У верстатах з ЧПК і системах автоматизації лінійні напрямні рейки та каретки роблять набагато більше, ніж напрямний рух. Вони несуть рухому платформу, протистоять силам різання або процесу, контролюють вібрацію та допомагають машині підтримувати точність протягом-тривалої роботи.
Багато поломок напрямної не викликані низькою якістю продукції. У реальних програмах проблема часто починається з неправильної оцінки навантаження. На папері рейка може виглядати достатньо міцною, але після місяців руху на високій-швидкості, частих стартів і зупинок або нерівномірного навантаження візок може почати шуміти, втратити точність або зношуватися набагато швидше, ніж очікувалося.
Тому вибір вантажопідйомності лінійної направляючої та каретки не повинен базуватися лише на розмірі рейки. При правильному виборі слід дотримуватися одного основного принципу:
Розрахуйте реальне навантаження, перевірте як статичну, так і динамічну потужність і залиште достатній запас безпеки для фактичних робочих умов.
У цьому посібнику пояснюється, як оцінити вантажопідйомність для верстатів з ЧПК, автоматичних направляючих, портальних систем та іншого обладнання лінійного руху.
1. Почніть із реальної рухомої маси
Першим кроком є обчислення загальної рухомої маси.
Це має включати:
- Маса заготовки
- Вага кріплення
- Вага рухомого столу
- Вага шпинделя або головки інструменту
- Вагони
- Тросовий ланцюг та інші рухомі аксесуари
Поширеною помилкою є розрахунок тільки ваги заготовки. У реальному обладнанні стіл, кріплення, кронштейн двигуна, кабельний ланцюг та інструменти можуть додати велике навантаження.
Наприклад, якщо рухомий стіл з ЧПК несе деталь вагою 20 кг, але рухомий стіл, пристосування та шпиндель разом важать ще 60 кг, система напрямних не несе 20 кг. Він несе 80 кг.
Основне вертикальне навантаження становить:
Fv=м × г
Де:
- Fv= вертикальне навантаження
- m= загальна рухома маса
- g = 9.8 m/s²
2. Враховуйте швидкість і прискорення
Для низько{0}}швидкісного обладнання вага може бути основним навантаженням. Але для ЧПК і систем автоматизації прискорення часто важливіше.
Коли машина запускається, зупиняється або швидко змінює напрямок, виникає сила інерції:
Fa=м × а
Де:
- Fa= сила інерції
- m= рухома маса
- a= прискорення
Ось чому для легкої, але високошвидкісної машини-і-розміщення може знадобитися потужніша система напрямних, ніж очікувалося. Статичне навантаження виглядає невеликим, але динамічне навантаження може бути високим через часті прискорення та уповільнення.
Для верстатів з ЧПК, модулів автоматизації та портальних систем прискорення завжди слід включати в розрахунок навантаження.
3. Не ігноруйте моментне навантаження
У багатьох реальних машинах лінійні каретки не виходять з ладу через занадто високе вертикальне навантаження. Вони виходять з ладу, оскільки вантаж не відцентрований.
Якщо центр ваги знаходиться вище або в стороні від поверхні напрямної рейки, це створює момент перекидання. Цей момент збільшує навантаження на один бік каретки або на одну каретку в системі.
Це часто зустрічається в:
- Вузли осі Z- з ЧПУ
- Портальні маршрутизатори
- Верстати лазерного різання
- Деревообробні верстати
- Консольні конструкції
- Широкі рухомі столи
- Одинарні{0}}конструкції рейок
Момент можна оцінити так:
M = F × h
Де:
- M= момент завантаження
- F= застосувала силу
- h= відстань від центру ваги до поверхні кріплення рейки
Більша відстань між рейками або довша відстань між каретками часто може покращити жорсткість ефективніше, ніж просто вибрати рейку більшого розміру.
Для ЧПУ та систем автоматизації загальною та стабільною структурою є дві паралельні рейки з двома каретками на кожній рейці.
Таке розташування покращує розподіл навантаження, стійкість до моментів і -тривалу стабільність при роботі.
4. Обчисліть навантаження на кожну каретку
Після розрахунку загального навантаження наступним кроком є оцінка навантаження, яке перевозить кожен вагон.
Для базової системи:
P0=Fv / n
Де:
- P0= статичне навантаження на каретку
- Fv= вертикальне навантаження
- n= загальна кількість вагонів
Однак це лише теоретичне середнє навантаження.
У реальних машинах навантаження рідко розподіляється ідеально через:
- Помилка монтажної поверхні
- Помилка паралельності рейок
- Нерівномірне затягування
- Конструкційна деформація
- Зсув центру ваги
- Сила різання або зовнішня сила
Тому фактичне навантаження на одну каретку може бути вище середнього значення.
Для більш реалістичного вибору слід також враховувати моментне навантаження:
P0=(Fv / n) + (M / L)
Де:
L= інтервал між каретками
M= момент перекидання
Ця формула дає більш консервативну оцінку для кожного вагона.
5. Розрахувати динамічне еквівалентне навантаження
У динамічних умовах каретка повинна витримувати поєднання ваги, інерції та зовнішньої сили.
Повну динамічну силу можна оцінити як:
Ft=Fv + Fa + Fe
Де:
- Ft= загальна динамічна сила
- Fv= вертикальне навантаження
- Fa= сила інерції
- Fe= зовнішня сила, наприклад сила різання або технологічна сила
Тоді динамічне навантаження на вагон можна оцінити як:
P1=(Ft / n) + (Ft × h / L)
Якщо машина змінює навантаження під час різних частин ходу, використовуйте еквівалентне динамічне навантаження:
Pm=∛[(P1³L1 + P2³L2 + …) / загальна відстань шляху]
Для багатьох стандартних програм автоматизації, якщо навантаження є відносно стабільним,Pm можна розглядати як P1.
6. Застосуйте фактор умов праці
Для остаточного відбору теоретичного навантаження недостатньо. Справжні машини мають вібрацію, удари, коливання навантаження та помилки встановлення.
Слід застосовувати коефіцієнт робочих умов:
P=Ka × P1
Де:
- P= виправлене динамічне навантаження
- КаКоефіцієнт робочих умов =
- P1= розраховане динамічне навантаження на каретку
Типові контрольні значення:
| Робочий стан | Рекомендовано Ка |
|---|---|
| Плавний низ{0}}швидкісний рух | 1.0–1.2 |
| Обладнання загальної автоматизації | 1.2–1.5 |
| Верстат з ЧПК або система частого запуску-зупинки | 1.5–2.0 |
| Сильний удар або важкі умови різання | 2.0–3.0 |
7. Перевірте статичний коефіцієнт безпеки
Показник статичного навантаженняC0використовується для перевірки того, чи можуть вагон і рейка протистояти постійній деформації під навантаженням.
Коефіцієнт статичної безпеки:
S0 = C0 / P0
Де:
- S0= статичний коефіцієнт безпеки
- C0= базове статичне навантаження
- P0= статичне навантаження на каретку
Рекомендовані значення:
| застосування | Рекомендований S0 |
|---|---|
| Обладнання загальної автоматизації | Більше або дорівнює 1,5 |
| Верстат з ЧПУ або прецизійна система автоматизації | Більше або дорівнює 2,0 |
| Значне навантаження або удар | Більше або дорівнює 3,0 |
Якщо коефіцієнт статичної міцності занадто низький, на рейках або доріжці кочення каретки може утворитися постійне вм’яття. Як тільки це станеться, система може втратити плавність і точність, навіть якщо змащення буде покращено пізніше.
8. Перевірте динамічний термін служби
Динамічне навантаженняCвикористовується для оцінки терміну служби.
Для лінійних напрямних кулькового-типу:
L=(C / P)³ × 100 000 км
Для роликових-лінійних напрямних:
L=(C / P)^(10/3) × 100 000 км
Де:
- LНомінальний термін служби =
- C= базове динамічне навантаження
- P= виправлене динамічне навантаження
Розрахований термін служби повинен бути вищим за цільовий термін служби обладнання.
Типове посилання:
| Тип обладнання | Загальне цільове життя |
|---|---|
| Обладнання загальної автоматизації | 5 000–10 000 км |
| Верстати з ЧПУ | 10 000–30 000 км |
| Обладнання для-важких-або-навантажень- | Потрібен вищий запас міцності |
Оскільки термін служби направляючої дуже чутливий до навантаження, невелике збільшення фактичного навантаження може значно скоротити термін служби. Ось чому вибір «достатньо» часто є ризикованим для обладнання безперервної роботи.
9. Практичні етапи вибору
Практичний процес відбору може бути:
- Обчисліть загальну рухому масу.
- Підтвердьте максимальну швидкість і прискорення.
- Виміряйте зміщення центру ваги та відстань між каретками.
- Розрахувати статичне навантаження на вагон.
- Розрахувати динамічне навантаження на вагон.
- Застосуйте коефіцієнт робочих умов.
- Виберіть попередній розмір направляючої рейки з каталогу виробника.
- Перевірте коефіцієнт статичної безпеки.
- Перевірте динамічний термін служби.
- Збільште розмір рейки або кількість вагонів, якщо результат недостатній.
Для ЧПУ та систем автоматизації зазвичай безпечніше перевіряти вантажопідйомність на основі найвимогливіших робочих умов, а не середніх умов.
10. Рекомендації щодо вибору типових програм
| застосування | Робочий стан | Рекомендований тип довідника | Розмір Common Rail |
|---|---|---|---|
| Світлова автоматика, інспекційне обладнання, малі маніпулятори | Низька швидкість, невелике навантаження | Лінійна напрямна -кулькового типу | 15 / 20 |
| Пакувальна машина, лазерне обладнання, стандартна автоматизована гірка | Середня швидкість, помірне навантаження | Лінійна напрямна -кулькового типу | 20 / 25 |
| Фрезерний верстат з ЧПУ, фрезерний верстат, деревообробний верстат | Сила різання, вібрація, часті рухи | Кульковий-тип або роликовий-направляючий | 25 / 30 / 35 |
| Портальний верстат, високошвидкісна{0}}точна автоматизація | Високе прискорення, моментне навантаження | Бажано направляти-роликового типу | 35 / 45 |
| Потужне-обладнання з ЧПК або ударне обладнання | Велике навантаження, сильна вібрація | Посібник-роликового типу | 45 / 55 |
Ці значення є лише практичними довідками. Остаточний вибір завжди слід звіряти з фактичним навантаженням, терміном служби та даними каталогу виробника.
11. Таблиця розрахунку вантажопідйомності
| Пункт | символ | одиниця | Значення |
|---|---|---|---|
| Рухома маса | m | кг | |
| Максимальне прискорення | a | m/s² | |
| Зміщення центру ваги | h | мм | |
| Відстань між каретками | L | мм | |
| Кількість рейок | - | шт | |
| Вагони на рейку | - | шт | |
| Загальна кількість вагонів | n | шт | |
| Зовнішня сила / сила різання | Fe | N | |
| Фактор умов праці | Ка | - | |
| Житт цілі L10 | L | км | |
| Вертикальне навантаження | Fv | N | m × 9.8 |
| Сила інерції | Fa | N | m × a |
| Сумарна динамічна сила | Ft | N | Fv + Fa + Fe |
| Статичне навантаження на вагон | P0 | N | (Fv / n) + (M / L) |
| Динамічне навантаження на вагон | P1 | N | (Ft / n) + (Ft × h / L) |
| Виправлене динамічне навантаження | P | N | Ka × P1 |
| Необхідна статична навантаження | C0 | N | P0 × коефіцієнт безпеки |
| Необхідне динамічне навантаження | C | N | На основі цільового життя |
| Рекомендований розмір рейки | - | - |
12. Поширені помилки вибору
Тільки розрахунок ваги заготовки
Напрямна система несе всю рухому конструкцію, а не тільки заготовку. Стіл, кріплення, шпиндель, каретка та вага ланцюга кабелю мають бути включені.
Ігнорування моментного навантаження
Напрямна може мати достатню вертикальну вантажопідйомність, але все одно виходити з ладу через момент перекидання. Це особливо часто зустрічається в конструкціях осі Z- і консольних конструкціях.
Використання занадто малого коефіцієнта безпеки
Рейка, яка працює під час тестування, може вийти з ладу після-тривалого виробництва. Прецизійне обладнання та системи ЧПК потребують достатнього запасу міцності.
Ігнорування прискорення
Високо{0}}системи автоматизації можуть мати низьке статичне навантаження, але високе динамічне навантаження. Слід враховувати часті прискорення та уповільнення.
Вибір тільки за шириною рейки
25-міліметрова рейка однієї серії може не мати такої ж вантажопідйомності, як інша 25-міліметрова рейка. Завжди перевіряйте динамічне навантаження, статичне навантаження та значення моменту з каталогу.
Висновок
Вибір вантажопідйомності aлінійна напрямна рейка та кареткадля ЧПУ та систем автоматизації – це не просто питання вибору більшої рейки. Надійний вибір повинен ґрунтуватися на реальній рухомій масі, прискоренні, напрямку навантаження, моментному навантаженні, робочому стані, статичному коефіцієнті безпеки та динамічному терміні служби.
Для легких систем автоматизації може бути достатньо стандартної напрямної -кулькового типу. Для верстатів з ЧПК, портальних систем, високо-швидкісних модулів або важкого різання потрібна вища жорсткість, кращий опір моменту та більший запас безпеки.
Добре-вибрана система лінійних напрямних допомагає машині працювати плавно, зберігати точність, зменшувати проблеми з обслуговуванням і досягати довшого терміну служби. Для отримання найкращих результатів остаточний вибір завжди слід звіряти з даними каталогу виробника та фактичними умовами роботи обладнання.
Маючи понад 20 років досвіду виробництва, DLY постачає лінійні напрямні рейки та каретки для верстатів з ЧПК, обладнання для автоматизації та промислових систем руху. Від стандартних кулькових-направляючих до-важконавантажувальних роликових напрямних, DLY підтримує глобальних дистриб’юторів, OEM-виробників і виробників машин стабільною якістю,-прямими постачаннями з заводу та інженерною підтримкою.
Зверніться до DLYдля підтримки розрахунку навантаження, рекомендацій щодо розміру рейок і-прямих рішень для ЧПК і систем автоматизації.
