ערכת מסילה לינארית CNC
מסילות הדרכה ליניאריות (ערכת מסילות ליניאריות CNC) מגיעות ב-2 סוגים, מסילות הדרכה עגולות ומסילות הדרכה מרובעות. מסילות מובילות עגולות מקורן במקום הראשון אך אינן מספקות את הדיוק שמציעים רכיבי מסילה מרובעים. עם זאת, מסילת ההדרכה העגולה היא מסילת ההדרכה המועדפת לתנועות אנכיות עם עומסים כבדים. האפליקציה תכתיב באיזה סוג של מסילות הנחייה ליניאריות יש להשתמש. הקריטריונים לבחירה באחד על פני השני אינם שונים מבחירה בכל אחד אחר נתב CNC רכיב, פרט את העיצוב, הגדרת יעדי המערכת ועבודה מהצלחות וטעויות העבר. אבל כל מי שחסר לו ניסיון יכול לעשות טעויות פשוטות. המקום הטוב ביותר להתחיל בו הוא ללמוד את התכונות הבסיסיות של כל סוג ולאמץ את אלו הרלוונטיות ביותר ליישום.
טכנולוגיית מסילות הנחייה העגולות שוכללה כמעט לשלמות במהלך 60 השנים האחרונות ומסילות ההנחיה המרובעות היו סביב 35 מכובדים. רוב בעיות העיצוב הגלומות כבר מזמן נגוזו והחומרים השתפרו באופן דרמטי. רוב הבעיות נובעות משימוש לרעה ויישום שגוי. והסיבות העיקריות ליישום שגוי נובעות לעתים קרובות מהטיה אישית או דעה קדומה, טעות בחישוב או שיפוט אסתטי. כלומר, מעקה פרופיל ליניארי קטן יחסית עשוי להתאים לעומס, למהירות ולכל דרישה אחרת. אבל כשהוא מותקן על נתב ה-CNC, עין הבחנה עשויה להסיק שהוא נראה חלש ובהחלט קטן.
סוג אחד של מוביל תותב כדורי ליניארי אינו בהכרח קל יותר לשימוש מאשר סוג אחר. הבחירה תלויה לחלוטין ביישום הספציפי. באופן כללי, רכיב מסויים של מסילה מרובעת עשוי לעלות יותר מהסיבוב, אך יש להתייחס לדרישות אחרות כולל עלות המערכת. לכל הפחות, פריטים אלה כוללים את ההוצאות על הכנת מיטת נתב CNC או משטח הרכבה אחר כך שיתאים למערכת המסילות, את דיוק המיקום הדרוש ואת השטח הפנוי עבור תת-המערכת ליניארית-מסילה.
אבל לפני שתגדירו עיפרון לנייר או עכבר לרפידה, החליטו על מסילה מרובעת או עגולה. כאשר היישום נראה כאילו הוא יכול ללכת לשני הכיוונים, הפעל חישובים ראשוניים על התכונות הקריטיות ביותר וצריך לוודא ששום דבר אינו מתעלם.
מסילות מנחים עגולים
לפני הופעתן של מסילות מובילות מרובעות, מסילות מובילות עגולות היו צפויות לספק כל מצב בקרת תנועה ליניארית. ובמשך שנים רבות, הם עשו זאת בצורה מעוררת הערצה. אך מכיוון שמשתמשי כלי נתב CNC דרשו סובלנות קרובה יותר עבור עבודות מסוימות, יצרני נתבי CNC העדיפו את השיטה הקלאסית של דרכי כרסום וגרד. מסילות הדרכה עגולות שימשו לציוד היקפי כאשר הן לא יכלו לעמוד בדרישות סובלנות.
זה לא הפך את מסילות ההדרכה העגולות פחות יקרות או מיושנות. היתרונות שלהם ממשיכים לעלות על החסרונות שלהם. מסילות מובילות עגולות בדרך כלל זולות יותר ממסילות מובילות מרובעות, אבל זה לא אמור להיות הקריטריון העיקרי לכל יישום. מסילה מרובעת יכולה למעשה להיכשל ואילו מסילה עגולה יכולה לעבוד בצורה חלקה וללא רבב. לדוגמה, מסילות מובילות עגולות סלחניות יותר לחוסר יישור, מקביליות לקויה ועומסי רגע ברוב מכונות CNC ולאפשר וריאציה רבה יותר במסילה h8 מאשר במערכות מסילה מרובעות. ובכל זאת, הם יכולים להחזיק ישרות נסיעה של 0.01 אינץ'. עבור 10 רגל. כמו כן, האלמנט המתגלגל הקטן נוטה להפוך את תנועת המסילה העגולה לחלקה יותר.
כדי להשיג דיוק זה, הם זקוקים לתמיכה רק בקצוות, אם כי רבים נתמכים בכמה נקודות או לכל אורכם. זה מאפשר למסילות לחצות פערים ללא בעיה, ולעבור בבטחה מתמיכה אחת לאחרת. כאשר מערכת המסילה העגולה דורשת רק מכלול פיר-מסילה (פיר, מסילה או פיר ו-2 בלוקים נתמכי קצה עם 4 בלוקי כריות) עלות ההכנה נמוכה מהמסילה המרובעת. בדרך כלל, התקנת מסילה עגולה קלה יחסית וזולה. ושירות והחלפה מעדיפים את המסילה העגולה.
מסילות מובילות מרובעות (מסילות מובילות לפרופיל)
מסילות הדרכה מרובעות תוכננו בתחילה עבור תעשיית כלי הנתב CNC. הם החליפו כרכרות ודרכים משולבות, שהם אזורים אינטגרליים של מיטת הנתב CNC. עם זאת, חלק מהכרכרות והדרכים המסורתיות עדיין מספקות דיוק גבוה במצבים מסוימים.
מסילות מובילות מרובעות קשיחות ונוקשות יותר, אך זקוקות לתמיכה ישרה ורציפה עם דרישות הדוקות לשטיחות ומקביליות; הם לא יכולים לעבור את הפערים שמסילה עגולה יכולה. אולם מכיוון שיצרני נתבי CNC רגילים להכנת מיטה מדויקת, זו לא בעיה.
היתרון העיקרי של מסילות מובילות מרובעות הוא דיוק המיקום הגבוה שלהן, שימושי במיוחד בכרסום וטחינה. הם מחזיקים בין 0.0002 ל-0.001 אינץ' לאורך של 10 רגל, בהשוואה ל-0.01 אינץ' עבור מסילות מובילות עגולות. הם גם מטפלים בדיוק זה לעומס רגע; כרכרה בודדת ומסילה בודדת מתאימות לכך יותר מאשר מסילה עגולה. ומכיוון שהמסילה המרובעת מטפלת בעומסים גבוהים יותר ברמת דיוק גבוהה, רוב המשתמשים סובלים קצת פחות חלקות ממה שמציעות המסילות העגולות.
למרות שיחידת מסילה אחת יכולה להתמודד עם עומס רגעי, היא לא תמיד מומלצת. יש להשתמש ב-2 יחידות או יותר כדי לאזן את העומס או לחלק את המשקל. עם זאת, מסילה מרובעת אחת יכולה להתאים במקום שבו יידרשו 2 מסילות מדריך עגולות. גם מסילות פרופיל קלות יותר לשימוש מכיוון שהן זקוקות לחלק אחד או שניים למערכת שלמה, המסילה והכרכרה, בעוד שהמסילה העגולה כוללת עוד כמה חלקים.
למסילות מכוונות מרובעות קיבולת חיי עומס גבוהה יותר, המוגדרת ככמות העומס שהיחידה שורדת בנסיעה למרחק מוגדר. לדוגמה, קיבולת של 20,000-N מבוססת על דירוג של 100 ק"מ. והבלאי הוא מינימלי כי המסילה לא מחליקה אלא יש לה מגע מתגלגל. חיי מסילה מרובעת תלויים בעיקר בסוג הסביבה בה היא שוכנת, בשימון נכון ובתחזוקה. עם כל השאר שווים, מסילות מובילות עגולות קצת יותר סובלניות מכיוון שהן לא חבילה הדוקה כל כך ולא רגישות לשינויים קלים. מסילה מרובעת רגישה יותר לפסולת ולפגיעה, אם כי יש לה יכולת גבוהה יותר ועמידות בפני פגיעות שאינן משפיעות על האלמנט המתגלגל.
בהתחשב בהיבט הבלאי, למסילה העגולה יש גם יכולות טבעיות של שפיכת פסולת. פסי רכבת מרובעים מוסתרים מגישה ישירה אך אינם בהכרח משירים פסולת. עם כוח מניע נוזלי המופעל על המסילה, מסילה עגולה מתפקדת טוב יותר ממסילה מרובעת, מכיוון שהמסילה המרובעת עלולה למשוך למעלה בחלק מאזורי המירוץ, בעוד שלמסילה העגולה יש פחות נטיות למשיכה למעלה.
בחר סוג מסילה לשימוש לפני התחלת פריסת רכיבי נתב CNC. מתקני ההרכבה שונים בתכלית בין מסילות מובילות עגולות ומרובעות, והאזור לעבוד בו משתנה וכך גם דירוג העומס לגודל הפיזי. אם זה לא יצליח מאוחר יותר, מעבר ממותג אחד של מסילה מרובעת למשנהו קל יותר מאשר מעבר ממסילה מרובעת למסילה עגולה. כל היצרנים פועלים לפי תקנים המאפשרים מידה מסוימת של החלפה בתוך סוג מסוים.
ניתן לגשת ליעילות מ-2 זוויות. האחד עוסק במקדם גרר החיכוך; פחות חיכוך פירושו אנרגיית כניסה נמוכה יותר. גרירת מסילה עגולה מעט נמוכה יותר והפעולה שלו חלקה יותר ממסילה פרופילית. אבל מי שמשתמש במסילות מובילות מרובעות מספקים מספיק כוח כדי להניע את המסילות בצורה מספיק טובה. חלקם גם רואים יעילות מנקודת המבט של המעטפה או הגודל הכוללים. מסילת הפרופיל הקטנה יותר מציעה חבילה קטנה יותר לעומסים גבוהים יותר.
טעינת הלם, כמו בעומס פגיעה מיידי, משפיעה על כל המסבים. מסילות מובילות מרובעות יכולות להתמודד עם עומס כבד יותר מאשר יחידה קטנה, כך שההלם הוא יותר כוח פגיעה. אבל בכל המקרים, המסילה מותאמת לקיבולת העומס הרגיל, לא עומס הלם. אין הבדל משמעותי פרט לכך שבמכונות כבדות זעזוע מזיק יותר רק בגלל המסה הטהורה.
מסילות מכוונות מרובעות מגיעות עם כמה דרגות נמוכות סביבתיות קריטיות, שנמצאות בדרך כלל במדריך היצרן או במדריך העיצוב. למרבה הצער, מעצבים אינם שוקלים גורמי ירידה בתדירות גבוהה מספיק בשלבי התכנון ההתחלתיים עבור מסילות מובילות עגולות או מרובעות. לדוגמה, דירוג מחזור העבודה הסטנדרטי בארה"ב הוא 2 מיליון אינץ' או 50 ק"מ ו-100 ק"מ או 4 מיליון אינץ' עבור השוק האירופי. לעתים קרובות, התקנים ממליצים שלא להשתמש במערכת מסילות מעבר ל-25 או 50% של הקיבולת המדורגת.
זה בקטלוג
רוב הקטלוגים למובילי רולר וכדורים ליניאריים מכילים מידע על יישום והנדסה עבור גודל והתקנה. פרמטרים אלו נדרשים לקביעת דירוגי העומס והמומנטים הדינמיים ויכולות העומס והמומנטים הסטטיים, הכוללים שיפוע, גלגול ו-yaw. הקטלוגים כוללים גם גרפים ומשוואות לקביעת חיי מסע של מסבים מתוך דירוג העומס הדינמי ופרמטרי קלט העומס הדינמי המיושמים. לכל מוביל גלגלות ליניארי או מיסב כדורי יש מפרט ייחודי למהירות, תאוצה, סובלנות, עומס מראש וטווח טמפרטורה.
הפרמטר הקריטי ביותר עבור מדריכי פרופילים הוא הפעלת מקביליות, שנמצאת בטווח של מספר מיקרומטרים. אלא אם כן עוקבים אחריו מקרוב, המיסבים נקשרים או נשחקים בטרם עת. כדי למנוע בעיות כאלה, מדריכי התקנה מכסים בקפידה את נושא הכנת משטח הרכבה, סובלנות הרכבה והקבילות מסילה. נתוני ההתקנה כוללים גם היסט אנכי של המסילה, היסט המרכבה האנכית והצדדית, סובלנות חורי הרכבה, מומנט הברגים ומפרקי קת.
מיסבים כדוריים ליניאריים עגולים דורשים את אותם שיקולים כמו מסילות פרופיל, ועוד כמה. גרפים קוטביים ממחישים את יכולת העומס הדינמית, וגרפים מציגים את חיי העומס. מקדם החיכוך הנמוך של 0.001 ומפרטי התאמה עצמית שניתנו למסילות מובילות עגולות מבטלים את הצורך בגורמי הירידה המוגדרים בדרך כלל למסילות פרופיל.
יישומים
בעוד שמסילות מובילות ליניאריות מרובעות עלו פעם הרבה יותר מטכנולוגיה עגולה בשל דרישות השחזה הנרחבות הגלומות בתכנון, טכניקות ייצור חדשות ויתרונות קנה מידה עודדו מהנדסים לשעשע את השימוש במסילות מובילות מרובעות במרחב יישום רחב יותר. ניתן למצוא כעת מסילות מובילות ליניאריות מרובעות ברבים מאותם יישומים שבעבר נתמכו רק על ידי מסילות מובילות עגולות.
רוב היישומים יכולים להשתמש במסילות מדריך עגולות או מרובעות. אבל חלק מהמסילות מוחלפות בסוג השני מכיוון שהראשון לא עובד. כך היה במקרה של מיטת חולים בבית חולים שבה המעצב התחיל עם מסילה מרובעת לתנועה צירית. אבל האסיפה תחייב; הוא לא יכול היה לנוע בחופשיות אלא אם כן שחררו את בורגי ההרכבה כדי לאפשר תנועת פיתול מסוימת. מסגרת המיטה פשוט לא הייתה קשיחה מספיק. היה צורך להחליף את המסילה המרובעת במסילה העגולה המתיישרת עצמית.
יישום נוסף שסבל מבעיה דומה היה מסילה מרובעת המותקנת על בסיס פחים במכונות אוטומטיות. המסילה לא עבדה מכיוון שהרכבת הפח לא הייתה קשיחה מספיק. לפעמים, מעצבים חוזרים על טעויות כשהם מסתכלים על אותה בעיה באור אחר. מהנדס שמכיר את מסילות ההנחיה העגולות עשוי להתמיד בהן, ללא קשר לצרכי היישום לדיוק גבוה יותר. אבל רוב היישומים אינם זקוקים לדיוק המסילה המרובעת. הם צריכים להסתכל על כל עלות המערכת, לא רק את עלות הרכיב. וזה אומר לשלב את הדרישות לכל הציוד ההיקפי והנושאים המורחבים.
גרף העומס/חיים של המסילה העגולה מציין את העומס המגביל עבור מיסב כדורי נתון. היכנסו לתרשים עם העומס המרבי של המיסב הכבד ביותר וחיי הנסיעה הנדרשים ומצאו היכן 2 הקווים מצטלבים. השטח דרך או מעל ומימין לצומת מציין את המיסבים המתאימים ביותר.
כיוון המיסב או כיוון העומס המופעל קובעים את כושר העומס הדינמי של מיסב תותב כדורי. מקדם התיקון נמצא מכיוון העומס המופעל ביחס לכיוון מסלולי הכדורים המסובים המוצגים בגרף הקוטבי. כדי לקבוע את קיבולת העומס, הכפל את מקדם התיקון K בקיבולת העומס הדינמית של היחידה הספציפית.
מסילות מובילות מרובעות יכולות להתעלות על מסילות מובילות עגולות בנסיבות ספציפיות הדורשות קשיחות גבוהה יותר וקומפקטיות יותר מבחינת כושר העומס ביחס לגודל. באופן כללי, מסילות מובילות פרופיל מציעות כושר עומס גבוה יותר, דיוק וקשיחות ותוחלת חיים ארוכה יותר.
מסילות מובילות מרובעות נדרשות להיות בעלות משטחים מקבילים במיוחד כדי למנוע כריכה ובלאי יתר. הם נוטים לקבל את הצורה של משטח ההרכבה, מה שמחייב הקפדה על מפרטי ההקבלה.
מסילות מובילים עגולים לעומת מסילות מובילות מרובעות במבט אחד
| מאפיין | מסילות מנחים עגולים | מסילות מובילות מרובעות |
|---|---|---|
| עלות | בדרך כלל פחות יקר | בדרך כלל יקר יותר |
| הַתקָנָה | קל יותר ליישור ולהתקין | דורש יישור והרכבה מדויקים יותר |
| חלקות תנועה | תנועה חלקה יותר עם פחות חיכוך | תנועה טובה, אך עשויה להיות בעלת חיכוך רב יותר מאשר מסילות עגולות |
| כושר העמסה | יכולת נשיאת עומס נמוכה יותר | יכולת נשיאת עומס גבוהה יותר |
| יציבות | יכול להסיט או להתכופף תחת עומסים כבדים | יציב יותר, פחות סיכוי להתכופף תחת עומסים כבדים |
| עמידות | פחות עמיד בשימוש כבד ומתמשך | עמיד יותר, מתאים ליישומים כבדים |
| בקשה | אידיאלי ליישומים קלים יותר ופחות תובעניים | אידיאלי עבור יישומים כבדים ודיוק גבוה |
| רב צדדי | זמין בקטרים ואורכים שונים | זמין בגדלים שונים, אך בדרך כלל נוקשה יותר |
| תחזוקה | קל יותר לתחזוקה הודות לעיצוב פשוט | עשוי לדרוש תחזוקה רבה יותר בשל המורכבות |
| דיוק | פחות מדויק בתרחישי עומס גבוה | דיוק גבוה, מתאים לעיבוד מדויק |
| גמישות | גמיש יותר, ויכול להכיל פגמים קלים | פחות גמיש, דורש יישור מדויק |
