Recursos da guia linear

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1 Funções necessárias para a superfície da guia linear Alta carga permitida Altamente rígido em todas as direções Alta repetibilidade de posicionamento Precisão de operação obtida facilmente Alta precisão mantida durante um longo período Movimento suave sem folgas Altíssima velocidade Fácil manutenção Pode ser usado em diversos ambientes Alta carga permitida e alta rigidez Efeito da precisão média por erro de absorção da superfície de montagem Estrutura ideal com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato Capacidade superior de absorção de erro com a geometria DF Baixo coeficiente de atrito Ampla gama de opcionais (Lubrificador QZ, Espátula de contato laminada LaCS etc.) Como resultado, as seguintes características são alcançadas. Fácil manutenção Maior produtividade da máquina Economia substancial de energia Baixo custo total Maior precisão da máquina Maior eficiência da geometria da máquina B

2 Alta carga permitida e alta rigidez Alta carga permitida A guia linear tem ranhuras nas pistas com raio quase igual ao raio da esfera, que é signifi cativamente diferente da bucha linear. Como mostrado na Fig.1, que compara o tamanho entre a guia linear e a bucha linear com capacidade de carga dinâmica semelhante, a guia linear é bem menor que a bucha linear, indicando que ela permite uma geometria signifi cativamente compacta. A razão para essa economia de espaço é a diferença maior na carga permitida entre a estrutura de contato com ranhura em R e a estrutura de contato da superfície. A estrutura de contato com ranhura em forma de R (raio: 52% do raio da esfera) pode carregar uma carga por esfera 13 vezes maior que a estrutura de contato da superfície. Como a vida de serviço é proporcional ao cubo da carga permitida, esse aumento da carga suportada pela esfera se traduz em uma vida de serviço aproximadamente vezes mais longa que a da bucha linear. Alojamento 170 Eixo Bucha linear Base de montagem 165 Bloco Trilho modelo SSR15XW Bucha linear modelo LM80 OP Capacidade nominal de carga dinâmica: 14,7 kn Capacidade nominal de carga dinâmica: 7,35 kn Fig.1 Comparação entre a guia linear e a bucha linear Tabela1 Capacidade de carga por esfera (P e P 1 ) Pressão permitida da superfície de contato: MPa Ranhura em R (P) Superfície plana (P 1 ) P/P 1 3,175 (1/8 ) 0,90 kn 0,07 kn 13 4,763 (3/16 ) 2,03 kn 0,16 kn 13 6,350 (1/4 ) 3,61 kn 0,28 kn 13 7,938 (5/16 ) 5,64 kn 0,44 kn 13 P Ranhura em R P1 Superfície plana 11,906 (15/32 ) 12,68 kn 0,98 kn 13 Fig.2 Capacidade de carga por esfera B

3 Alta rigidez A guia linear é capaz de suportar cargas verticais e horizontais. Além disso, devido a geometria de ranhura de arco circular, ele é capaz de suportar uma pré-carga conforme o necessário para aumentar sua rigidez. Comparada com um sistema de eixo parafuso de alimentação e um haste em rigidez, a superfície da guia que usa uma guia linear tem rigidez maior. Exemplo de rigidez estática comparada entre a guia linear, um sistema de eixo parafuso de alimentação e uma haste (centro de usinagem vertical com motor de eixo principal de 7,5 kw) [Componentes] : SVR45LC/C0 (folga C0: pré-carga = 11,11 kn) Fuso de esferas: BNFN4010-5/G0 (folga G0: pré-carga = 2,64kN) Haste: haste de corte para propósitos gerais Componentes Tabela2 Comparação de rigidez estática Unidade: N/ m Direção do eixo X Direção do eixo Y 2400 Direção do eixo Z 9400 (radial) 7400 (radial inversa) Fuso de esferas 330 Haste Nota) A rigidez do sistema de eixo parafuso de alimentação inclui a rigidez do mancal de apoio da ponta do eixo. Haste Fuso de esferas X Z Y Fig.3

4 Alta precisão de movimento Pouco movimento perdido A guia linear é oferecida com um mecanismo de rolagem ideal. Portanto, a diferença entre o atrito dinâmico e a estático é mínima e raramente ocorre perda de movimento. Posição μm 10 1μm 14μm Posição μm Número de comandos (pulso) Número de comandos (pulso) modelo HSR45 Barramento quadrado com turcite (medições realizadas com a mesa de eixo único carregada com peso de 500 kg) Fig.4 Comparação de movimento perdido entre a guia linear e uma guia de deslizamento Tipo Guia linear (HSR45) Barramento quadrado com turcite Folga Tabela3 Comparação de perda de movimento Método de teste De acordo com JIS B mm/min 500mm/min 4.000mm/min Unidade: m Com base na alimentação mínima de unidade Folga C1 (consultar tabela abaixo) 2,3 5,3 3,9 0 Folga C0 (consultar tabela abaixo) 3,6 4,4 3,1 1 0,02mm 10, ,1 14 0,005mm 8,7 13,1 12,1 13 Folga radial da guia linear Unidade: m Símbolo C1 C0 Folga radial 25 a a 25

5 Alta precisão da operação O uso da guia linear permite que você consiga alta precisão de operação. [Método de medição] 150st 30 SHS25LC m t m KR4610A Precisão de passo Precisão de guinada m mm Fig.5 Precisão dinâmica da mesa de eixo único

6 Alta precisão mantida durante um longo período Como a guia linear emprega um mecanismo de rolagem ideal, o desgaste é insignifi cante e a alta precisão é mantida por longos períodos de tempo. Como mostrado, na Fig.6, quando a guia linear é operada sob uma pré-carga e uma carga normal, mais de 90% da pré-carga permanece mesmo depois de operar por km W 1000 W M Fig.6 Condição [Condições] Modelo : HSR65LA3SSC LP- Folga radial : C0 (pré-carga: 15,7 kn) Curso : 1.050mm Velocidade : 15 m/min (para por 5 segundos nas duas extremidades) Tempo de aceleração/desaceleração em movimento rápido : 300 ms (aceleração: = 0,833 m/s 2 ) Massa : kg Propulsão : fuso de esferas Lubrificação : graxa a base de sabão de lítio nº 2 (lubrifi cado a cada 100 km) Pré-carga remanescente (%) , Distância percorrida (km) Fig.7 Distância percorrida e pré-carga remanescente

7 Efeito da precisão média por erro de absorção da superfície de montagem A guia linear contém esferas totalmente redondas e possui uma estrutura restrita sem folga. Além disso, usa os trilhos em paralelo em vários eixos para formar um sistema de guias com confi guração de vários eixos. Assim, a guia linear é capaz de absorver o desalinahmento em linearidade, planicidade ou paralelismo que ocorreria na usinagem da base na qual a guia linear será montada ou na instalação da guia linear pela média desses erros. A magnitude do efeito da média varia de acordo com o comprimento ou o tamanho do desalinhamento, a pré-carga aplicada na guia linear e o número de eixos na confi guração de vários eixos. Quando o desalinhamento é dado a um dos trilhos da mesa, como mostrado na Fig.8, a magnitude desse alinhamento e a precisão dinâmica real da mesa (lineardidade na posição horizontal) são mostradas na Fig.9. Ao aplicar essas características obtidas com o efeito da média, é possível estabelecer facilmente um sistema de guias com alta precisão de movimento. SHS30 Borda retilínea Micrômetro elétrico Tabela Base Atuador de eixo único Fig.8 Precisão de linearilidade (mm) Erro de alinhamento (mm) 0,02 0,01 0 0,01 0,02 0,002 0, ,001 0,002 Trilho ,01 Trilho 1 Trilho 1 0,02 Comprimento do trilho (mm) Curva de erro de alinhamento (vertical) 0,368μm Curso (mm) Deslocamento da mesa (vertical) Fig.9 Precisão de linearilidade (mm) Erro de alinhamento (mm) 0,02 0,01 0 0,002 0, ,001 0,002 Trilho Comprimento do trilho (mm) Curva de erro de alinhamento (horizontal) 0,601μm Curso (mm) Deslocamento da mesa (horizontal)

8 Mesmo em uma superfície de montagem pouco fresada, a guia linear aumenta drasticamente a precisão de operação da face superior da mesa. Exemplo de instalação Comparando a precisão da superfície de montagem (a) e a precisão de operação da mesa (b), os resultados são: Vertical 92,5 µm 15 µm = 1/6 Horizontal 28 µm 4 µm = 1/7 Tabela4 Medição real da precisão da superfície de montagem Unidade: m Posição Vertical Superfície inferior Superfície de montagem Horizontal Superfície lateral Linearidade Média (a) A 80 B 105 C 40 D 16 16μm 40μm 92, μm Superfície inferior B 80μm Superfície lateral D Superfície lateral C Superfície inferior A Fig.10 Precisão de superfície da base de montagem da guia linear (somente superfície fresada) Posição Fig.11 Precisão de operação após montagem da guia linear Tabela5 Medição real da precisão de operação na mesa (com base nas medições nas Fig.10 e Fig.11 ) Unidade: m Ponto de medição Linearidade (b) Vertical Horizontal

9 Fácil manutenção Diferente das guias deslizantes, a guia linear não causa desgaste adicional. Como resultado, as superfícies deslizantes não precisam ser recondicionadas, nem é necessário alterar a precisão Com relação à lubrifi cação, as guias deslizantes precisam de circulação forçada de uma grande quantidade de lubrificante para manter a película de óleo das superfícies deslizantes, enquanto a guia linear precisa apenas de preenchimento periódico de uma pequena quantidade de graxa ou lubrifi - cante. A manutenção é simples assim. Isso também ajuda a manter o ambiente de trabalho limpo.

10 Economia substancial de energia Como mostrado em Tabela7, a guia linear também tem um efeito de economia substancial de energia. Tabela7 Dados comparativos sobre as características de deslizamento e rolagem Especifi cações da máquina Tipo de máquina Comprimento total largura total Retífi ca de superfície de eixo único (guia deslizante) Retífi ca de superfície de três eixos (guia de rolagem) 13 m 3,2 m 12,6m 2,6m Massa total kg kg Massa da mesa 5.000kg 5.000kg Área de retífica 0,7m 5m 0,7m 5m Guia da mesa Rolagem através do guia V-V Rolagem através da instalação da guia linear Nº de eixos de rebolo Eixo único (5,5 kw) Três eixos (5,5 kw + 3,7 kw x 2) Capacidade de retífi ca: 3 vezes maior Especifi cações da transmissão da mesa Relação Motor usado 38,05 kw 3,7 kw 10,3 Pressão hidráulica da transmissão Diâmetro do orifício 160 1,2MPa Diâmetro do orifício 65 0,7 MPa Impulso N 2.270N 10,4 Consumo de energia elétrica Consumo de óleo de pressão hidráulica da transmissão 38 kwh 3,7 kwh 10,3 400l/ano 250l/ano 1,6 Consumo de lubrificante 60 l/ano (óleo) 3,6 l/ano (graxa) 16,7

11 Baixo custo total Comparado com uma guia deslizante, a guia linear é mais fácil de montar e não requer técnicos altamente qualificados para realizar o trabalho de ajuste. Assim, as horas de trabalho da montagem da guia linear são reduzidas e as máquinas e sistemas que a incorporam podem ser produzidas a um custo mais baixo. O número a seguir mostra um exemplo da diferença entre o procedimento de montagem de um centro de usinagem usando guias deslizantes e usando as guias lineares. Normalmente, com uma guia deslizante, a superfície na qual a guia é instalada deve receber um acabamento bem suave por meio de retífi ca. No entanto, a guia linear pode oferecer alta precisão mesmo se a superfície tiver sido fresada ou aplainada. O uso da guia linear, portanto, reduz as horas de trabalho de usinagem e os custos de usinagem como um todo. Procedimento de montagem para um centro de usinagem Usando guias lineares Usando guias quadradas (guias deslizantes) Base da máquina Mesa e sela Base da máquina Mesa e sela Usinagem Usinagem Usinagem Usinagem Medição de precisão (retilineidade e torção) com uma guia linear montada temporariamente Base de montagem, mesa e sela Medição de precisão Medição de precisão (retilineidade e torção) com uma guia quadrada montada temporariamente Superfície de montagem da base de descarte Medição de precisão Descarte corretivo Remoção de graxa de superfícies usinadas Cobertura de superfícies com resina especial Secagem em câmara termicamente controlada Descarte por base de contato com mesa e sela Base de montagem, mesa e sela Medição de precisão Quando não há necessidade de alta precisão (por exemplo, precisão de operação), a guia linear pode ser acoplado à placa de aço, mesmo se a escala preta dela não tiver sido removida.

12 Estrutura ideal com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato A guia linear tem uma capacidade de alinhamento automático que os concorrentes não possuem. Esse recursos é atingido com uma estrutura ideal com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato. Comparação de características entre a guia linear e produtos semelhantes Guia linear: estrutura com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato Guia linear Modelo HSR d2 1 Largura de contato Eixo de rotação Outros produtos: estrutura com duas carreiras, ranhura de arco gótico e quatro pontos de contato Produto com ranhura de arco gótico em duas carreiras Eixo de rotação Eixo de rotação Largura de contato d1 d2 d2 d1 Largura de contato R B A Eixo de rotação da esfera R: raio da curvatura Largura de contato d2 d1 R Ângulo de contato A B R Ângulo de contato Eixo de rotação da esfera R: raio da curvatura Deslizamento diferencial Deslizamento diferencial B A d1 d2 π d1 B π d2 Fig.12 A Como indicado nas Fig.12 e Fig.13, quando a esfera gira uma rotação, ela desliza pela diferença entre a circunferência do diâmetro da superfície interna ( d 1 ) e a do diâmetro de contato externo ( d 2 ). (Esse deslizamento é chamado de deslizamento diferencial.) Se a diferença for grande, a esfera gira durante o deslizamento, o coefi ciente de atrito aumenta mais de 10 vezes e a resistência de atrito aumenta rapidamente. B A d1 π d1 d2 B Fig.13 π d2 A

13 Estrutura ideal com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato Como a esfera entra em contato com a ranhura em dois pontos na direção de carga, como mostrado nas Fig.12 e Fig.13 em, mesmo sob uma pré-carga ou uma carga normal, a diferença entre d 1 e d 2 é pequena e o deslizamento diferencial é minimizado para permitir movimento de rolagem suave. Na estrutura ideal de dois pontos de contato, quatro carreiras de ranhuras de arco circular os ângulos de contato adequados são fornecidos. Com essa estrutura, uma leve distorção da superfície de montagem é absorvida dentro do bloco devido à deformação elástica das esferas e o movimento dos pontos de contato para permitir o movimento suave, sem ser forçado. Isso elimina a necessidade de uma base de montagem robusta com alta rigidez e precisão para máquinas como um sistema de transporte. Com os dois pontos de contato, mesmo se uma pré-carga relativamente grande for aplicada, a resistência de rolagem não aumenta anormalmente e a alta rigidez é obtida. Como o raio da curvatura da pista da esfera é de 51 a 52% do diâmetro da esfera, uma carga nominal alta pode ser obtida. Diâmetro da esfera (mm) R=0,6Da Movimento suave Precisão e rigidez da superfície de montagem R=0,55Da R=0,52Da Rigidez Especificação de carga Estrutura ideal com duas carreiras, ranhura de arco gótico e quatro pontos de contato A diferença entre d 1 e d 2 na área de contato é grande, como mostrado nas Fig.12 e Fig.13 em B. Portanto, se qualquer uma das seguintes situações ocorrerem, a esfera irá gerar um deslizamento diferencial, causando atrito tão grande enquanto a resistência de deslizamento e encurtando o serviço devido ao atrito anormal. (1) Uma pré-carga é aplicada. (2) Uma carga lateral é aplicada. (3) O paralelismo de montagem entre dois eixos é ruim. Com o produto com ranhura em arco gótico, cada esfera entre em contato com a ranhura em quatro pontos, evitando que seja deformada elasticamente e que os pontos de contato se movam (isto é, sem capacidade de ajuste automático). Portanto, mesmo a mais leve distorção da superfície de montagem ou um erro de precisão do leito do trilho podem ser absorvidos, atingindo um movimento suave. Da mesma forma, é necessário usinar uma base de montagem altamente rígida com alta precisão e montar um trilho de alta precisão. Como o deslizamento diferencial ocorre devido ao contato de quatro pontos, uma pré-carga suficiente pode ser aplicada e a alta rigidez não pode ser obtida. Como o raio de curvatura da ranhura em arco gótico deve ser de 55 a 60% do diâmetro da esfera, a carga nominal é reduzida a aproximadamente 50% do raio da ranhura de arco circular. Diferença na rigidez Como mostrado na Fig.14, a rigidez varia amplamente, de acordo com a diferença no raio da curvatura ou da diferença na pré-carga. Raio da curvatura e rigidez Comparação de rigidez por curvatura Pré-carga e desvio 10 (por esfera) Curva de deslocamento do HSR30 60 folga Magnitude da pré-carga: 5 kn Rigidez (N/μm) Carga aplicada (kn) Fig.14 Diferença na vida de serviço Desvio (rigidez) (μm) Como a especificação de carga da ranhura de arco gótico é reduzida a aproximadamente 50% do que a da ranhura em arco circular, a vida de serviço também diminui em 87,5%.

14 Erro de precisão da superfície de montagem e dados de teste sobre a resistência de rolagem A diferença entre as estruturas de contato se traduz em resistência de rolagem. Na estrutura de contato com ranhura em arco gótico, cada esfera entra em contato em quatro pontos e o deslizamento diferencial ou a rotação ocorre se a pré-carga for aplicada para aumentar a rigidez ou um erro na precisão de montagem for grande. Isso aumenta bastante a resistência de rolagem e causa desgaste anormal nos estágios iniciais. As informações a seguir são dados de teste obtidos com a comparação de uma guia linear com quatro pistas, estrutura de dois pontos de contato com ranhura em arco circular e um produto com a estrutura de quatro pontos de contato, arco gótico e duas carreiras. Amostra (1) Guia linear SR30W (tipo radial) 2 conjuntos HSR35A (carga uniforme nas quatro direções) 2 conjuntos (2) Produto com ranhura de arco gótico em duas carreiras Tipo com dimensões semelhantes ao HSR30 2 conjuntos Dado 1: Pré-carga e resistência de rolagem Condições Folga radial: 0 m Sem vedação Sem lubrifi cação Carga: massa da mesa de 30 kg Quando uma pré-carga é aplicada, a resistência de rolagem do produto com ranhura em arco gótico aumenta imediatamente e o deslizamento diferencial ocorre. Mesmo sob uma pré-carga, a resistência de rolagem da guia linear não aumenta. Resistência de rolagem (N) Produto com ranhura de arco gótico Magnitude da pré-carga (μm) HSR35A SR30W

15 Dado 2: Erro no paralelismo entre dois eixos e resistência de rolagem Como mostrado na Fig.15, parte dos trilhos montados em paralelo são deslocados em paralelo e a resistência de rolagem nesse ponto é medida. Com o produto com ranhura em arco gótico, a resistência de rolagem é de 34 N quando o erro de paralelismo é de 0,03 mm e de 62 N quando o erro é de 0,04 mm. Essas resistências são equivalente aos coefi cientes de atrito do deslizamento, indicando que as esferas deslizam em contato com a ranhura. P Resistência de rolagem (N) Produto com ranhura de arco gótico HSR35A SR30W 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 Deslocamento paralelo: P (mm) (erro de paralelismo) Fig.15 Dado 3: Diferença entre os níveis dos trilhos superior e inferior e a resistência de rolagem Coloque a parte inferior de um trilho verticalmente pela S e crie a diferença de altura entre os dois eixos. Em seguida, meça a resistência de rolagem. Se houver uma diferença de altura entre os trilhos, o momento atuará no bloco LM. Se a ranhura da guia linear for a ranhura em arco gótico, ocorrerá rotação. A guia LM com a ranhura em arco circular é capaz de absorver o erro causado pela diferença de altura entre os trilhos, que é maior que 0,3/200 mm, em que sua resistência de rolagem não aumentará signifi cativamente. S 200 Resistência de rolagem (N) Produto com ranhura de arco gótico HSR35A SR30W 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Deslocamento em altura: S (mm) (deslocamento de nível)

16 Capacidade superior de absorção de erro com a geometria DF Como a guia linear tem uma estrutura de contato semelhante à montagem frente a frente dos mancais esféricos angulares, ele tem capacidade superior de auto ajuste. Mancais esféricos angulares montados frente a frente (tipo DF) Contato angula de quatro carreiras tipo DF (guia linear) Mancais esféricos angulares montados costas a costas (tipo DB) Contato de arco gótico com quatro carreiras Uma guia linear de esferas montada em um plano recebe um momento (M) devido a um erro de linearidade ou de nível, ou um desvio da mesa. Portanto, é essencial que a guia tenha capacidade de ajuste automático. Guia linear Modelo HSR Produto similar do concorrente M Mesa M Bloco M M Erro de montagem Erro de montagem Distância a partir do ponto de aplicação Desvio Desvio Distância a partir do ponto de aplicação Distância a partir do ponto de aplicação Desvio Desvio Distância a partir do ponto de aplicação Como a distância do ponto de aplicação do mancal é pequena, a carga interna gerada a partir de um erro de montagem é pequena e a capacidade de ajuste automático é grande. Como a distância do ponto de aplicação do mancal é grande, a carga interna gerada a partir de um erro de montagem é grande e a capacidade de ajuste automático é pequena. Com uma guia linear de esferas com mancais esféricos angulares montados costas a costas, se houver um erro de linearidade ou um desvio na mesa, a carga interna aplicada ao bloco é aproximadamente 6 vezes maior do que a carga da estrutura de montagem frente a frente e a vida de serviço é bem menor. Além disso, a flutuação da resistência de deslizamento é maior.