннях, де блок потрібно встановити на рейку збоку або знизу.
Доступні шини шириною від 15 мм до 30 мм. Доступні стандартні та високі-класи точності. Кульковий-тип кочення.
Найкраще для:Високо{0}}обладнання для автоматизації, компактні конструкції модулів, портальні осі з обмеженнями по висоті, системи підбору-і-розміщення, застосування, де маса та висота візка повинні бути мінімізовані.
Серія RD - Роликова напрямна, максимальне навантаження та жорсткість (RDR15–RDR65)
Серія RD використовує циліндричні ролики під кутом контакту 45 градусів як елемент кочення замість кульок. Кут контакту в 45 градусів розподіляє навантаження симетрично по всіх чотирьох напрямках, а лінія контакту ролика значно зменшує пружну деформацію при великих навантаженнях порівняно з кульковою напрямною такої ж ширини.
Результатом є напрямна з показниками навантаження та жорсткості, які значно перевищують показники кулькових напрямних у тому ж класі розміру. За тривалих великих навантажень серія RD зберігає кращу точність позиціонування, оскільки рейка та блок менше прогинаються.
Доступні шини шириною від 15 мм до 65 мм. Доступні стандартні та високі-класи точності. Роликовий-тип кочення.
Найкраще для:Верстати- для важких навантажень, прецизійні шліфувальні верстати, великі обробні центри, пресове та штампувальний обладнання, важкі портали, будь-які види застосування, де пружна деформація під навантаженням безпосередньо впливає на точність обробки або якість деталей.
Коротке порівняння серій
| Серія HD | Серія ED | Серія RD | |
|---|---|---|---|
| Елемент кочення | М'яч | М'яч | роликовий |
| Вантажопідйомність | Високий | Високий | Дуже високий |
| Жорсткість | Високий | Високий | Дуже високий |
| Монтажна висота | Стандартний | Низький | Стандартний |
| Максимальна швидкість | Високий | Високий | Середній-високий |
| Само{0}}вирівнювання | так | так | Обмежений |
| Утримання м'яча поза рейкою | Стандартний | Так (фіксатор) | N/A |
| Розмірний ряд | HD15–HDR65 | ED15–ED30 | RD15–RD65 |
| Основна перевага | Рівне навантаження, універсальний | Компактність, висока-швидкість | Максимальне навантаження і жорсткість |
Параметри вибору: що насправді означає кожна специфікація
Динамічне навантаження (C)
Показник динамічного навантаження C — це навантаження в кілоньютонах, при якому група ідентичних лінійних напрямних блоків пройде 50 км сукупного ходу, перш ніж у 90% з них виникне втомне руйнування. Це основний параметр для розрахунку терміну служби при заданому еквівалентному навантаженні.
Вище значення C означає більшу вантажопідйомність -, але C завжди вказується для одного напрямку (радіального для більшості значень каталогу). Якщо ваша програма застосовує навантаження в кількох напрямках одночасно, ефективне навантаження на блок необхідно розрахувати як комбіноване еквівалентне навантаження перед порівнянням з C.
Статичне навантаження (C0)
Статичне навантаження C0 — це навантаження, яке викликає певну постійну деформацію в зоні контакту між кулькою та доріжкою кочення. Він визначає максимальне миттєве навантаження, яке блок може витримати без пошкоджень -, що стосується застосувань із ударними навантаженнями, аварійними зупинками або високими піковими зусиллями під час затискання чи пресування.
Клас попереднього завантаження
Попереднє натяг — це внутрішнє навантаження, яке прикладається до куль під час виготовлення, щоб усунути внутрішній зазор. Це збільшує жорсткість і зменшує люфт у блоці за рахунок більшого тертя під час руху та виділення тепла.
| Клас попереднього навантаження | Внутрішній зазор / попереднє натяг | Найкраще для |
|---|---|---|
| Легке попереднє натяг (Z0 / C0) | Невеликий просвіт | Висока-швидкість, невелике навантаження, низький пріоритет тертя |
| Середнє попереднє натяг (Z1 / C1) | ~2–3% C | Стандартне ЧПК, загальна автоматизація |
| Сильний попередній натяг (Z2 / C2) | ~5–8% C | Важке різання, висока вимога до жорсткості |
Вибір вищого попереднього натягу, ніж застосування, вимагає втрати крутного моменту та скорочує термін служби через підвищене нагрівання тертям. Виберіть найлегший клас попереднього натягу, який відповідає вимогам жорсткості.
Ступінь точності
Ступінь точності визначає допуски розмірів рейки та блоку -, паралельність ходової поверхні блоку до поверхні кріплення рейки, різницю у висоті між блоками на одній рейці та прямолінійність рейки. Вищі класи точності є жорсткішими для всіх цих допусків.
Для більшості програм із ЧПК і автоматизації достатньо стандартного класу або класу H (висока точність). Прецизійні (P) і над-прецизійні (SP) марки використовуються в напівпровідниковому обладнанні, метрологічних системах та інших додатках, де потрібна до-мікронна повторюваність позиціонування.
Ширина рейки
Ширина рейки є найбільш прямим показником вантажопідйомності. Ширша рейка має більші кульки, глибші канавки та більшу площу контакту -, що означає вищі значення C і C0. Ширину рейки слід вибирати на основі необхідного динамічного навантаження та моментного навантаження, яке зазнає каретка, а не лише на основі розміру машини.
Як підібрати розмір лінійної напрямної до вашої програми
Крок 1 - Визначте напрямки завантаження
По горизонтальній осі: основне навантаження радіальне (вниз від маси корисного навантаження). На вертикальній осі: основне навантаження радіальне або зворотне-радіальне залежно від орієнтації. На осях зі зміщеними корисними навантаженнями або силами різання: розрахуйте моментне навантаження в кожному напрямку (нахил, поворот, крен) окремо.
Крок 2 - Розрахувати еквівалентне динамічне навантаження
Об’єднайте всі компоненти навантаження в одне еквівалентне навантаження на блок, враховуючи розподіл навантаження на кількість блоків і рейок. Для горизонтальної осі з двома рейками та чотирма блоками (по два на рейку) кожен блок несе одну-чверть загального радіального навантаження плюс свою частку будь-яких моментних навантажень.
Крок 3 - Розрахувати необхідне динамічне навантаження для цільового терміну служби
Використовуючи формулу ресурсу L10: C=P × (L / 50)^(1/3), де P — еквівалентне навантаження в кН, а L — необхідний термін служби в км. Це дає мінімальне значення C, якому має відповідати вибраний блок.
Крок 4 - Виберіть ширину рейки з каталогу
Знайдіть ширину рейки у вибраній серії (HD, ED або RD), де каталожне значення C відповідає або перевищує розрахований мінімум. Переконайтеся, що C0 (статичний рейтинг) також відповідає будь-яким піковим навантаженням у застосуванні.
Крок 5 - Виберіть клас попереднього навантаження та ступінь точності
Відповідність попереднього натягу вимогам до жорсткості. Відповідність ступеня точності вимогам повторюваності позиціонування.
Крок 6 - Підтвердьте специфікацію кулькового гвинта або приводу
Лінійна напрямна та кульковий гвинт мають відповідати за розміром і ступенем точності. Кульковий гвинт великого-діаметра, що приводить каретку на занижені рейки, створить систему, обмежену відхиленням напрямної. Зверніться до таблиці-відповідності розмірів у посібнику з координації DLY, щоб дізнатися про рекомендовані пари.
Поширені помилки вибору
Вибір ширини рейки на основі розміру машини, а не розрахунку навантаження
Для великої машини автоматично не потрібні великі рейки. Для осі, що переміщує лазерну головку вагою 5 кг із ходом 2000 мм, потрібні маленькі рейки, вибрані для фактичного навантаження 5 кг -, а не рейки 45 мм, оскільки рама машини велика. Великі рейки витрачають витрати та додають масу без підвищення точності.
Використання однакових напрямних на всіх осях незалежно від вимог
Вісь AZ, що несе важкий шпиндель, має інші вимоги, ніж вісь X, що переміщує той самий шпиндель на високій швидкості. Жорсткість осі Z може виграти від серії RD; вісь X може краще обслуговуватися серією ED для швидкості та компактної висоти.
Вибір великого попереднього натягу, щоб компенсувати проблеми з жорсткістю без перевірки теплового ефекту
Велике попереднє навантаження збільшує тертя, яке генерує тепло під час тривалої-роботи на високій швидкості. Тепло викликає теплове розширення в рейці та каретці, що змінює умови попереднього натягу та може призвести до дрейфу позиціонування. Виберіть попереднє натяг на основі розрахунку жорсткості, а не як загальний запобіжний захід.
Установка двох рейок без перевірки паралельності
Дві рейки, які не є паралельними, змушують блоки рухатися з внутрішнім боковим навантаженням протягом усього ходу. Це бічне навантаження прискорює знос і збільшує опір ходу, навіть якщо блоки окремо знаходяться в межах своїх номінальних навантажень. Паралельність між двома рейками на одній осі повинна бути перевірена з точністю до 0,02–0,05 мм на кожні 300 мм ходу перед введенням машини в експлуатацію.
Лінійні напрямні в ЧПУ та автоматизації: довідник із застосування
| застосування | Типова вимога | Рекомендована серія |
|---|---|---|
| Обробний центр з ЧПК (вісь X/Y) | Висока точність, середнє-велике навантаження, жорсткість під дією сили різання | Серія HD HDR25–HDR35, середнє попереднє навантаження |
| Обробний центр з ЧПУ (вісь Z) | Компактність, вертикальне навантаження, висока жорсткість | Серія HD або RD, середнє попереднє навантаження |
| Фрезерний верстат з ЧПУ / гравірувальний верстат | Висока швидкість, легке-середнє навантаження,-рентабельний | Серія HD HDR15–HDR25, легке попереднє натяг |
| Верстат для лазерного різання | Висока швидкість, дуже легке навантаження, низьке тертя | Серія ED EDR15–EDR20, легкий попередній натяг |
| Автоматизація-вибору та-розміщення | Висока швидкість, короткий хід, компактний | Серія ED, легкий попередній натяг |
| Пакувальне обладнання | Високий робочий цикл, помірне навантаження, захист ущільнення | Серія HD, середній попередній натяг, двірники |
| Важкий обробний центр / шліфувальний | Максимальна жорсткість, великі навантаження, низька деформація | Серія RD RDR25–RDR45, середнє-велике попереднє навантаження |
| Точне шліфування / EDM | Над-висока точність, чутливість до вібрації | Серія RD, висока ступінь точності |
| Медичне / лабораторне обладнання | Плавний хід, низький рівень шуму, компактність | Серія ED, легкий попередній натяг |
| Робота з напівпровідниками | Сумісність із чистими приміщеннями, висока точність | Серія HD або ED, клас точності |
Пошук лінійних напрямних для OEM і пакетних замовлень
Для машинобудівників OEM та зарубіжних дистриб’юторів, які постачають лінійні напрямні за обсягом, узгодженість між партіями є такою ж важливою, як початкова специфікація. Прямолінійність рейок, попереднє натяг блоку та допуск по висоті, які різняться між виробничими партіями, створюють машини з різними ходовими характеристиками, незважаючи на використання однакових номерів деталей.
DLY постачає лінійні напрямні серій HD, ED і RD зі стандартним і високим{0}}класами точності, з довжиною рейок від 200 мм до 4000 мм і варіантами блоків у стандартній і довгій конфігураціях. Конструкції кулькового-типу (HD і ED) і роликового-типу (RD) доступні в різних розмірах.
Для партійних замовлень DLY надає креслення з розмірами, сертифікати ступеня точності та підтвердження часу виконання на етапі запиту. Нестандартна довжина рейок, спеціальні змащувальні фітинги та не-стандартні класи попереднього натягу доступні за запитом.
Щоб отримати підтвердження специфікації та цінову пропозицію партії, поділіться наступним:
- Орієнтація осі та довжина ходу
- Маса корисного вантажу та зміщення від центральної лінії (якщо застосовно)
- Необхідні швидкість і прискорення каретки
- Вимоги до точності позиціонування або повторюваності
- Кількість на замовлення та очікувана частота замовлення
- Робоче середовище (температура, пил, теплоносій, чисте приміщення)
