Thanh dẫn hướng tròn so với thanh dẫn hướng vuông cho máy phay CNC

Bộ ray tuyến tính CNC

Ray dẫn hướng tuyến tính (bộ ray dẫn hướng tuyến tính CNC) có 2 loại, ray dẫn hướng tròn và ray dẫn hướng vuông. Ray dẫn hướng tròn có nguồn gốc đầu tiên nhưng không cung cấp độ chính xác như các thành phần ray dẫn hướng vuông. Tuy nhiên, ray dẫn hướng tròn là ray dẫn hướng được ưa chuộng cho các chuyển động thẳng đứng có tải trọng lớn. Ứng dụng sẽ quyết định loại ray dẫn hướng tuyến tính nào nên được sử dụng. Tiêu chí để chọn loại này không khác gì so với việc chọn bất kỳ loại nào khác Bộ định tuyến CNC thành phần, chỉ định thiết kế, xác định mục tiêu hệ thống và làm việc từ những thành công và sai lầm trong quá khứ. Nhưng bất kỳ ai thiếu kinh nghiệm đều có thể mắc lỗi đơn giản. Nơi tốt nhất để bắt đầu là tìm hiểu các phẩm chất cơ bản của từng loại và áp dụng những loại phù hợp nhất với ứng dụng.

Công nghệ ray dẫn hướng tròn đã được hoàn thiện gần như hoàn hảo trong 60 năm qua và ray dẫn hướng vuông đã có khoảng 35 năm đáng nể. Hầu hết các vấn đề thiết kế vốn có đã được giải quyết từ lâu và vật liệu đã được cải thiện đáng kể. Hầu hết các vấn đề phát sinh từ việc sử dụng sai và áp dụng sai. Và những lý do chính cho việc áp dụng sai thường xuất phát từ thành kiến hoặc định kiến cá nhân, tính toán sai hoặc phán đoán thẩm mỹ. Nghĩa là, một ray có cấu hình tuyến tính tương đối nhỏ có thể phù hợp với tải trọng, tốc độ và mọi yêu cầu khác. Nhưng khi được gắn vào bộ định tuyến CNC, một con mắt tinh tường có thể kết luận rằng nó trông yếu ớt và chắc chắn là quá nhỏ.

Một loại thanh dẫn hướng bi tuyến tính không nhất thiết dễ sử dụng hơn loại khác. Sự lựa chọn hoàn toàn phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể. Nhìn chung, một thành phần thanh ray vuông cụ thể có thể tốn kém hơn thanh ray tròn, nhưng các yêu cầu khác bao gồm chi phí hệ thống cần được giải quyết. Ít nhất, các mục này bao gồm chi phí chuẩn bị bệ máy định tuyến CNC hoặc bề mặt lắp khác để lắp hệ thống thanh ray, độ chính xác định vị cần thiết và không gian có sẵn cho hệ thống thanh ray tuyến tính.

Nhưng trước khi cam kết bút chì trên giấy hoặc chuột trên pad, hãy quyết định chọn thanh ray vuông hoặc tròn. Khi ứng dụng có vẻ như có thể đi theo cả hai hướng, hãy chạy các tính toán sơ bộ về các phẩm chất quan trọng nhất và các nhu cầu để đảm bảo không có gì bị bỏ sót.

Thanh dẫn hướng tròn

Trước khi có thanh dẫn hướng vuông, thanh dẫn hướng tròn được kỳ vọng sẽ đáp ứng mọi tình huống điều khiển chuyển động tuyến tính. Và trong nhiều năm, chúng đã làm được điều đó một cách đáng ngưỡng mộ. Nhưng khi người dùng công cụ định tuyến CNC yêu cầu dung sai chặt chẽ hơn cho một số công việc nhất định, các nhà sản xuất định tuyến CNC lại ưa chuộng phương pháp phay và cạo cổ điển. Thanh dẫn hướng tròn được sử dụng cho thiết bị ngoại vi khi chúng không thể đáp ứng các yêu cầu về dung sai.

Điều này không làm cho ray dẫn hướng tròn kém giá trị hoặc lỗi thời. Lợi ích của chúng vẫn lớn hơn nhược điểm. Ray dẫn hướng tròn thường rẻ hơn ray dẫn hướng vuông, nhưng đó không phải là tiêu chí chính cho bất kỳ ứng dụng nào. Ray dẫn hướng vuông thực sự có thể hỏng trong khi ray dẫn hướng tròn có thể hoạt động trơn tru và hoàn hảo. Ví dụ, ray dẫn hướng tròn dễ chấp nhận hơn đối với tình trạng lệch trục, độ song song kém và tải trọng mô men trong hầu hết các trường hợp Máy CNC và cho phép nhiều biến thể hơn ở ray h8 so với hệ thống ray vuông. Tuy nhiên, chúng có thể giữ độ thẳng di chuyển là 0.01 in. trong 10 ft. Ngoài ra, phần tử lăn nhỏ có xu hướng làm cho chuyển động ray tròn mượt mà hơn.

Để đạt được độ chính xác này, chúng chỉ cần hỗ trợ ở các đầu, mặc dù nhiều thanh ray được hỗ trợ tại một số điểm hoặc dọc theo toàn bộ chiều dài của chúng. Điều này cho phép các thanh ray vượt qua các khoảng trống mà không gặp vấn đề gì và an toàn đi từ điểm hỗ trợ này sang điểm hỗ trợ khác. Khi hệ thống thanh ray tròn chỉ yêu cầu cụm thanh ray trục (một trục, một thanh ray hoặc một trục và 2 khối được hỗ trợ ở đầu với 4 khối gối) thì chi phí chuẩn bị sẽ thấp hơn thanh ray vuông. Nhìn chung, lắp đặt thanh ray tròn tương đối dễ dàng và không tốn kém. Và dịch vụ và thay thế ưu tiên thanh ray tròn.

Thanh dẫn hướng vuông (Thanh dẫn hướng dạng profile)

Ray dẫn hướng vuông ban đầu được thiết kế cho ngành công nghiệp dụng cụ định tuyến CNC. Chúng thay thế các thanh ray và đường dẫn tích hợp, là các bộ phận không thể thiếu của giường định tuyến CNC. Tuy nhiên, một số thanh ray và đường dẫn truyền thống vẫn cung cấp độ chính xác cao trong một số tình huống nhất định.

Ray dẫn hướng vuông cứng hơn và chắc hơn, nhưng cần hỗ trợ thẳng, liên tục với các yêu cầu chặt chẽ về độ phẳng và độ song song; chúng không thể vượt qua các khoảng trống như ray tròn. Tuy nhiên, vì các nhà sản xuất bộ định tuyến CNC đã quen với việc chuẩn bị giường chính xác nên đây không phải là vấn đề.

Ưu điểm chính của ray dẫn hướng vuông là độ chính xác định vị cao, đặc biệt hữu ích trong phay và mài. Chúng giữ từ 0.0002 đến 0.001 in. trên chiều dài 10 ft, so với 0.01 in. của ray dẫn hướng tròn. Chúng cũng xử lý độ chính xác này cho tải trọng tức thời; một giá đỡ đơn và một thanh ray đơn phù hợp hơn cho mục đích này so với ray tròn. Và vì ray vuông xử lý tải trọng cao hơn ở độ chính xác cao nên hầu hết người dùng chấp nhận độ mịn kém hơn một chút so với ray dẫn hướng tròn.

Mặc dù một đơn vị ray có cấu hình đơn có thể xử lý tải trọng mô men, nhưng không phải lúc nào cũng được khuyến khích. Nên sử dụng 2 hoặc nhiều đơn vị để cân bằng tải trọng hoặc phân bổ trọng lượng. Tuy nhiên, một ray vuông có thể phù hợp với nơi cần 2 ray dẫn hướng tròn. Ray cấu hình cũng dễ sử dụng hơn vì chúng chỉ cần một hoặc 2 bộ phận cho một hệ thống hoàn chỉnh, ray và giá đỡ, trong khi ray tròn bao gồm nhiều bộ phận hơn.

Ray dẫn hướng vuông có khả năng chịu tải cao hơn, được định nghĩa là lượng tải mà thiết bị chịu được khi di chuyển một khoảng cách xác định. Ví dụ, khả năng chịu tải 20,000 N dựa trên định mức 100 km. Và độ mòn là tối thiểu vì ray không trượt nhưng có tiếp xúc lăn. Tuổi thọ của ray vuông chủ yếu phụ thuộc vào loại môi trường mà nó tồn tại, bôi trơn thích hợp và bảo dưỡng. Với tất cả các yếu tố khác đều như nhau, ray dẫn hướng tròn có khả năng chịu đựng cao hơn một chút vì chúng không phải là một gói chặt chẽ và không nhạy cảm với những thay đổi nhỏ. Ray vuông nhạy cảm hơn với mảnh vụn và va đập, mặc dù nó có khả năng chịu tải và khả năng chống va đập cao hơn nhưng không ảnh hưởng đến bộ phận lăn.

Xét về khía cạnh hao mòn, ray tròn cũng có khả năng loại bỏ mảnh vụn tự nhiên. Đường ray vuông được ẩn khỏi lối vào trực tiếp nhưng không nhất thiết loại bỏ mảnh vụn. Với lực truyền động chất lỏng tác dụng vào ray, ray tròn hoạt động tốt hơn ray vuông, vì ray vuông có thể kéo lên một số khu vực đường đua, trong khi ray tròn ít có xu hướng kéo lên hơn.

Chọn loại ray để sử dụng trước khi bắt đầu bố trí thành phần bộ định tuyến CNC. Các đồ gá lắp khác nhau đáng kể giữa ray dẫn hướng tròn và vuông, và khu vực làm việc cũng khác nhau như tải trọng định mức cho kích thước vật lý. Nếu sau này không hiệu quả, việc thay đổi từ một thương hiệu ray vuông sang một thương hiệu khác sẽ dễ hơn là thay đổi từ ray vuông sang ray tròn. Tất cả các nhà sản xuất đều tuân theo các tiêu chuẩn cho phép một số mức độ hoán đổi trong cùng một loại.

Hiệu quả có thể được tiếp cận từ 2 góc độ. Một góc độ liên quan đến hệ số cản ma sát; ma sát càng ít thì năng lượng đầu vào càng thấp. Lực cản của ray tròn thấp hơn một chút và hoạt động của nó mượt mà hơn ray dạng hình. Nhưng những người sử dụng ray dẫn hướng hình vuông thường xuyên sẽ cung cấp đủ năng lượng để dẫn động ray đủ tốt. Một số người cũng xem xét hiệu quả theo quan điểm về kích thước hoặc đường bao tổng thể. Ray dạng hình nhỏ hơn cung cấp một gói nhỏ hơn cho tải trọng cao hơn.

Tải trọng va chạm, giống như tải trọng va chạm tức thời, ảnh hưởng đến tất cả các ổ trục. Ray dẫn hướng vuông có thể chịu được tải trọng nặng hơn so với một đơn vị nhỏ, do đó, va chạm giống lực va chạm hơn. Nhưng trong mọi trường hợp, ray được điều chỉnh theo khả năng chịu tải trọng thông thường, không phải tải trọng va chạm. Không có sự khác biệt đáng kể nào ngoại trừ việc trong máy móc hạng nặng, va chạm có hại hơn chỉ vì khối lượng thuần túy.

Ray dẫn hướng vuông đi kèm với một số mức giảm tải môi trường quan trọng, thường được tìm thấy trong sổ tay hướng dẫn của nhà sản xuất hoặc hướng dẫn thiết kế. Thật không may, các nhà thiết kế không xem xét các yếu tố giảm tải thường xuyên đủ trong các giai đoạn thiết kế ban đầu cho ray dẫn hướng tròn hoặc vuông. Ví dụ, mức định mức chu kỳ nhiệm vụ tiêu chuẩn ở Hoa Kỳ là 2 triệu in. hoặc 50 km và 100 km hoặc 4 triệu in. đối với thị trường châu Âu. Thông thường, các tiêu chuẩn khuyến nghị rằng hệ thống ray không được sử dụng vượt quá 25 hoặc 50% của công suất định mức.

Nó nằm trong danh mục

Hầu hết các danh mục cho các thanh dẫn hướng bi và con lăn tuyến tính đều có thông tin ứng dụng và kỹ thuật để định cỡ và lắp đặt. Các thông số này là cần thiết để xác định tải trọng động và định mức mô men và tải trọng tĩnh và khả năng chịu mô men, bao gồm độ cao, độ lăn và độ lệch. Các danh mục cũng bao gồm các biểu đồ và phương trình để xác định tuổi thọ di chuyển của ổ trục từ định mức tải trọng động và các thông số đầu vào tải trọng động được áp dụng. Mỗi thanh dẫn hướng bi hoặc con lăn tuyến tính đều có các thông số kỹ thuật riêng về vận tốc, gia tốc, dung sai, tải trước và phạm vi nhiệt độ.

Tham số quan trọng nhất đối với thanh dẫn hướng là độ song song chạy, nằm trong phạm vi vài micrômet. Nếu không tuân thủ chặt chẽ, ổ trục sẽ bị kẹt hoặc mòn sớm. Để ngăn ngừa các vấn đề như vậy, hướng dẫn lắp đặt cẩn thận đề cập đến chủ đề chuẩn bị bề mặt lắp, dung sai lắp và độ song song của ray. Dữ liệu lắp đặt cũng bao gồm độ lệch dọc ray, độ lệch giá đỡ dọc và ngang, dung sai lỗ lắp, mô-men xoắn bu lông và mối nối mông.

Vòng bi lót bi tuyến tính tròn yêu cầu những cân nhắc tương tự như ray định hình, cộng thêm một vài cân nhắc khác. Biểu đồ cực minh họa khả năng chịu tải động và biểu đồ cho thấy tuổi thọ tải. Hệ số ma sát thấp 0.001 và thông số kỹ thuật tự căn chỉnh được cung cấp cho ray dẫn hướng tròn loại bỏ nhu cầu về các hệ số giảm tải thường được chỉ định cho ray định hình.

Ứng dụng

Trong khi ray dẫn hướng tuyến tính vuông từng có giá cao hơn nhiều lần so với công nghệ tròn do yêu cầu mài rộng rãi vốn có trong thiết kế, các kỹ thuật sản xuất mới và quy mô kinh tế đã khuyến khích các kỹ sư sử dụng ray dẫn hướng vuông trong không gian ứng dụng rộng hơn. Ray dẫn hướng tuyến tính vuông hiện có thể được tìm thấy trong nhiều ứng dụng tương tự mà trước đây chỉ được hỗ trợ bởi ray dẫn hướng tròn.

Hầu hết các ứng dụng có thể sử dụng ray dẫn hướng tròn hoặc vuông. Nhưng một số ray được thay thế bằng loại khác vì loại trước không hoạt động. Đó là trường hợp ở giường bệnh nhân trong bệnh viện, nơi nhà thiết kế bắt đầu bằng ray vuông để di chuyển theo trục. Nhưng cụm lắp ráp sẽ bị kẹt; nó không thể di chuyển tự do trừ khi bu lông lắp được nới lỏng để cho phép một số chuyển động xoắn. Khung giường đơn giản là không đủ cứng. Ray vuông phải được thay thế bằng ray tròn tự căn chỉnh.

Một ứng dụng khác cũng gặp vấn đề tương tự là thanh ray vuông gắn vào đế kim loại tấm trong máy bán hàng tự động. Thanh ray không hoạt động vì giá đỡ kim loại tấm không đủ cứng. Đôi khi, các nhà thiết kế lặp lại sai lầm khi họ nhìn nhận cùng một vấn đề theo một góc độ khác. Một kỹ sư quen thuộc với thanh ray dẫn hướng tròn có thể có xu hướng gắn bó với chúng, bất kể ứng dụng cần độ chính xác cao hơn. Nhưng hầu hết các ứng dụng không cần độ chính xác của thanh ray vuông. Họ nên xem xét toàn bộ chi phí hệ thống, không chỉ chi phí linh kiện. Và điều đó có nghĩa là kết hợp các yêu cầu cho tất cả các thiết bị ngoại vi và các vấn đề mở rộng.

Biểu đồ tải trọng/tuổi thọ của thanh ray tròn biểu thị tải trọng giới hạn cho một ổ trục bi-ống lót nhất định. Nhập biểu đồ có tải trọng tối đa của ổ trục chịu tải nặng nhất và tuổi thọ di chuyển cần thiết và tìm nơi 2 đường giao nhau. Khu vực qua hoặc phía trên và bên phải giao điểm biểu thị ổ trục phù hợp nhất.

Hướng của ổ trục hoặc hướng của tải trọng tác dụng xác định khả năng chịu tải động của ổ trục bi-ống lót. Hệ số hiệu chỉnh được tìm thấy từ hướng của tải trọng tác dụng so với hướng của các rãnh bi ổ trục được hiển thị trong đồ thị cực. Để xác định khả năng chịu tải, hãy nhân hệ số hiệu chỉnh K với khả năng chịu tải động của đơn vị cụ thể.

Ray dẫn hướng vuông có thể hoạt động tốt hơn ray dẫn hướng tròn trong những trường hợp cụ thể đòi hỏi độ cứng cao hơn và độ nhỏ gọn hơn về khả năng chịu tải so với kích thước. Nhìn chung, ray dẫn hướng dạng profile có khả năng chịu tải, độ chính xác và độ cứng cao hơn, tuổi thọ dài hơn.

Ray dẫn hướng vuông được yêu cầu phải có bề mặt cực kỳ song song để tránh bị kẹt và mài mòn quá mức. Chúng có xu hướng có hình dạng của bề mặt lắp, khiến việc tuân thủ nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật song song là cần thiết.

So sánh ray dẫn hướng tròn và ray dẫn hướng vuông

Đặc tính	Thanh dẫn hướng tròn	Thanh dẫn hướng vuông
Phí Tổn	Nói chung ít tốn kém hơn	Nói chung là đắt hơn
của DINTEK	Dễ dàng căn chỉnh và cài đặt hơn	Yêu cầu căn chỉnh và lắp đặt chính xác hơn
Chuyển động mượt mà	Chuyển động mượt mà hơn với ít ma sát hơn	Chuyển động tốt, nhưng có thể có nhiều ma sát hơn so với đường ray tròn
Tải trọng	Khả năng chịu tải thấp hơn	Khả năng chịu tải cao hơn
Tính ổn định	Có thể uốn cong hoặc biến dạng dưới tải trọng nặng	Ổn định hơn, ít có khả năng bị cong vênh khi chịu tải nặng
Độ bền cao	Ít bền hơn khi sử dụng liên tục và nặng nhọc	Bền hơn, phù hợp cho các ứng dụng nặng
Các Ứng Dụng	Lý tưởng cho các ứng dụng nhẹ hơn và ít đòi hỏi hơn	Lý tưởng cho các ứng dụng nặng và có độ chính xác cao
Tính linh hoạt	Có sẵn nhiều đường kính và chiều dài khác nhau	Có nhiều kích cỡ khác nhau, nhưng nhìn chung cứng hơn
bảo trì	Dễ bảo trì hơn do thiết kế đơn giản	Có thể cần bảo trì nhiều hơn do tính phức tạp
Độ chính xác	Ít chính xác hơn trong các tình huống tải cao	Độ chính xác cao, thích hợp cho gia công chính xác
Linh hoạt	Linh hoạt hơn và có thể điều chỉnh được những sai lệch nhỏ	Ít linh hoạt hơn, đòi hỏi sự căn chỉnh chính xác