Recursos da guia linear

(1)

Recursos da guia linear

Fácil manutenção

Maior eficiência da geometria da máquina

Economia substancial de energia

Maior produtividade da máquina

Maior precisão da máquina

Baixo custo total

Baixo coeficiente de atrito

Ampla gama de opcionais (Lubrificador QZ, Espátula de contato laminada LaCS etc.)

Alta carga permitida e alta rigidez

Efeito da precisão média por erro de absorção da superfície de montagem

Capacidade superior de absorção de erro com a geometria DF

Estrutura ideal com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato

Altíssima velocidade

Fácil manutenção

Pode ser usado em diversos ambientes

Alta precisão mantida durante um longo período

Alta carga permitida

Altamente rígido em todas as direções

Alta repetibilidade de posicionamento

Precisão de operação obtida facilmente

Movimento suave sem folgas

Como resultado, as seguintes

características são alcançadas.

Funções necessárias para a superfície da guia linear

(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

cativa-mente 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

ranhu-ra em forma de R (ranhu-raio: 52% do ranhu-raio da esferanhu-ra) pode carregar uma carga por esferanhu-ra 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

aproxi-madamente 2.200 vezes mais longa que a da bucha linear.

Capacidade nominal de carga dinâmica: 7,35 kN Bucha linear modelo LM80 OP Capacidade nominal de carga dinâmica: 14,7 kN

Guia Linear modelo SSR15XW

Bloco Trilho Eixo Base de montagem Bucha linear Alojamento 34 24 165 170

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: 4.200 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

Ranhura em R Superfície plana

P P1

Recursos da guia linear

(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

au-mentar 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

para-fuso de alimentação e uma haste

(centro de usinagem vertical com motor de eixo principal de 7,5 kW)

[Componentes]

Guia Linear: 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

Tabela2 Comparação de rigidez estática Unidade: N/m Componen-tes Direção do eixo X Direção

do eixo Y Direção do eixo Z Guia Linear — 2400 9400 (radial)

7400 (radial inversa) Fuso de esferas 330 — —

Haste 250 250 280

Nota) A rigidez do sistema de eixo parafuso de alimentação inclui a rigidez do mancal de apoio da ponta do eixo.

Guia Linear Fuso de esferas Haste Z Y X 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

Número de comandos (pulso)

Posição

Número de comandos (pulso)

Barramento quadrado com turcite

(medições realizadas com a mesa de eixo único carregada com peso de 500 kg) Guia Linear modelo HSR45

30 30 20 10 -10 -20 -30 0 20 10 10 20 30 （μm） 30 30 20 10 -10 -20 -30 14μm 1μm 0 20 10 10 20 30 （μm）

Fig.4 Comparação de movimento perdido entre a guia linear e uma guia de deslizamento

Tabela3 Comparação de perda de movimento Unidade: m

Tipo Folga

Método de teste

De acordo com JIS B 6330 _{Com base na} alimenta-ção mínima de unidade 10mm/min 500mm/min 4.000mm/min

Guia linear (HSR45)

Folga C1 (consultar tabela abaixo) _2,3_5,3_3,9₀

Folga C0 (consultar tabela abaixo) _3,6_4,4_3,1₁

Barramento qua-drado com turcite

0,02mm 10,7 15 14,1 14 0,005mm 8,7 13,1 12,1 13

Folga radial da guia linear Unidade: m

Símbolo C1 C0 Folga radial ‒25 a ‒10 ‒40 a ‒25

(5)

[Alta precisão da operação]

O uso da guia linear permite que você consiga alta precisão de operação.

Precisão de passo

Precisão de guinada

[Método de medição] 150st 640 200 200 KR4610A 250 m m 30 t SHS25LC −0,6 −0,4 −0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 （μm） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 （mm） −0,6 −0,4 −0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 （μm） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 （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 2.000 km.

W W M 800 1000 1000 Fig.6 Condição

[Condições]

Modelo

: HSR65LA3SSC0 + 2565LP-Ⅱ

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

: 6.000 kg

Propulsão

: fuso de esferas

Lubrifi cação : graxa a base de sabão de lítio nº 2

(lubrifi cado a cada 100 km)

Pré-carga remanescente (%) Distância percorrida (km) 100 50 0 500 1000 1500 2000 91,5％

Fig.7 Distância percorrida e pré-carga remanescente Recursos da guia linear

(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

gura-ção 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

desalinha-mento, 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.

Atuador de eixo único

Base Borda retilínea Micrômetro elétrico Tabela

200 310 685 293 303 SHS30 265 200 Fig.8 Curso (mm) Deslocamento da mesa (vertical)

Comprimento do trilho (mm) Curva de erro de alinhamento (vertical)

Curso (mm)

Deslocamento da mesa (horizontal) Comprimento do trilho (mm) Curva de erro de alinhamento (horizontal)

Precisão de linearilidade (mm) Erro de alinhamento (mm) Precisão de linearilidade (mm) Erro de alinhamento (mm) Trilho 1 _{Trilho 1} Trilho 2 Trilho 2 0,368μm 0,601μm 0,02 0,01 0 0,02 0,01 0 0,002 0,001 0 0,002 0,001 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 150 200 250 0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 150 200 250 −0,01 −0,02 −0,01 −0,02 −0,001 −0,002 −0,001 −0,002 Fig.9

(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

mon-tagem (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 Superfície de

montagem Linearidade Média (a) Vertical Horizontal A 80 92,5 B 105 Superfície inferior Superfície lateral C 40 28 D 16

Superfície inferior B Superfície lateral D

Superfície lateral C _{Superfície inferior A} 105μm

80μm

16μm 40μm

Fig.10 Precisão de superfície da base de montagem da guia linear (somente superfície fresada)

8 7 6 5 4 3 2 1

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

Posição Ponto de medição

1 2 3 4 5 6 7 8 Linearidade (b) Vertical 0 +2 +8 +13 +15 +9 +5 0 15 Horizontal 0 +1 +2 +3 +2 +2 −1 0 4

(9)

Fácil manutenção

Diferente das guias deslizantes, a guia linear não causa desgaste adicional. Como resultado, as

su-perfícies 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

quan-tidade de lubrifi cante 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 Retífi ca de superfície de eixo único

(guia deslizante)

Retífi ca de superfície de três eixos (guia de rolagem) Comprimento total × largura total 13 m×3,2 m 12,6m×2,6m Massa total 17.000kg 16.000kg Massa da mesa 5.000kg 5.000kg Área de retífi ca 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 23.600N 2.270N 10,4 Consumo de energia

elétrica 38 kWH 3,7 kWH 10,3 Consumo de óleo de pressão

hidráulica da transmissão 400ℓ/ano 250ℓ/ano 1,6 Consumo de lubrifi cante 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 qualifi cados 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

ho-ras 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)

Medição de precisão

Base de montagem, mesa e sela

Usinagem

Mesa e sela

Base da máquina

Medição de precisão (retilineidade e torção) com uma guia linear montada temporariamente

Medição de precisão

Base de montagem, mesa e sela

Descarte por base de contato com mesa e sela

Descarte corretivo Medição de precisão Secagem em câmara termicamente controlada Superfície de montagem da base de descarte Cobertura de superfícies com resina especial Remoção de graxa de superfícies usinadas

Usinagem

Mesa e sela

Base da máquina

Medição de precisão (retilineidade e torção) com uma guia quadrada montada temporariamente

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,

ra-nhura de arco circular e dois pontos de contato ranhura de arco gótico e quatro pontos de contato Outros produtos: estrutura com duas carreiras,

Deslizamento diferencial R: raio da curvatura Eixo de rotação da esfera Largura de contato

Guia linear Modelo HSR

Largura de contato Eixo de rotação Eixo de rotação d2 d1 B A π×d1 π×d2 R d2d1 B A d2 B’ A’ ｄ1 Fig.12 Deslizamento diferencial R: raio da curvatura

Eixo de rotação da esfera

Largura de contato

Ângulo de contato Ângulo de contato

Produto com ranhura de arco gótico em duas carreiras

Largura de contato Eixo de rotação d2 d1 B A π×d1 π×d2 d2d1 _R _R B A d2 d1 B’ A’ Fig.13

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

(13)

Estrutura ideal com quatro pistas, ranhura de arco circular e dois pontos de contato

Estrutura ideal com duas carreiras, ranhura de arco gótico e quatro pontos de contato

Movimento suave

Como a esfera entra em contato com a ranhura em dois pontos na direção de carga, como mostrado nas F i g . 1 2 e F i g . 1 3 e m B1-19 , mesmo sob uma

pré-carga ou uma carga normal, a diferença entre d 1 e

d 2 é pequena e o deslizamento diferencial é

minimiza-do para permitir movimento de rolagem suave.

A diferença entre d 1 e d 2 na área de contato é

gran-de, como mostrado nas Fig.12 e Fig.13 em B1-19 . Portanto, se qualquer uma das seguintes

situ-ações 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.

Precisão e rigidez da superfície de montagem

Na estrutura ideal de dois pontos de contato, quatro carreiras de ranhuras de arco circular os ângulos de contato adequados são fornecidos. Com essa estru-tura, 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 o produto com ranhura em arco gótico, cada esfe-ra entre em contato com a esfe-ranhuesfe-ra 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, atin-gindo um movimento suave. Da mesma forma, é neces-sário usinar uma base de montagem altamente rígida com alta precisão e montar um trilho de alta precisão.

Rigidez

Com os dois pontos de contato, mesmo se uma pré-carga relativamente grande for aplicada, a resistência de rola-gem não aumenta anormalmente e a alta rigidez é obtida.

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.

Especifi cação de carga

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.

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

Carga aplicada (kN) Pré-carga e desvio Curva de deslocamento do HSR30 folga 0 Magnitude da pré-carga: 5 kN Desvio (rigidez) ( μ m) Rigidez (N/μm) Comparação de rigidez por curvatura

(por esfera) Diâmetro da esfera (mm) 60 40 20 0 10 20 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 R=0 ,6Da R=0 ,55Da R=0 ,52Da Fig.14

Diferença na vida de serviço

Como a especifi cação 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 des-lizamento 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] [Condições]

(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

Folga radial: 0m Sem vedação Sem lubrifi cação

Carga: massa da mesa de 30 kg

Dado 1: Pré-carga e resistência de rolagem

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.

Magnitude da pré-carga (μm)

Produto com ranhura de arco gótico

Resistência de rolagem (N) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -5 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.

Deslocamento paralelo: P (mm) (erro de paralelismo)

Resistência de rolagem (N) 60 50 40 30 20 10 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 HSR35A SR30W P 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 atu-ará 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.

Deslocamento em altura: S (mm) (deslocamento de nível) Resistência de rolagem (N) 60 50 40 30 20 10 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 HSR35A SR30W 200 S

(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

man-cais esféricos angulares, ele tem capacidade superior de auto ajuste.

Mancais esféricos angulares montados frente a frente (tipo DF)

Mancais esféricos angulares montados costas a costas (tipo DB)

Contato angula de quatro carreiras tipo DF (guia linear)

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

Erro de montagem

Distância a partir do ponto de

aplicação Distância a partir do ponto de aplicação Desvio Desvio Mesa M M Distância a partir do ponto de aplicação Distância a partir do ponto de aplicação Desvio Desvio Erro de montagem Bloco M M

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 auto-mático é grande.

Como a distância do ponto de aplicação do mancal é gran-de, 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