Rieles guía redondos frente a rieles guía cuadrados para fresadoras CNC

Kit de riel lineal CNC

Los rieles de guía lineales (kit de rieles lineales CNC) vienen en 2 tipos: rieles de guía redondos y rieles de guía cuadrados. Los rieles de guía redondos se originaron primero, pero no brindan la precisión que ofrecen los componentes de rieles de guía cuadrados. Sin embargo, el riel de guía redondo es el riel de guía preferido para movimientos verticales con cargas pesadas. La aplicación dictará qué tipo de rieles de guía lineales se deben utilizar. Los criterios para elegir uno sobre el otro no son diferentes a los de elegir cualquier otro. Enrutador CNC componente, especificar el diseño, definir los objetivos del sistema y trabajar a partir de los éxitos y errores pasados. Pero cualquiera que no tenga experiencia puede cometer errores simples. El mejor lugar para comenzar es aprender las cualidades fundamentales de cada tipo y adoptar las más relevantes para la aplicación.

La tecnología de los rieles guía redondos se ha perfeccionado hasta casi la perfección durante los últimos 60 años y los rieles guía cuadrados han rondado los respetables 35 años. La mayoría de los problemas de diseño inherentes se han solucionado hace tiempo y los materiales han mejorado drásticamente. La mayoría de los problemas surgen del mal uso y la mala aplicación. Y las principales razones de la mala aplicación a menudo provienen de un sesgo o prejuicio personal, un error de cálculo o un juicio estético. Es decir, un riel de perfil lineal relativamente pequeño puede adaptarse perfectamente a la carga, la velocidad y todos los demás requisitos. Pero cuando se monta en la fresadora CNC, un ojo perspicaz puede concluir que parece débil y definitivamente de tamaño insuficiente.

Un tipo de guía lineal con buje de bolas no es necesariamente más fácil de usar que otro. La elección depende completamente de la aplicación específica. En general, un componente de riel cuadrado en particular puede costar más que uno redondo, pero se deben tener en cuenta otros requisitos, incluido el costo del sistema. Como mínimo, estos elementos incluyen los gastos de preparación de la plataforma de la fresadora CNC u otra superficie de montaje para acomodar el sistema de riel, la precisión de posicionamiento necesaria y el espacio disponible para el subsistema de riel lineal.

Pero antes de poner el lápiz sobre el papel o el ratón sobre la almohadilla, decídase por un raíl cuadrado o redondo. Cuando parezca que la aplicación podría funcionar de cualquier manera, realice cálculos preliminares sobre las características y necesidades más importantes para asegurarse de que no se pase nada por alto.

Rieles de guía redondos

Antes de la llegada de los rieles guía cuadrados, se esperaba que los rieles guía redondos satisficieran todas las situaciones de control de movimiento lineal. Y durante muchos años, lo hicieron admirablemente. Pero como los usuarios de herramientas de fresado CNC exigieron tolerancias más estrictas para ciertos trabajos, los fabricantes de fresadoras CNC favorecieron el método clásico de fresado y raspado de guías. Los rieles guía redondos se utilizaron para equipos periféricos cuando no podían cumplir con los requisitos de tolerancia.

Esto no hizo que los rieles guía redondos fueran menos valiosos ni obsoletos. Sus beneficios siguen superando a sus desventajas. Los rieles guía redondos son generalmente menos costosos que los rieles guía cuadrados, pero ese no debería ser el criterio principal para ninguna aplicación. Un riel cuadrado puede fallar, mientras que un riel redondo puede funcionar sin problemas y sin fallas. Por ejemplo, los rieles guía redondos son más tolerantes a la desalineación, el paralelismo deficiente y las cargas de momento en la mayoría de los casos. Máquinas CNC y permiten una mayor variación en el riel h8 que los sistemas de riel cuadrado. Aun así, pueden mantener una rectitud de desplazamiento de 0.01 pulg. durante 10 pies. Además, el pequeño elemento rodante tiende a hacer que el movimiento del riel redondo sea más suave.

Para lograr esta precisión, necesitan apoyo solo en los extremos, aunque muchos están apoyados en varios puntos o a lo largo de toda su longitud. Esto permite que los rieles crucen los huecos sin problema y pasen de un apoyo a otro con seguridad. Cuando el sistema de riel redondo requiere solo un conjunto eje-riel (un eje, un riel o un eje y 2 bloques apoyados en los extremos con 4 soportes de apoyo), el costo de preparación es menor que el del riel cuadrado. En general, la instalación del riel redondo es relativamente fácil y económica. Y el mantenimiento y el reemplazo favorecen al riel redondo.

Rieles guía cuadrados (rieles guía de perfil)

Los rieles guía cuadrados fueron diseñados inicialmente para la industria de herramientas de fresado CNC. Reemplazaron los carros y guías integrados, que son áreas integrales de la bancada de la fresadora CNC. No obstante, algunos carros y guías tradicionales aún brindan alta precisión en ciertas situaciones.

Los rieles guía cuadrados son más rígidos, pero necesitan un soporte recto y continuo con requisitos estrictos de planitud y paralelismo; no pueden cubrir los espacios que puede cubrir un riel redondo. Sin embargo, como los fabricantes de fresadoras CNC están acostumbrados a preparar la plataforma con precisión, esto no es un problema.

La principal ventaja de los rieles guía cuadrados es su alta precisión de posicionamiento, especialmente útil en fresado y rectificado. Soportan de 0.0002 a 0.001 pulg. en una longitud de 10 pies, en comparación con las 0.01 pulg. de los rieles guía redondos. También manejan esta precisión para una carga de momento; un carro único y un riel único son más adecuados para esto que un riel redondo. Y debido a que el riel cuadrado maneja cargas más altas con alta precisión, la mayoría de los usuarios toleran algo menos de suavidad que la que ofrecen los rieles guía redondos.

Aunque una sola unidad de riel de perfil puede soportar una carga de momento, no siempre es recomendable. Se deben utilizar 2 o más unidades para equilibrar la carga o distribuir el peso. Sin embargo, un riel cuadrado puede caber donde se requerirían 2 rieles guía redondos. Los rieles de perfil también son más fáciles de usar porque necesitan una o dos partes para un sistema completo, el riel y el carro, mientras que el riel redondo consta de algunas partes más.

Los rieles guía cuadrados tienen una mayor capacidad de vida útil de carga, definida como la cantidad de carga que la unidad sobrevive al recorrer una distancia específica. Por ejemplo, una capacidad de 20,000 100 N se basa en una clasificación de km. Y el desgaste es mínimo porque el riel no se desliza sino que tiene contacto rodante. La vida útil de los rieles cuadrados depende principalmente del tipo de entorno en el que se encuentran, la lubricación adecuada y el mantenimiento. En igualdad de condiciones, los rieles guía redondos son un poco más tolerantes porque no son un paquete tan apretado y no son tan sensibles a las ligeras variaciones. Un riel cuadrado es más sensible a los escombros y al impacto, aunque tiene una mayor capacidad y resistencia a los impactos que no afectan al elemento rodante.

Teniendo en cuenta el aspecto del desgaste, el riel redondo también tiene capacidades naturales de eliminación de residuos. Las vías de riel cuadrado están ocultas al acceso directo, pero no necesariamente eliminan residuos. Con una fuerza motriz fluida aplicada al riel, un riel redondo funciona mejor que un riel cuadrado, porque el riel cuadrado podría levantarse en algunas de las áreas de la pista, mientras que el riel redondo tiene menos tendencia a levantarse.

Seleccione un tipo de riel para usar antes de comenzar con el diseño de los componentes de la fresadora CNC. Los accesorios de montaje son radicalmente diferentes entre los rieles guía redondos y cuadrados, y el área en la que se trabaja varía, al igual que la capacidad de carga para el tamaño físico. Si no funciona más adelante, cambiar de una marca de riel cuadrado a otra es más fácil que cambiar de un riel cuadrado a uno redondo. Todos los fabricantes siguen estándares que permiten cierto grado de intercambiabilidad dentro de un tipo.

La eficiencia se puede abordar desde dos ángulos. Uno tiene que ver con el coeficiente de fricción: una menor fricción significa una menor energía de entrada. La resistencia de un raíl redondo es un poco menor y su acción es más suave que la de un raíl de perfil. Pero quienes utilizan raíles guía cuadrados con regularidad proporcionan suficiente potencia para impulsar los raíles lo suficientemente bien. Algunos también consideran la eficiencia desde el punto de vista de la envoltura o el tamaño general. El raíl de perfil más pequeño ofrece un paquete más pequeño para cargas más altas.

La carga de impacto, al igual que una carga de impacto instantánea, afecta a todos los rodamientos. Los rieles guía cuadrados pueden soportar una carga más pesada que una unidad pequeña, por lo que el impacto es más una fuerza de impacto. Pero en todos los casos, el riel se escala a la capacidad de la carga normal, no a una carga de impacto. No hay una diferencia significativa, excepto que en la maquinaria pesada un impacto es más perjudicial simplemente por la masa pura.

Los rieles guía cuadrados vienen con algunas reducciones de potencia críticas por razones ambientales, que normalmente se encuentran en el manual del fabricante o la guía de diseño. Desafortunadamente, los diseñadores no consideran los factores de reducción de potencia con la suficiente frecuencia en las etapas iniciales de diseño, ya sea para rieles guía redondos o cuadrados. Por ejemplo, la clasificación de ciclo de trabajo estándar en los EE. UU. es de 2 millones de pulgadas o 50 km y de 100 km o 4 millones de pulgadas para el mercado europeo. A menudo, las normas recomiendan que un sistema de riel no se use más allá de 25 o 50% de la capacidad nominal.

Esta en el catalogo

La mayoría de los catálogos de guías lineales de bolas y rodillos contienen información de aplicación e ingeniería para dimensionamiento e instalación. Estos parámetros son necesarios para determinar las capacidades de carga y momento dinámicos y estáticos, que incluyen inclinación, balanceo y guiñada. Los catálogos también incluyen gráficos y ecuaciones para determinar la vida útil del rodamiento a partir de la capacidad de carga dinámica y los parámetros de entrada de carga dinámica aplicada. Cada guía lineal de bolas o rodillos tiene especificaciones únicas para velocidad, aceleración, tolerancias, precarga y rango de temperatura.

El parámetro más crítico para las guías de perfil es el paralelismo de funcionamiento, que se encuentra en el rango de varios micrómetros. Si no se sigue estrictamente, los cojinetes se atascan o se desgastan prematuramente. Para evitar estos problemas, las guías de instalación cubren minuciosamente el tema de la preparación de la superficie de montaje, las tolerancias de montaje y el paralelismo de los rieles. Los datos de instalación también abarcan el desplazamiento vertical de los rieles, el desplazamiento vertical y lateral del carro, las tolerancias de los orificios de montaje, el par de torsión de los pernos y las juntas a tope.

Los rodamientos lineales de bolas con bujes redondos requieren las mismas consideraciones que los rieles de perfil, además de algunas otras. Los gráficos polares ilustran la capacidad de carga dinámica y los gráficos muestran la vida útil de la carga. El bajo coeficiente de fricción de 0.001 y las especificaciones de autoalineación que se dan a los rieles de guía redondos eliminan la necesidad de los factores de reducción que se asignan comúnmente a los rieles de perfil.

Aplicaciones

Si bien los rieles guía lineales cuadrados solían costar mucho más que la tecnología redonda debido a los amplios requisitos de rectificado inherentes al diseño, las nuevas técnicas de fabricación y las economías de escala han animado a los ingenieros a considerar el uso de rieles guía cuadrados en un espacio de aplicación más amplio. Los rieles guía lineales cuadrados se pueden encontrar ahora en muchas de las mismas aplicaciones que antes solo se admitían con rieles guía redondos.

La mayoría de las aplicaciones pueden utilizar rieles guía redondos o cuadrados, pero algunos se reemplazan por el otro tipo porque el primero no funciona. Tal fue el caso de una cama de hospital donde el diseñador comenzó con un riel cuadrado para el movimiento axial, pero el conjunto se atascaba; no podía moverse libremente a menos que se aflojaran los pernos de montaje para permitir un movimiento de torsión. El marco de la cama simplemente no era lo suficientemente rígido. El riel cuadrado tuvo que ser reemplazado por el riel redondo autoalineable.

Otra aplicación que sufría un problema similar era un riel cuadrado montado sobre una base de chapa metálica en una máquina expendedora. El riel no funcionaba porque el montaje de chapa metálica no era lo suficientemente rígido. A veces, los diseñadores repiten errores cuando analizan el mismo problema desde una perspectiva diferente. Un ingeniero familiarizado con los rieles guía redondos puede tender a seguir utilizándolos, independientemente de las necesidades de mayor precisión de la aplicación. Pero la mayoría de las aplicaciones no necesitan la precisión del riel cuadrado. Deben considerar el costo total del sistema, no solo el costo del componente. Y eso significa incorporar los requisitos para todos los periféricos y problemas adicionales.

El gráfico de carga/vida útil del riel redondo indica la carga límite para un rodamiento con buje de bolas determinado. Ingrese en el gráfico la carga máxima del rodamiento con mayor carga y la vida útil requerida y encuentre dónde se cruzan las 2 líneas. El área que pasa por encima o a la derecha de la intersección indica los rodamientos más adecuados.

La orientación del rodamiento o la dirección de la carga aplicada determinan la capacidad de carga dinámica de un rodamiento con casquillo de bolas. El factor de corrección se obtiene a partir de la dirección de la carga aplicada en relación con la orientación de las pistas de bolas del rodamiento que se muestran en el gráfico polar. Para determinar la capacidad de carga, multiplique el factor de corrección K por la capacidad de carga dinámica de la unidad específica.

Los rieles guía cuadrados pueden superar a los rieles guía redondos en circunstancias específicas que exigen mayor rigidez y compacidad en términos de capacidad de carga en relación con el tamaño. En general, los rieles guía de perfil ofrecen mayor capacidad de carga, precisión y rigidez, y una mayor expectativa de vida útil.

Los rieles guía cuadrados deben tener superficies extremadamente paralelas para evitar que se atasquen y se desgasten excesivamente. Tienden a adoptar la forma de la superficie de montaje, por lo que es necesario cumplir estrictamente las especificaciones de paralelismo.

Guías circulares frente a guías cuadradas de un vistazo