Guias lineares CNC vs. General-Machine

Máquinas CNC e máquinas industriais em geral não usam necessariamente duas categorias completamente diferentes de guias lineares. Em muitos casos, a mesma série de guias lineares pode ser usada em um centro de usinagem, máquina de embalagem, dispositivo de inspeção ou sistema de manuseio automatizado.

O que muda é a especificação selecionada para a aplicação. Um eixo de corte CNC pode exigir maior rigidez, maior capacidade de carga de momento, pré-carga adequada e maior precisão de instalação. Um eixo de automação geral pode dar mais ênfase à baixa resistência ao movimento, tamanho compacto, alta aceleração e longa vida útil.

A guia deve, portanto, ser selecionada de acordo com a força real, deflexão, precisão, velocidade, ciclo de trabalho, estrutura de montagem e ambiente - não simplesmente de acordo com o fato de a máquina ser chamada de máquina CNC ou máquina geral.

Resposta direta:As guias CNC são geralmente selecionadas com maior atenção à rigidez, deformação sob força de corte, pré-carga, capacidade de momento, precisão de funcionamento e qualidade de montagem. As guias gerais da máquina podem priorizar tamanho compacto, movimento suave, aceleração, custo ou manutenção. No entanto, uma máquina de inspeção ou automação de alta precisão pode exigir uma guia mais precisa do que algumas máquinas CNC, portanto, o nome da máquina por si só não determina a especificação.

Não existe uma guia linear universal "somente CNC"

Uma guia linear perfilada consiste em um trilho, um ou mais blocos guia, esferas ou rolos circulantes, vedações e um sistema de lubrificação. A mesma estrutura básica é usada em muitos tipos de equipamentos industriais.

Por exemplo, uma guia esférica para carga pesada pode ser usada em uma fresadora CNC, um robô de pórtico ou uma grande linha de montagem automatizada. Uma guia de perfil baixo pode ser usada em equipamentos de automação compactos, mas também pode ser instalada em um eixo CNC onde a altura de montagem disponível é limitada.

A questão importante não é:

"Esta é uma guia CNC ou uma guia para máquinas em geral?"

As perguntas úteis são:

Que forças e momentos atuam em cada bloco guia?
Quanta deformação elástica a máquina pode tolerar?
Que precisão de funcionamento e estabilidade de posicionamento são necessárias?
Que velocidade, aceleração e ciclo de trabalho o eixo usará?
Quais configurações de pré-carga e vedação são apropriadas?
A base da máquina e o processo de instalação podem suportar o grau de precisão selecionado?

Uma guia de baixo perfil não se limita a máquinas em geral. A sua adequação depende da carga, rigidez, precisão, velocidade e altura de instalação disponível.

Fator de seleção	Eixo da máquina CNC	Máquina Industrial Geral
Objetivo principal	Mantenha a precisão e a rigidez da usinagem sob força de corte ou retificação	Depende da máquina: velocidade, suavidade, compacidade, custo, vida útil ou estabilidade de posicionamento
Força externa	Força de corte, força de retificação, reação da ferramenta, peso da mesa e carga de aceleração	Peso da carga útil, força de aceleração, força de pressão, tensão da correia ou força de manuseio
Rigidez	Muitas vezes, uma grande prioridade porque a deflexão pode afetar as dimensões das peças e o acabamento superficial	Pode ser moderado ou alto dependendo dos requisitos de posicionamento, inspeção e montagem
Grau de precisão	Selecionado de acordo com a precisão da usinagem, geometria e requisitos de trilhos correspondentes	Pode variar de precisão industrial normal até precisão de inspeção de ultraprecisão
Pré-carregar	Frequentemente selecionado para melhorar a rigidez e a resistência à vibração	Frequentemente selecionado para equilibrar suavidade, força motriz, precisão e rigidez
Velocidade e aceleração	O deslocamento rápido pode ser rápido, mas o avanço de corte pode ser muito mais lento	Os eixos de embalagem e pick-and-place podem acelerar e reverter com mais frequência do que os eixos CNC
Ambiente	Lascas de metal, líquido refrigerante, partículas abrasivas, névoa de óleo e calor de corte	Pode estar limpo, empoeirado, úmido, de processamento de alimentos, exposto a altas temperaturas ou quimicamente exposto
Instalação	Geralmente requer superfícies de referência usinadas com precisão e alinhamento controlado dos trilhos	Os requisitos dependem da precisão real e da pré-carga da máquina, e não da etiqueta da aplicação

A precisão da guia linear normalmente inclui tolerâncias dimensionais e o paralelismo de funcionamento do bloco em relação às superfícies de referência do trilho.

As guias lineares de esferas DLY podem ser fornecidas em diferentes graus de precisão, incluindo H, P, SP e UP, de acordo com a série selecionada e os requisitos do projeto.

A escolha de uma classe mais alta pode reduzir erros dimensionais e de deslocamento relacionados à guia, mas não garante que a máquina CNC completa ou o sistema de automação atingirão a mesma precisão de posicionamento.

A precisão final da máquina também depende de:

Planicidade e retidão da base da máquina
Paralelismo entre dois trilhos
Perpendicularidade entre os eixos X, Y e Z
Precisão de avanço do fuso de esfera e rigidez do suporte axial
Servocontrole e feedback do encoder
Expansão térmica da estrutura da máquina
Deformação da mesa de trabalho e do fuso
Métodos de instalação, aperto e inspeção

Um grau de precisão mais alto só é útil quando o restante da máquina pode preservá-lo.Instalar uma guia de precisão ou superprecisão em uma base irregular não corrige o erro da base. Em vez disso, o trilho pode seguir a superfície de montagem distorcida e desenvolver maior resistência ao movimento.

Para obter uma explicação detalhada dos graus de precisão e tolerâncias de deslocamento, consulteO que realmente significa precisão do guia linear?

Em uma máquina CNC, a guia deve suportar a estrutura móvel enquanto resiste à força de corte, à reação da ferramenta e à vibração.

A capacidade de carga indicada no catálogo é importante, mas a capacidade de carga por si só não descreve o quanto o sistema de guia se deformará. A rigidez descreve a relação entre a força aplicada e o deslocamento elástico:

k = F ÷ δ

k= rigidez do sistema
F= força aplicada
δ= deslocamento elástico sob essa força

Se dois sistemas de guia puderem transportar a carga com segurança, mas um deles desviar menos sob a mesma força de corte, o sistema mais rígido poderá proporcionar melhor estabilidade de usinagem.

Esta é uma das razões pelas quais as guias do tipo rolo são frequentemente consideradas para usinagem pesada. Os rolos cilíndricos proporcionam contato linear com a pista e podem oferecer maior rigidez e menor deformação elástica do que uma estrutura semelhante do tipo esfera.

No entanto, nem toda máquina CNC precisa de uma guia de rolos. Roteadoras CNC, máquinas de gravação, máquinas a laser e equipamentos de corte leve podem usar uma guia esférica de tamanho adequado quando sua capacidade de carga, rigidez e vida útil atenderem aos requisitos do projeto.

É incorreto presumir que todas as máquinas CNC operam mais rapidamente que os equipamentos industriais em geral.

Um centro de usinagem pode usar um movimento de avanço rápido, mas uma velocidade de avanço muito mais lenta durante o corte. Em comparação, uma máquina de embalagem, classificação ou pick-and-place pode acelerar, parar e inverter a direção centenas ou milhares de vezes durante um turno de produção.

A força de inércia gerada durante a aceleração é:

F = m × uma

F= força de inércia em newtons
eu= massa móvel total em quilogramas
um= aceleração em metros por segundo ao quadrado

Um eixo de automação leve pode ter uma carga estática menor do que uma mesa CNC, mas ainda criar cargas de inércia repetidas, forças de reversão e alto deslocamento acumulado.

Para tais equipamentos, baixa massa móvel, circulação suave, lubrificação adequada e pré-carga corretamente selecionada podem ser mais importantes do que selecionar a guia com a maior rigidez possível.

As cargas da máquina raramente atuam diretamente no centro do sistema de guia. Uma ferramenta de corte, fuso, braço robótico, câmera de inspeção ou peça de trabalho podem ser posicionados acima ou ao lado dos blocos guia.

Uma força de deslocamento produz um momento:

M = F × h

M= momento de carga
F= força aplicada
h= distância perpendicular da força ao sistema de guia

A carga no bloco mais carregado pode ser muito maior do que a carga total simples da máquina dividida pelo número de blocos.

Aumentar a distância entre dois trilhos ou entre dois blocos pode melhorar a resistência ao momento e reduzir a concentração de carga. Em muitos projetos, melhorar o arranjo das guias é mais eficaz do que simplesmente aumentar a largura do trilho.

Usar dois blocos com espaçamento adequado pode aumentar a resistência ao momento de inclinação e guinada. A carga real ainda deve ser calculada para cada bloco.

A escolha entre uma guia de esferas e uma guia de rolos deve ser baseada principalmente na carga, rigidez, deformação, velocidade, qualidade de instalação e custo.

Comparação	Guia tipo bola	Guia tipo rolo
Elemento rolante	Bolas de aço	Rolos cilíndricos
Formulário de contato	Área de contato pontual ou pequena elíptica sob carga	Área de contato de linha mais longa
Força principal	Movimento suave, desempenho versátil, alta velocidade e seleção econômica	Maior rigidez, capacidade de carga pesada e menor deformação elástica
Uso típico de CNC	Roteadores CNC, máquinas a laser, centros de usinagem padrão e corte leve a médio	Centros de usinagem pesados, grandes retificadoras, pórticos e eixos de alta rigidez
Uso geral típico	Automação, embalagem, manuseio, robôs, inspeção e montagem	Prensagem pesada, conformação, grandes sistemas de manuseio e equipamentos de alto momento
Sensibilidade de instalação	Depende do tamanho e da pré-carga; geralmente oferece alguma absorção de erros de instalação	A alta rigidez torna as superfícies de montagem e o alinhamento precisos especialmente importantes

Uma guia de rolos não deve ser selecionada apenas porque a máquina é uma máquina CNC. É selecionado quando o requisito calculado de carga, momento, rigidez ou deformação justifica a estrutura do rolo.

A pré-carga cria uma força interna entre os corpos rolantes e as pistas antes que uma carga de trabalho externa seja aplicada.

A pré-carga adequada pode reduzir a folga interna, aumentar a rigidez e melhorar a estabilidade do movimento durante o corte, prensagem, aceleração ou inversão de direção.

Uma pré-carga mais alta também aumenta:

Resistência à corrida
Força motriz necessária
Geração de calor
Sensibilidade a erros de superfície de montagem
Carga interna usada em cálculos de vida útil

Condição de aplicação	Direção de seleção de pré-carga
Automação de carga leve de alta velocidade	Prefira baixa resistência ao funcionamento, a menos que maior rigidez seja exigida pela estrutura da máquina
Eixo de corte CNC padrão	Equilibra rigidez, controle de vibração, força motriz e guia a vida
Usinagem pesada ou retificação	Uma pré-carga maior pode ser considerada após verificação da rigidez da base, alinhamento e capacidade do motor
Equipamento de inspeção de precisão	Use apenas pré-carga suficiente para manter a estabilidade de posicionamento sem criar calor desnecessário ou perturbação do servo

Para níveis de pré-carga e considerações de seleção, consultePré-carga do guia linear explicada.

As máquinas CNC geralmente geram cavacos de metal, refrigerante, partículas abrasivas e névoa de óleo. Estas condições podem exigir vedações de extremidade, vedações de fundo, vedações duplas, raspadores, raspadores de metal, tampas de furos de trilhos ou uma tampa externa da máquina.

As máquinas em geral não são automaticamente mais limpas. Máquinas para trabalhar madeira, equipamentos de corte de pedra, linhas de processamento de alimentos, equipamentos de fabricação de baterias e sistemas de manuseio externo podem expor a guia a contaminação severa, umidade ou produtos químicos.

Uma vedação mais forte pode melhorar a proteção contra contaminação, mas normalmente adiciona resistência ao funcionamento. A configuração da vedação deve, portanto, corresponder ao risco ambiental e à força motriz disponível.

Ambiente	Direção de Proteção
Automação interna limpa	As vedações padrão podem ser adequadas quando a lubrificação e a manutenção são controladas
Corte CNC com cavacos e refrigeração	Raspadores mais fortes, tampas de furos de parafusos e proteção completa da máquina podem ser necessários
Pó abrasivo	Vedação em múltiplos estágios e uma cobertura externa devem ser consideradas
Água, produtos químicos ou lavagem	Confirme o tratamento de superfície, o material de vedação e a compatibilidade do lubrificante

Uma guia de precisão pré-carregada requer uma superfície de montagem suficientemente plana, reta e rígida.

Se a base da máquina contiver rebarbas, tinta, amassados, assentos irregulares dos parafusos ou erro excessivo de planicidade, apertar o trilho pode forçá-lo a seguir o erro da base.

Num sistema de dois carris, um carril é normalmente estabelecido como carril de referência. O segundo trilho é então alinhado paralelamente ao primeiro enquanto a mesa ou um dispositivo de medição verifica o movimento suave.

As verificações de instalação devem incluir:

Planicidade e retidão da superfície de montagem
Ombros de referência limpos
Retidão do trilho após o aperto
Paralelismo entre dois trilhos
Consistência da altura do bloco sob a mesa montada
Sequência e torque corretos de aperto dos parafusos
Força de tração ou carga do motor durante todo o curso
Precisão de funcionamento após a máquina atingir a temperatura operacional

As máquinas CNC geralmente usam estruturas mais rígidas de ferro fundido ou aço com ressaltos de referência usinados. Alguns sistemas de automação utilizam perfis de alumínio ou placas mais finas que podem deformar quando os trilhos são apertados. O projeto de montagem deve corresponder à pré-carga e à precisão da guia, em vez de depender da guia para corrigir uma base flexível.

Considere uma mesa CNC submetida a uma reação de corte de 4.000 N atuando 250 mm acima do plano de montagem da guia.

O momento resultante é:

M = 4.000 × 0,25 = 1.000 N·m

A seleção não deve ser baseada apenas no peso da mesa. O sistema de guia deve resistir ao momento de corte, limitar o deslocamento elástico e manter segurança estática e resistência à fadiga suficientes.

Possível direção de seleção:

Dois trilhos com espaçamento adequado
Dois blocos por trilho com espaçamento longitudinal suficiente
Guia de esferas para carga pesada HD ou guia de rolos RD de acordo com a rigidez necessária
Pré-carga média ou superior adequada após verificação da precisão da montagem
Grau de precisão apropriado para a geometria da máquina
Raspadores e tampas adequados para cavacos e refrigerante

Considere um eixo de automação com massa móvel total de 60 kg e aceleração de 8 m/s².

A força de aceleração é:

F = 60 × 8 = 480 N

Essa carga pode ser muito menor que a força em uma mesa central de usinagem, mas o eixo pode inverter a direção com frequência e acumular uma grande distância anual de deslocamento.

Possível direção de seleção:

ED de baixo perfil ou guia de esfera HD adequada
Massa mínima da guia e do carro consistente com a rigidez necessária
Pré-carga leve ou adequada para controlar resistência e temperatura
Cálculo de vida útil baseado na distância real do ciclo
Lubrificação adequada para movimentos alternativos de alta frequência
Verificação do momento com base na pinça e no centro de gravidade da carga útil

Estes exemplos explicam apenas o processo de seleção. Eles não substituem um cálculo específico do modelo usando as classificações reais de carga do bloco DLY, momentos estáticos, pré-carga, espaçamento entre trilhos e ciclo de trabalho.

Série DLY	Estrutura	Direção de seleção adequada
alta definição	Guia de esferas para cargas pesadas	Máquinas CNC, equipamentos de usinagem, sistemas de pórticos e automação que exigem capacidade de carga equilibrada, precisão e movimento suave
DE	Guia de esfera de baixo perfil	Estruturas CNC compactas, equipamentos semicondutores, sistemas de inspeção e automação de alta velocidade com altura de montagem limitada
DR	Guia de rolos de alta rigidez	Usinagem pesada, retificação, alta força de corte, alto momento de carga e equipamentos que exigem menor deformação elástica
Médico	Guia de bola em miniatura	Instrumentos compactos, pequenos dispositivos de inspeção, equipamentos eletrônicos e mecanismos de movimento leves

Veja oGama de produtos de guia linear DLYpara opções de guia tipo esfera, perfil baixo, tipo rolo e guia em miniatura.

Erro	Por que está incorreto
Selecionando o grau de precisão mais alto porque a máquina é CNC	A base da máquina, o parafuso, o codificador e a montagem podem não suportar ou exigir esse grau
Selecionando uma guia de rolos para cada máquina CNC	Muitas aplicações CNC podem usar uma guia esférica de tamanho correto com menor custo e desempenho adequado
Supondo que máquinas em geral possam usar pistas ou esferas de qualidade inferior	Confiabilidade, vida útil e movimento suave ainda exigem superfícies de rolamento fabricadas corretamente e componentes correspondentes
Supondo que guias de baixo perfil sejam apenas para máquinas leves	Perfil baixo descreve a geometria da montagem; a capacidade real depende do modelo, tamanho e disposição dos blocos
Dividindo a carga total igualmente entre todos os blocos	Cargas e momentos deslocados podem fazer com que um bloco carregue uma carga muito maior
Escolhendo a pré-carga mais alta	A pré-carga excessiva aumenta a resistência, o calor, a sensibilidade da instalação e a carga interna
Ignorando a estrutura de montagem	Uma base flexível, irregular ou desalinhada pode impedir que uma guia de precisão funcione corretamente

Para selecionar uma guia para CNC ou máquinas em geral, forneça a condição operacional completa.

Tipo de máquina e função do eixo
Massa em movimento
Corte, prensagem ou força de processo
Centro de gravidade e posição de aplicação de força
Espaçamento entre trilhos e espaçamento entre blocos
Número de trilhos e blocos
Curso, velocidade e aceleração
Ciclos por minuto e tempo de operação diário
Precisão e rigidez de posicionamento necessárias
Deformação elástica permitida
Orientação de montagem
Material da base de montagem e precisão de usinagem
Poeira, lascas, líquido refrigerante, água e temperatura
Vida útil necessária e condições de manutenção

Não necessariamente. As guias CNC e de automação podem utilizar a mesma estrutura de aço-rolamento. A série selecionada, tratamento térmico, tamanho, grau de precisão, pré-carga, vedação e requisitos de correspondência são distinções mais úteis do que a categoria da máquina.

Não. A classe necessária depende da precisão da máquina, comprimento do trilho, disposição, qualidade de montagem e sistema de posicionamento completo. Os graus H ou P podem ser adequados para muitas máquinas, enquanto aplicações mais rigorosas podem exigir SP ou UP.

Não. As guias de rolos são valiosas quando são necessárias maior rigidez, capacidade de carga pesada e menor deformação elástica. As guias esféricas podem ser mais adequadas para cortes mais leves, movimentos mais rápidos, custos mais baixos ou aplicações CNC mais gerais.

Sim, quando sua carga, momento, rigidez, vida útil, precisão, pré-carga e configuração ambiental atendem a ambas as aplicações. O código exato do bloco e a configuração da opção ainda podem ser diferentes.

O custo depende da série, tamanho do trilho, quantidade de blocos, grau de precisão, pré-carga, montagem correspondente, vedações, acessórios de lubrificação, comprimento do trilho e quantidade do pedido. Uma máquina de inspeção de precisão pode usar uma configuração de guia mais cara do que uma máquina CNC básica.

A série de guias DLY usa dimensões e estruturas de blocos comparáveis aos sistemas do tipo HIWIN comumente usados. No entanto, a substituição deve ser confirmada usando o modelo completo, largura do trilho, altura de montagem, espaçamento dos furos de montagem, comprimento do bloco, pré-carga, precisão e opções de vedação, em vez de assumir que cada produto é automaticamente intercambiável.

Envie DLY o desenho da sua máquina, massa móvel, força de corte ou processo, disposição dos trilhos, curso, velocidade, precisão, pré-carga, vedação e requisitos de vida útil. Podemos ajudar a comparar estruturas de guias HD, ED, RD e MD para máquinas CNC e equipamentos industriais em geral.

E-mail: export@dlybearing.com

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