L'approccio migliore per specificare e dimensionare le guide lineari consiste nel definire innanzitutto i parametri più critici dell'applicazione; restringere le opzioni in base a questi requisiti; e infine applicare le variabili critiche per effettuare la selezione finale della guida lineare.

Innanzitutto le nozioni di base:Le guide lineari, le guide di scorrimento e i sistemi di scorrimento sono sistemi meccanici composti da binari e cuscinetti che supportano e movimentano carichi fisici lungo un percorso lineare con un basso coefficiente di attrito. Sono generalmente classificati in base al tipo di cuscinetto: a rulli o a boccola piana. Poiché sono disponibili numerose forme e dimensioni di vari produttori, progettate per soddisfare specifiche esigenze ingegneristiche, la vostra applicazione specifica determinerà l'elenco dei parametri critici da considerare e il loro ordine di importanza.

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

Per selezionare le guide più adatte a una specifica applicazione, è necessario innanzitutto analizzare le esigenze specifiche del sistema. Successivamente, bisogna comprendere i requisiti del cliente o le linee guida del programma, che includono il numero di assi, la ripetibilità, la tolleranza e la precisione richieste per ottenere il risultato finale. Infine, è opportuno considerare la contaminazione ambientale, ad esempio da 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 di ricircolo delle 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, è necessario definire i parametri per dimensionarlo correttamente. Per ogni movimento in un sistema di guide lineari, è necessario 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 dispositivo di fissaggio, del carico utile e dei cuscinetti. Se 40,0 libbre sono centrate orizzontalmente in senso longitudinale e trasversale in un tipico set a doppia rotaia e quattro carrelli, ciascuno dei blocchi dei cuscinetti sarà caricato staticamente a 10,0 libbre.

Le guide di scorrimento si presentano in due tipologie principali: a sella e a sbalzo. La guida a sella standard, con base orizzontale, utilizza una sella o un blocco che si muove tra due blocchi terminali fissi. Nella 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 ha quando si movimentano carichi verticalmente. Con una guida e due carrelli, entrambi i carrelli porta-cuscinetti possono essere caricati in modo uguale in direzione radiale. Per il dimensionamento del cuscinetto o del carrello, il carico totale per la guida sottoposta alla maggiore sollecitazione statica viene in genere impostato come lo scenario peggiore.

Nel dimensionamento dei cuscinetti, è necessario definire 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, e comprende sia il carico statico che quello dinamico. Il carico statico è costituito dal peso della sella, del dispositivo di fissaggio, del carico utile e dei cuscinetti. Il carico dinamico (o cinetico) deve tenere conto dei carichi applicati durante l'interazione con la sella dotata di cuscinetti. Normalmente, questo carico impone una sollecitazione torsionale sui cuscinetti. Il baricentro della sella fornisce un singolo valore di carico a una certa distanza dai centri 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 (lb) o Newton (N) per il carico statico e in pollici-libbra (in.-lb) o Newton metri (Nm) per il carico dinamico.

Il centro dei singoli carichi si trova a una distanza relativa dal centro del sistema di guide o dai centri dei cuscinetti; la massa totale ha una distanza del baricentro dalle guide di 1,5 pollici (60 pollici-libbra/40 libbre). I cuscinetti dovrebbero gestire un carico di coppia di 60 pollici-libbra, soprattutto quando la sella viene accelerata o decelerata rapidamente.

Velocità:La velocità è un fattore critico da considerare, poiché i carichi applicati influenzano il sistema in modo diverso durante l'accelerazione e la decelerazione rispetto al movimento a velocità costante. La velocità viene generalmente espressa in pollici/s o nell'equivalente metrico in metri/s. Fattori come il tipo di profilo di movimento determinano l'accelerazione necessaria per raggiungere la velocità o il tempo di ciclo desiderati. In un profilo di movimento trapezoidale, il carico accelera rapidamente per poi muoversi a velocità costante prima di rallentare. Un profilo di movimento triangolare, invece, prevede accelerazioni e decelerazioni rapide. Inoltre, nel calcolo della velocità dell'applicazione, è necessario considerare la velocità massima di movimento, nonché l'accelerazione e la decelerazione necessarie per ottenere la temporizzazione complessiva desiderata.

Ciclo di lavoro:Il parametro del ciclo di lavoro deve considerare l'intero movimento della sella durante un ciclo completo, che di solito corrisponde al doppio della corsa più i tempi di inattività, entro un intervallo di tempo desiderato. La corsa, in questo caso, è la lunghezza del movimento complessivo 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 per la guida e i cuscinetti a sella contribuisce a determinare la lunghezza complessiva (OAL) e la distanza tra le guide del sistema di guida. Nella maggior parte delle applicazioni, è preferibile considerare la massima area di appoggio possibile per i cuscinetti. A meno che non si utilizzino cuscinetti lineari telescopici, che funzionano in modo simile alle semplici guide per cassetti, la lunghezza complessiva della guida deve includere sia la corsa del movimento lineare che l'area di appoggio dei cuscinetti.

L'area di montaggio deve inoltre tenere conto del substrato o del sistema di intelaiatura per il supporto della guida. L'impronta del cuscinetto è la distanza dalla parte anteriore di un carrello alla parte posteriore del carrello più lontano lungo una guida lineare. Molti alberi profilati devono essere montati su superfici completamente lavorate e rettificate per soddisfare correttamente i requisiti di precisione del programma. Altri progetti possono essere applicati direttamente a strutture in alluminio o tubi senza perdita di capacità o rigidità.

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

Ora effettua una selezione della guida lineare

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

In generale, per una guida da 1 pollice, i cuscinetti piani non dovrebbero superare i 20 pollici/s, i sistemi a ricircolo di sfere 80 pollici/s e i rulli circa 200 pollici/s. Per ottenere la corsa completa di 118 pollici in 3 secondi, accelereremo e decelereremo di 6 pollici in 0,5 secondi ciascuno. Ciò consentirebbe una corsa di 106 pollici e 2 secondi per raggiungere la temporizzazione target. Ciascuna delle guide deve essere lunga almeno 162 pollici, poiché la corsa è di 118 pollici e la lunghezza della sella è di 44 pollici nella dimensione che corre lungo la guida. A volte è utile lasciare uno o due pollici in più a ciascuna estremità della corsa per finecorsa, ammortizzatori o sensori.

Ciascun cuscinetto sarà caricato in modo uniforme con un peso di 100 libbre, poiché i cuscinetti sono montati in ogni angolo della sella e il baricentro della massa è centrato longitudinalmente e longitudinalmente. Ciascun supporto del cuscinetto può sopportare un carico radiale massimo di 500 libbre, quindi si calcola una durata adeguata poiché i cuscinetti sono caricati entro un intervallo compreso tra il 20 e il 50% della capacità totale.