Runde Führungsschienen VS quadratische Führungsschienen für CNC-Fräser

CNC-Linearschienensatz

Lineare Führungsschienen (CNC-Linearschienen-Kit) gibt es in zwei Typen: runde Führungsschienen und quadratische Führungsschienen. Runde Führungsschienen wurden zuerst entwickelt, bieten aber nicht die Präzision von quadratischen Führungsschienenkomponenten. Die runde Führungsschiene ist jedoch die bevorzugte Führungsschiene für vertikale Bewegungen mit schweren Lasten. Die Anwendung bestimmt, welche Art von linearen Führungsschienen verwendet werden soll. Die Kriterien für die Auswahl der einen gegenüber der anderen unterscheiden sich nicht von denen für jede andere Art. CNC-Router Komponente, spezifizieren Sie das Design, definieren Sie Systemziele und arbeiten Sie mit früheren Erfolgen und Fehlern. Aber jeder, der nicht über genügend Erfahrung verfügt, kann einfache Fehler machen. Am besten beginnen Sie damit, die grundlegenden Eigenschaften jedes Typs zu lernen und diejenigen zu übernehmen, die für die Anwendung am relevantesten sind.

Die Technologie runder Führungsschienen wurde in den letzten 60 Jahren nahezu perfektioniert und quadratische Führungsschienen sind mittlerweile respektable 35 Jahre alt. Die meisten der inhärenten Konstruktionsprobleme sind seit langem behoben und die Materialien haben sich dramatisch verbessert. Die meisten Probleme entstehen durch Missbrauch und falsche Anwendung. Und die Hauptgründe für eine falsche Anwendung sind oft persönliche Voreingenommenheit oder Vorurteile, eine Fehlkalkulation oder eine ästhetische Beurteilung. Das heißt, eine relativ kleine lineare Profilschiene kann der Belastung, Geschwindigkeit und allen anderen Anforderungen perfekt gerecht werden. Aber wenn sie an der CNC-Fräse montiert wird, könnte ein kritisches Auge zu dem Schluss kommen, dass sie schwach und definitiv unterdimensioniert aussieht.

Eine Art von linearer Kugelführung ist nicht unbedingt einfacher zu verwenden als eine andere. Die Wahl hängt ganz von der jeweiligen Anwendung ab. Im Allgemeinen kann eine bestimmte Vierkantschienenkomponente mehr kosten als die runde, aber andere Anforderungen, einschließlich der Systemkosten, sollten berücksichtigt werden. Zu diesen Posten gehören mindestens die Kosten für die Vorbereitung des CNC-Fräsbetts oder einer anderen Montagefläche zur Aufnahme des Schienensystems, die erforderliche Positionierungsgenauigkeit und der für das Linearschienensubsystem verfügbare Platz.

Aber bevor Sie den Stift aufs Papier oder die Maus aufs Pad setzen, entscheiden Sie sich für eine quadratische oder runde Schiene. Wenn die Anwendung in beide Richtungen gehen könnte, führen Sie vorläufige Berechnungen der wichtigsten Eigenschaften und Anforderungen durch, um sicherzustellen, dass nichts übersehen wird.

Runde Führungsschienen

Vor der Einführung quadratischer Führungsschienen wurde erwartet, dass runde Führungsschienen jede lineare Bewegungssteuerungssituation erfüllen. Und viele Jahre lang haben sie das bewundernswert getan. Da die Benutzer von CNC-Fräswerkzeugen jedoch für bestimmte Arbeiten engere Toleranzen forderten, bevorzugten die Hersteller von CNC-Fräsern die klassische Methode des Fräsens und Schabens. Runde Führungsschienen wurden für Peripheriegeräte verwendet, wenn sie die Toleranzanforderungen nicht erfüllen konnten.

Dies hat runde Führungsschienen nicht weniger wertvoll oder obsolet gemacht. Ihre Vorteile überwiegen weiterhin ihre Nachteile. Runde Führungsschienen sind im Allgemeinen günstiger als quadratische Führungsschienen, aber das sollte nicht das Hauptkriterium für irgendeine Anwendung sein. Eine quadratische Schiene kann tatsächlich versagen, während eine runde Schiene reibungslos und einwandfrei funktionieren kann. Beispielsweise sind runde Führungsschienen in den meisten Fällen toleranter gegenüber Fehlausrichtungen, mangelnder Parallelität und Momentbelastungen. CNC Maschinen und ermöglichen mehr Variationen in der Schienenhöhe h8 als Vierkantschienensysteme. Dennoch können sie eine Laufgeradheit von 0.01 Zoll über 10 Fuß beibehalten. Außerdem sorgt das kleine Rollelement dafür, dass die Bewegung der Rundschiene sanfter verläuft.

Um diese Genauigkeit zu erreichen, müssen sie nur an den Enden gestützt werden, obwohl viele an mehreren Punkten oder über ihre gesamte Länge gestützt werden. Dadurch können die Schienen problemlos Lücken überqueren und sicher von einer Stütze zur nächsten wechseln. Wenn das Rundschienensystem nur eine Wellen-Schienen-Baugruppe erfordert (eine Welle, eine Schiene oder eine Welle und 2 endgestützte Blöcke mit 4 Stehlagern), sind die Vorbereitungskosten geringer als bei der Vierkantschiene. Im Allgemeinen ist die Installation von Rundschienen relativ einfach und kostengünstig. Und Wartung und Austausch sind für Rundschienen günstiger.

Quadratische Führungsschienen (Profilführungsschienen)

Quadratische Führungsschienen wurden ursprünglich für die CNC-Fräswerkzeugindustrie entwickelt. Sie ersetzten integrierte Schlitten und Führungen, die integrale Bestandteile des CNC-Fräsbetts sind. Trotzdem bieten einige traditionelle Schlitten und Führungen in bestimmten Situationen immer noch eine hohe Genauigkeit.

Quadratische Führungsschienen sind steifer und starrer, benötigen aber eine gerade, durchgehende Stütze mit strengen Anforderungen an Ebenheit und Parallelität; sie können nicht die Lücken überbrücken, die eine runde Schiene überbrücken kann. Da die Hersteller von CNC-Fräsern jedoch an die präzise Bettvorbereitung gewöhnt sind, stellt dies kein Problem dar.

Der Hauptvorteil von quadratischen Führungsschienen ist ihre hohe Positioniergenauigkeit, die besonders beim Fräsen und Schleifen nützlich ist. Sie halten auf einer Länge von 0.0002 Fuß 0.001 bis 10 Zoll, im Vergleich zu 0.01 Zoll bei runden Führungsschienen. Sie erreichen diese Präzision auch bei Momentbelastung; ein einzelner Wagen und eine einzelne Schiene sind hierfür besser geeignet als eine runde Schiene. Und da die quadratische Schiene höhere Belastungen bei hoher Genauigkeit bewältigt, tolerieren die meisten Benutzer eine etwas geringere Glätte als die runden Führungsschienen bieten.

Obwohl eine einzelne Profilschieneneinheit eine Momentlast aushalten kann, ist dies nicht immer empfehlenswert. Um die Last auszugleichen oder das Gewicht zu verteilen, sollten 2 oder mehr Einheiten verwendet werden. Eine quadratische Schiene kann jedoch dort eingesetzt werden, wo 2 runde Führungsschienen erforderlich wären. Profilschienen sind außerdem einfacher zu verwenden, da sie ein oder 2 Teile für ein komplettes System benötigen, die Schiene und den Wagen, während die runde Schiene aus ein paar mehr Teilen besteht.

Quadratische Führungsschienen haben eine höhere Tragfähigkeit, definiert als die Last, die die Einheit über eine bestimmte Distanz aushält. Eine Tragfähigkeit von 20,000 N basiert beispielsweise auf einer Nennleistung von 100 km. Und der Verschleiß ist minimal, da die Schiene nicht gleitet, sondern rollenden Kontakt hat. Die Lebensdauer quadratischer Schienen hängt in erster Linie von der Art der Umgebung ab, in der sie sich befinden, sowie von der richtigen Schmierung und Wartung. Wenn sonst alles unverändert bleibt, sind runde Führungsschienen etwas toleranter, da sie nicht so dicht sind und nicht so empfindlich auf geringfügige Abweichungen reagieren. Eine quadratische Schiene reagiert empfindlicher auf Schmutz und Stöße, obwohl sie eine höhere Tragfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße aufweist, die das Rollelement nicht beeinträchtigen.

Was den Verschleißaspekt betrifft, weist die runde Schiene auch eine natürliche Fähigkeit auf, Schmutz abzuwerfen. Schienen mit quadratischen Schienen sind vor direktem Zugriff verborgen, werfen aber nicht unbedingt Schmutz ab. Wenn eine flüssige Antriebskraft auf die Schiene ausgeübt wird, ist die Leistung einer runden Schiene besser als die einer quadratischen Schiene, da die quadratische Schiene in einigen Laufflächen hochziehen könnte, während die runde Schiene weniger zum Hochziehen neigt.

Wählen Sie einen Schienentyp aus, bevor Sie mit der Bauteilplanung für den CNC-Fräser beginnen. Die Montagevorrichtungen unterscheiden sich grundlegend zwischen runden und quadratischen Führungsschienen, und der Arbeitsbereich variiert ebenso wie die Tragfähigkeit für die physikalische Größe. Wenn es später nicht klappt, ist der Wechsel von einer Marke quadratischer Schienen zu einer anderen einfacher als der Wechsel von einer quadratischen zu einer runden Schiene. Alle Hersteller befolgen Standards, die ein gewisses Maß an Austauschbarkeit innerhalb eines Typs ermöglichen.

Die Effizienz kann aus zwei Blickwinkeln betrachtet werden. Einer befasst sich mit dem Reibungskoeffizienten; weniger Reibung bedeutet weniger Eingangsenergie. Der Widerstand runder Schienen ist etwas geringer und ihre Bewegung ist sanfter als bei Profilschienen. Wer jedoch regelmäßig quadratische Führungsschienen verwendet, stellt genügend Leistung bereit, um die Schienen ausreichend gut anzutreiben. Manche betrachten die Effizienz auch vom Standpunkt der Gesamthülle oder Größe aus. Die kleinere Profilschiene bietet ein kleineres Paket für höhere Lasten.

Stoßbelastungen wirken sich wie eine plötzliche Stoßbelastung auf alle Lager aus. Quadratische Führungsschienen können eine höhere Last aushalten als eine kleine Einheit, sodass der Stoß eher eine Aufprallkraft ist. Aber in allen Fällen ist die Schiene auf die Kapazität der normalen Last ausgelegt, nicht auf eine Stoßbelastung. Es gibt keinen signifikanten Unterschied, außer dass bei schweren Maschinen ein Stoß allein aufgrund der reinen Masse schädlicher ist.

Quadratische Führungsschienen sind mit einigen kritischen Umwelt-Deratings ausgestattet, die normalerweise im Handbuch oder im Konstruktionshandbuch des Herstellers zu finden sind. Leider berücksichtigen Designer die Derating-Faktoren in den Anfangsphasen des Entwurfs für runde oder quadratische Führungsschienen nicht häufig genug. Beispielsweise beträgt die Standard-Betriebszyklus-Bewertung in den USA 2 Millionen Zoll oder 50 km und 100 km oder 4 Millionen Zoll für den europäischen Markt. Häufig empfehlen die Standards, ein Schienensystem nicht über 25 oder 50% der Nennkapazität.

Es ist im Katalog

Die meisten Kataloge für lineare Rollen- und Kugelführungen enthalten Anwendungs- und technische Informationen zur Dimensionierung und Installation. Diese Parameter sind erforderlich, um die dynamischen Last- und Momentwerte sowie die statischen Last- und Momentkapazitäten zu bestimmen, die Neigung, Roll- und Gierwinkel umfassen. Kataloge enthalten außerdem Diagramme und Gleichungen zur Bestimmung der Lagerlebensdauer anhand der dynamischen Lastwerte und der angewandten dynamischen Lasteingabeparameter. Jede lineare Rollen- oder Kugellagerführung verfügt über einzigartige Spezifikationen für Geschwindigkeit, Beschleunigung, Toleranzen, Vorspannung und Temperaturbereich.

Der kritischste Parameter für Profilführungen ist die Laufparallelität, die im Bereich von mehreren Mikrometern liegt. Wenn diese nicht genau beachtet werden, blockieren oder verschleißen die Lager vorzeitig. Um solche Probleme zu vermeiden, behandeln Installationsanleitungen die Themen Vorbereitung der Montagefläche, Montagetoleranzen und Schienenparallelität sorgfältig. Die Installationsdaten umfassen auch den vertikalen Schienenversatz, den vertikalen und seitlichen Wagenversatz, die Toleranzen der Montagelöcher, das Schraubendrehmoment und die Stoßverbindungen.

Bei runden Linearkugellagern sind die gleichen Überlegungen wie bei Profilschienen zu berücksichtigen, und dazu noch einige. Polardiagramme veranschaulichen die dynamische Tragfähigkeit und Diagramme zeigen die Lebensdauer. Der niedrige Reibungskoeffizient von 0.001 und die selbstausrichtenden Eigenschaften runder Führungsschienen machen die Leistungsminderungsfaktoren überflüssig, die üblicherweise Profilschienen zugewiesen werden.

Anwendungen

Während quadratische Linearführungsschienen früher aufgrund der umfangreichen Schleifanforderungen, die mit der Konstruktion einhergehen, um ein Vielfaches teurer waren als runde Schienen, haben neue Fertigungstechniken und Skaleneffekte die Ingenieure dazu ermutigt, quadratische Führungsschienen in einem breiteren Anwendungsbereich einzusetzen. Quadratische Linearführungsschienen sind heute in vielen der gleichen Anwendungen zu finden, die früher nur von runden Führungsschienen unterstützt wurden.

Für die meisten Anwendungen können entweder runde oder quadratische Führungsschienen verwendet werden. Einige Schienen werden jedoch durch die jeweils andere Art ersetzt, da erstere nicht funktioniert. Dies war beispielsweise bei einem Krankenhausbett der Fall, bei dem der Konstrukteur mit einer quadratischen Schiene für axiale Bewegung begann. Die Baugruppe klemmte jedoch; sie konnte sich nicht frei bewegen, es sei denn, die Befestigungsschrauben wurden gelöst, um eine gewisse Drehbewegung zu ermöglichen. Der Bettrahmen war einfach nicht stabil genug. Die quadratische Schiene musste durch die selbstausrichtende runde Schiene ersetzt werden.

Eine andere Anwendung, die unter einem ähnlichen Problem litt, war eine Vierkantschiene, die an einem Blechsockel in einem Verkaufsautomaten befestigt war. Die Schiene funktionierte nicht, weil die Blechbefestigung nicht stabil genug war. Manchmal wiederholen Designer Fehler, wenn sie dasselbe Problem aus einem anderen Blickwinkel betrachten. Ein Ingenieur, der mit runden Führungsschienen vertraut ist, neigt möglicherweise dazu, bei ihnen zu bleiben, ungeachtet der Anforderungen der Anwendung an höhere Genauigkeit. Die meisten Anwendungen benötigen jedoch nicht die Genauigkeit einer Vierkantschiene. Sie sollten die Gesamtsystemkosten betrachten, nicht nur die Komponentenkosten. Und das bedeutet, dass die Anforderungen für alle Peripheriegeräte und erweiterten Probleme berücksichtigt werden müssen.

Das Last-/Lebensdauerdiagramm der Rundschiene zeigt die Grenzlast für ein bestimmtes Kugellager an. Rufen Sie das Diagramm mit der maximalen Last des am stärksten belasteten Lagers und der erforderlichen Laufleistung auf und suchen Sie, wo sich die beiden Linien schneiden. Der Bereich durch oder über und rechts vom Schnittpunkt zeigt die am besten geeigneten Lager an.

Die Ausrichtung des Lagers bzw. die Richtung der aufgebrachten Last bestimmt die dynamische Tragfähigkeit eines Kugelbuchsenlagers. Der Korrekturfaktor ergibt sich aus der Richtung der aufgebrachten Last im Verhältnis zur Ausrichtung der Kugellaufbahnen des Lagers, die im Polardiagramm dargestellt sind. Um die Tragfähigkeit zu bestimmen, multiplizieren Sie den Korrekturfaktor K mit der dynamischen Tragfähigkeit der jeweiligen Einheit.

Quadratische Führungsschienen können runde Führungsschienen unter bestimmten Umständen übertreffen, wenn eine höhere Steifigkeit und Kompaktheit in Bezug auf die Tragfähigkeit im Verhältnis zur Größe erforderlich ist. Im Allgemeinen bieten Profilführungsschienen eine höhere Tragfähigkeit, Genauigkeit und Steifigkeit sowie eine längere Lebensdauer.

Quadratische Führungsschienen müssen extrem parallele Oberflächen aufweisen, um ein Verklemmen und übermäßigen Verschleiß zu verhindern. Sie neigen dazu, die Form der Montagefläche anzunehmen, sodass die Parallelitätsspezifikationen strikt eingehalten werden müssen.

Runde Führungsschienen VS Quadratische Führungsschienen auf einen Blick