L'approccio migliore per specificare e dimensionare le guide lineari è definire prima i parametri più critici dell'applicazione, restringere le scelte in base a questi requisiti e quindi applicare le variabili critiche per effettuare la selezione finale della guida lineare.

Innanzitutto le basi:Le guide lineari, le guide di scorrimento e le slitte sono sistemi meccanici composti da rotaie e cuscinetti che supportano e spostano carichi fisici lungo un percorso lineare con un basso coefficiente di attrito. Sono generalmente classificati come boccole a rotolamento o a piano. Poiché sono disponibili numerose forme e dimensioni di diversi produttori, progettate per soddisfare specifiche esigenze ingegneristiche, la vostra applicazione specifica determina l'elenco dei parametri critici da considerare, nonché il loro ordine di importanza.

I tipi più comuni di guide e cuscinetti includono guide profilate (quadrate) con pattini a ricircolo di sfere, guide per cuscinetti a rulli e guide tonde con boccole a ricircolo di sfere o boccole piane. Le guide profilate sono adatte ad applicazioni che richiedono rigidità e precisione eccezionali, come ad esempio nelle teste di macchine utensili e nei movimenti di precisione dei circuiti stampati. I sistemi con cuscinetti a rulli sono destinati a una gamma più ampia di applicazioni, come il sollevamento e il trasferimento di componenti o le applicazioni pick-and-place.

Per selezionare la guida più adatta a un'applicazione, è necessario innanzitutto analizzare le esigenze specifiche del sistema. Successivamente, è necessario comprendere i requisiti del cliente o le linee guida del programma, che includono il numero di assi, la ripetibilità, la tolleranza e la precisione necessarie per ottenere il risultato finale. Infine, è necessario considerare la contaminazione ambientale, come polvere, acqua, fibre e altre sostanze.

Per qualsiasi sistema, l'ambiente operativo determina il tipo di cuscinetti da selezionare. Ad esempio, ambienti sporchi possono contaminare l'assemblaggio e interferire con il corretto funzionamento dei percorsi a ricircolo di sfere. La contaminazione è più gestibile nei sistemi a rulli perché gli elementi volventi sono generalmente più grandi. I cuscinetti piani sono adatti ad applicazioni in cui la lubrificazione a contatto superficiale non è raccomandata o non può essere esposta all'ambiente, come in alcuni laboratori di ricerca o impianti di produzione di chip di silicio.

Dopo aver selezionato un sistema, assemblare i parametri per dimensionarlo correttamente. Per ogni movimento in un sistema di guide lineari, considerare i seguenti parametri: corsa, carico, velocità, ciclo di lavoro, area di montaggio e orientamento di montaggio.

Dimensionare il sistema di guida lineare

Il carico statico è costituito dal peso della sella, del supporto di supporto, del carico utile e dei cuscinetti. Se 40,0 libbre sono centrate orizzontalmente avanti/indietro e da sinistra a destra in un tipico set a due rotaie e quattro carrelli, ciascuno dei blocchi dei cuscinetti sarebbe caricato staticamente di 10,0 libbre.

Le guide di scorrimento si dividono in due tipologie fondamentali: a sella e a sbalzo. La guida di scorrimento standard, a base orizzontale, utilizza una sella o un blocco che si muove tra due blocchi terminali fissi. Con la guida a sbalzo, il corpo principale e il cilindro rimangono statici, mentre la piastra portautensili si estende e si ritrae. Una seconda applicazione a sbalzo si verifica quando si spostano carichi verticalmente. Con una rotaia e due carrelli, entrambi i carrelli portanti possono essere caricati equamente in direzione radiale. Per il dimensionamento del cuscinetto o del carrello, il carico totale per il cursore sottoposto a maggiore sollecitazione statica viene in genere impostato come scenario peggiore.

Durante il dimensionamento dei cuscinetti, è necessario organizzare il parametro di carico e la sua distanza dal baricentro (CG) o centro di massa. Il carico si riferisce al peso o alla forza applicata al sistema, che include sia il carico statico che quello dinamico. Il carico statico comprende il peso della sella, del supporto di fissaggio, del carico utile e dei cuscinetti. Il carico dinamico (o cinetico) deve tenere conto dei carichi applicati nella loro interazione con la sella carica di cuscinetti. Normalmente, questo carico imporrebbe un requisito torsionale ai cuscinetti. Il baricentro della sella fornisce un singolo valore di carico a una certa distanza dal centro dei cuscinetti.

Questi valori dinamici, così come i valori di carico statico, possono quindi essere organizzati come radiale (Corad), assiale (Coax), coppia attorno all'asse "X" (Mx), coppia attorno all'asse "Y" (My) e coppia attorno all'asse "Z" (Mz). Le variabili possono quindi essere utilizzate nella maggior parte delle applicazioni di dimensionamento dei cuscinetti per selezionare la dimensione appropriata del carrello. I valori di carico sono normalmente espressi in libbre o Newton (N) per il carico statico e in libbre-pollici o Newton metri (Nm) per il carico dinamico.

Il centro dei singoli carichi è una distanza relativa rispetto al centro del sistema di guide o dei centri dei cuscinetti; la massa totale ha una distanza baricentrica dalle guide di 1,5 pollici (60 in.-lb/40 lb). I cuscinetti dovrebbero gestire un carico di coppia di 60 in.-lb, soprattutto quando la slitta viene accelerata o decelerata rapidamente.

Velocità:La velocità è fondamentale da considerare perché i carichi applicati influenzano il sistema in modo diverso durante l'accelerazione e la decelerazione rispetto al movimento a velocità costante. La velocità è in genere indicata in pollici/s o nell'equivalente metrico in m/s. Fattori come il tipo di profilo di movimento determinano l'accelerazione necessaria per raggiungere la velocità desiderata o il tempo di ciclo. Il carico accelera rapidamente in un profilo di movimento trapezoidale, per poi muoversi a velocità costante prima di rallentare. Un profilo di movimento triangolare, invece, accelera e decelera rapidamente. Inoltre, quando si calcola la velocità dell'applicazione, è importante considerare la velocità massima del movimento, nonché l'accelerazione e la decelerazione necessarie per raggiungere la temporizzazione complessiva di un movimento.

Ciclo di lavoro:Il parametro del ciclo di lavoro deve considerare il movimento completo della sella per un ciclo completo, che solitamente è pari al doppio della corsa più le operazioni a vuoto in un intervallo di tempo desiderato. La corsa dell'applicazione è la lunghezza del movimento complessivo completo in una direzione lungo un percorso lineare. Tipicamente, il parametro del ciclo di lavoro è espresso come il numero di cicli richiesti al minuto.

Area di montaggio:L'area di montaggio della guida e dei cuscinetti a slitta contribuisce a determinare la lunghezza complessiva (OAL) e la distanza tra le guide del sistema di guida. Nella maggior parte delle applicazioni, è consigliabile considerare l'ingombro massimo possibile per il funzionamento dei cuscinetti. A meno che non si utilizzino cuscinetti lineari telescopici, che agiscono in modo simile alle semplici guide per cassetti, l'OAL della guida deve includere la corsa del movimento lineare e l'ingombro del cuscinetto.

L'area di montaggio deve anche tenere conto del substrato o del sistema di intelaiatura che sostiene la guida. L'ingombro del cuscinetto è la distanza tra la parte anteriore di un carrello e la parte posteriore del carrello più lontano lungo una guida lineare. Molti alberi profilati devono essere montati su superfici completamente lavorate e rettificate per soddisfare adeguatamente i requisiti di precisione del programma. Altri progetti possono essere applicati direttamente su strutture in alluminio o tubolari senza perdere capacità o rigidità.

Orientamento:L'orientamento di montaggio delle guide è fondamentale per impostare i parametri di carico, poiché la sella potrebbe muoversi orizzontalmente, verticalmente, lungo un supporto a parete o persino in posizione capovolta. Per prestazioni ottimali, è consigliabile gestire il carico dell'applicazione con la parte più resistente del sistema di cuscinetti. Ad esempio, il cursore con cuscinetto a sfere radiale dovrebbe essere orientato in modo da sopportare il carico radialmente, non assialmente.

Ora effettua una selezione di guida lineare

Questo è un esempio di applicazione in un ambiente standard leggermente contaminato da polvere che richiede una ripetibilità media. Per questi due fattori, è stato scelto un sistema di cuscinetti a rulli precaricati che girano su piste in acciaio temprato. La velocità è elevata e si può ottenere una maggiore durata senza dover raggiungere i massimi livelli di capacità.

In genere, per una guida da 2,5 cm (1 pollice), i cuscinetti piani non dovrebbero superare i 50 cm (20 pollici) al secondo, i sistemi a ricircolo di sfere i 200 cm (80 pollici) e i rulli i circa 500 cm (200 pollici) al secondo. Per raggiungere la corsa completa di 299 cm (118 pollici) in 3 s, accelereremo e decelereremo di 15 cm (6 pollici) in 0,5 s ciascuno. Ciò consentirebbe una corsa di 2,67 m (106 pollici) e 2 s per raggiungere la fasatura desiderata. Ciascuna guida deve essere lunga almeno 419 cm (162 pollici), poiché la corsa è di 299 cm (118 pollici) e la lunghezza della sella è di 111 cm (44 pollici) nella dimensione che corre lungo la guida. Talvolta è utile prevedere uno o due pollici (2,5 cm) in più a ciascuna estremità della corsa per finecorsa, ammortizzatori o sensori.

Ciascuno dei cuscinetti sarà caricato equamente a 100 libbre (45 kg), poiché i cuscinetti sono montati su ciascun angolo della sella e il baricentro della massa è centrato avanti-indietro e da sinistra a destra. Ciascuno dei carrelli dei cuscinetti può sopportare un carico radiale massimo di 500 libbre (227 kg), quindi in questo caso si calcola una durata adeguata poiché i cuscinetti sono caricati in un intervallo compreso tra il 20 e il 50% della capacità totale.