Anche un telaio robusto può causare scarti se i suoi assi mobili vibrano, si bloccano o si usurano prematuramente. Quel piccolo problema alle guide si traduce in tagli scadenti, mancato rispetto delle scadenze e costi di manutenzione. La soluzione parte dalla scelta di una guida lineare adeguata al carico effettivo, alla velocità, alla precisione e all’ambiente di lavoro.
Una guida lineare è un sistema meccanico che sostiene una tavola mobile, un portale, una testa utensile o un robot, mantenendone il movimento lungo un percorso rettilineo controllato. Sfere o rulli scorrono tra un blocco e una rotaia per ridurre l'attrito. Una progettazione adeguata migliora la capacità di carico, la precisione di posizionamento, la rigidità, la velocità e la durata delle apparecchiature CNC e delle macchine industriali.
Una guida lineare consente a un componente della macchina di spostarsi in linea retta, contrastando al contempo i movimenti indesiderati. Il sistema di azionamento può essere costituito da una vite a sfere, una cinghia, una cremagliera e pignone oppure un motore lineare. La guida non genera alcuna forza di spinta; essa sostiene la massa in movimento e le forze di processo, mentre il sistema di azionamento muove l'asse.
Una guida lineare moderna utilizza elementi rotanti al posto di un'ampia superficie di scorrimento. Ciò riduce l'attrito, limita l'effetto stick-slip e garantisce un movimento lineare fluido.
In una macchina utensile, può sostenere una tavola, una testa mandrino o un portale. In un robot, può azionare una pinza. In entrambi i casi, il suo scopo è quello di sostenere e guidare il carico senza deviare dal percorso previsto.
La panoramica ufficiale sul design di THK descrive questa tecnologia come un insieme di elementi meccanici che sfruttano il contatto a rotolamento per spostare un oggetto con precisione lungo una linea retta. Si sottolinea inoltre che il montaggio, il carico, la tenuta e la lubrificazione influiscono sulle prestazioni e sulla durata.
La maggior parte dei sistemi profilati comprende quattro componenti di guida fondamentali:
Guida: la guida temprata fissata alla base della macchina.
Blocco: l'unità mobile fissata al tavolo o al portale.
Elementi rotanti: sfere o rulli che circolano all’interno del blocco.
Guarnizioni e aperture: componenti che trattengono il grasso e limitano l'ingresso di sporco.
Il carrello e la guida formano un unico percorso di scorrimento. Le piste di rotolamento di precisione controllano il contatto, mentre i tappi terminali riportano gli elementi volventi lungo un circuito interno.
L'espressione "guida lineare" spesso indica solo la rotaia, mentre "sistema di guida lineare" di solito comprende sia la rotaia che i carrelli. Gli acquirenti dovrebbero verificare con precisione cosa sia incluso nel preventivo.
Un cuscinetto ad albero tondo è più semplice e spesso meno costoso. Un cuscinetto per movimento lineare profilato normalmente resiste meglio ai carichi laterali e ai momenti di ribaltamento, aspetto importante quando un mandrino è posizionato molto al di sopra della superficie di montaggio.
Una guida a sfere utilizza cuscinetti a sfere tra il blocco e la guida. Garantisce una bassa resistenza e una corsa veloce, il che la rende comunemente utilizzata nelle fresatrici CNC, nelle macchine laser, nelle attrezzature per l'imballaggio e nelle unità di movimentazione.
Un sistema a rulli prevede l'utilizzo di rulli cilindrici o sagomati. L'area di contatto più ampia garantisce una maggiore rigidità e una migliore capacità di carico. Le informazioni sui prodotti a rulli di Bosch Rexroth mettono in relazione l'area di contatto più ampia di ciascun rullo con la rigidità, la stabilità trasversale e la capacità di carico.
I prodotti a rulli sono adatti a carichi pesanti, forze di taglio elevate e limiti di deflessione ristretti. Possono avere un costo maggiore e richiedono un montaggio accurato. Una struttura a sfere spesso offre un buon equilibrio tra velocità, prezzo e precisione per impieghi medi.
| Aspetto progettuale | Design della palla | Guide lineari a rulli |
|---|---|---|
| Elemento di contatto | Cuscinetti a sfere | Rulli |
| Attrito | Molto basso | Basso |
| Velocità | Spesso eccellente | Da buono a eccellente |
| Rigidità | Alto | Molto alto |
| Uso ottimale | CNC generale e movimentazione | Tagli pesanti e carichi elevati |
| Costo tipico | Inferiore | Più alto |
La scelta giusta dipende dalla forza, dal ciclo di lavoro, dalla velocità e dall'entità della deflessione consentita. Un componente più grande non è sempre necessariamente migliore.
Quali sono i diversi tipi di guide lineari?
L'espressione "diversi tipi di guide lineari" comprende diverse famiglie. Ogni tipo di guida lineare risponde a un'esigenza diversa.
Questi prodotti utilizzano una guida in acciaio profilato e un blocco di ricircolo. Offrono elevata precisione, buona resistenza al momento e la possibilità di carichi multidirezionali per macchine CNC e robot.
Sistemi con albero tondo supportati
I modelli SBR e TBR utilizzano un albero tondo sostenuto da una base in alluminio. Un blocco aperto scorre lungo l’albero. Queste guide sono economiche e adatte alle attrezzature per la lavorazione del legno, alle macchine CNC leggere e alle applicazioni a corsa lunga di precisione moderata.
Un albero temprato può funzionare con un cuscinetto a sfere lineare. Funziona bene con carichi leggeri, ma un albero non supportato potrebbe piegarsi su una campata lunga.
Una guida lineare in miniatura consente di risparmiare spazio e ridurre il peso in movimento negli strumenti di collaudo, nei piccoli robot e nella produzione di semiconduttori. Anche le piste di scorrimento di piccole dimensioni richiedono comunque un montaggio accurato e un'adeguata protezione.
Tra le opzioni speciali figurano guide larghe, materiali resistenti alla corrosione, sfere in gabbia, funzioni di misurazione e rulli per macchine sottoposte a condizioni di esercizio gravose. La panoramica dei prodotti Bosch Rexroth distingue le soluzioni a sfere, di piccolo formato, a rulli, a rulli a camme e basate su alberi, poiché presentano caratteristiche distintive.
I nomi dei modelli restringono la ricerca, ma il disegno rimane il riferimento definitivo.
Prodotti HGR per guide lineari Utilizzare una struttura a sfere profilate. Queste garantiscono un’elevata rigidità, una buona capacità di carico in diverse direzioni e un posizionamento stabile. Una guida lineare HGR15 potrebbe essere adatta a un asse CNC compatto, ma è comunque necessario verificare la distanza tra i binari, il precarico e la forza.
Sistema SBRs Utilizzare un albero tondo con supporto completo. Questi alberi riducono la flessione dell’albero e rappresentano una soluzione economicamente vantaggiosa per corse lunghe. Una guida lineare SBR16 utilizza un albero di 16 mm di diametro nominale, ma l’altezza, la larghezza del blocco, il passo dei fori, la velocità e la forza rimangono comunque fattori determinanti.
Guida di supporto SBR
Sistemi TBR utilizzare un principio simile a quello dell'albero supportato con una forma del blocco e uno schema di montaggio diversi. Una guida lineare TBR16 potrebbe adattarsi a un collegamento al tavolo più ampio, ma non costituisce un sostituto automatico della SBR.
Binario di supporto TBR
Prodotti MGR sono adatti a piccoli banchi di lavoro, assemblaggi elettronici, dispositivi di ispezione e robot leggeri. Consentono di risparmiare spazio, ma in genere hanno una capacità di carico inferiore rispetto ai modelli di dimensioni maggiori.
Guida lineare miniaturizzata MGR
| Serie | Struttura | Punto di forza principale | Limite principale | Uso tipico |
|---|---|---|---|---|
| HGR | Guida a sfere profilata | Precisione e rigidità | Aumento della domanda di montaggio | Macchine CNC e laser |
| EGR | Guida a sfere a profilo ribassato | Altezza ridotta | È necessario verificare le dimensioni | Piccoli macchinari |
| MGR | Profilo compatto | Dimensioni ridotte | Intervallo di carico inferiore | Elettronica e robotica |
| SBR | Albero tondo supportato | Valore e corsa lunga | Maggiore rigidità al momento | Lavorazione del legno con macchine CNC |
| TBR | Albero supportato, blocco alternato | Forma di montaggio ampia | Non direttamente intercambiabili | Attrezzatura generale |
| Albero | Albero tondo e cuscinetto | Semplice ed economico | Deformazione in campate lunghe | Meccanismi di illuminazione |
La nostra gamma di prodotti comprende queste opzioni per i costruttori di macchinari e i distributori che necessitano di diversi livelli di costo e prestazioni.
La capacità di carico non si limita al peso statico. Il blocco può essere sottoposto a forze verso il basso, verso l’alto e laterali, oltre che ad accelerazioni, urti e momenti di beccheggio, imbardata e rollio. Un mandrino sfalsato può generare un momento elevato a partire da una forza di taglio modesta.
La dimensione della guida è solo uno dei fattori che determinano le dimensioni. Anche la lunghezza dei blocchi, il numero, la distanza tra loro, la geometria di contatto, il precarico e la direzione di montaggio influenzano il risultato. Le linee guida di THK sul carico equivalente spiegano che possono agire contemporaneamente diverse direzioni di carico, che devono essere convertite in un carico di progetto equivalente.
Un’elevata rigidità comporta una minore deformazione sotto carico. Una deformazione ridotta contribuisce a limitare le vibrazioni, gli errori dimensionali e una finitura superficiale scadente. Il precarico può eliminare il gioco interno e migliorare la rigidità, ma un precarico eccessivo aumenta la resistenza e il calore.
L'elevata precisione comprende la precisione dimensionale, la precisione di funzionamento, la precisione di posizionamento, la ripetibilità e il parallelismo tra due binari.
Neanche una guida di alta qualità può compensare un telaio debole, un accoppiamento allentato, una base deformata, un fissaggio inadeguato delle viti o una regolazione errata dei servomotori. Un movimento lineare preciso dipende dall’asse nel suo complesso.
Ogni applicazione comporta rischi diversi.
Le guide lineari vengono utilizzate sugli assi X, Y e Z per il supporto di tavole, portali e teste mandrino. Le attrezzature da taglio richiedono rigidità, mentre le macchine per la lavorazione del legno necessitano di protezione dalla polvere.
Un asse laser richiede una corsa rapida e una ripetibilità stabile. Le macchine al plasma e a fiamma generano polvere, calore e urti. I progettisti possono optare per una soluzione profilata per garantire maggiore rigidità oppure per un albero supportato per ridurre i costi.
I robot, le unità di trasferimento e le linee di assemblaggio richiedono cicli brevi e movimenti prevedibili. Una bassa resistenza riduce il carico sul motore e una configurazione compatta consente di risparmiare spazio.
Queste macchine potrebbero richiedere dimensioni ridotte, particelle controllate, movimenti delicati e materiali speciali. Le condizioni di pulizia determinano una modifica del sistema di lubrificazione e di tenuta.
Le attrezzature per il confezionamento possono eseguire milioni di cicli brevi. In presenza di utensili pesanti può essere opportuno ricorrere a rulli, mentre un sistema a sfere può essere più adatto a lavorazioni più veloci e leggere.
Una regola utile è semplice: associare il prodotto al rischio di processo. Un'opzione economica diventa costosa quando si interrompe la produzione.
Iniziate la scelta partendo dalla macchina, non dal catalogo. Nel nostro lavoro con i clienti OEM, richiediamo il disegno tecnico e le condizioni operative prima di consigliare un modello. La scelta lineare ideale garantisce un equilibrio tra prestazioni e costi in tutti i sistemi lineari.
THK definisce la durata nominale come la distanza di corsa che 90% di unità identiche possono percorrere senza che si verifichino sfaldature da fatica da rotolamento nelle stesse condizioni. Anche il montaggio, la contaminazione, gli urti e lo stato del grasso sono fattori rilevanti.
| Esigenze relative alle macchine | Un punto di partenza pratico |
|---|---|
| Elevata forza di taglio | HGR o un modello a rulli |
| Produzione generale rapida | Design a sfere profilate |
| Piattaforma di precisione di piccole dimensioni | MGR o un'altra opzione compatta |
| Asse lungo e sensibile al costo | SBR o TBR |
| Un semplice movimento leggero | Albero e cuscinetto |
| Area di lavoro polverosa | Blocco sigillato più copertura esterna |
La scelta di un prodotto lineare rientra nella progettazione degli assi. È necessario tener conto della vite a ricircolo di sfere o della cremagliera, della coppia del motore, del rapporto di riduzione, della piastra di montaggio e del ciclo previsto. La guida è solo una delle componenti della progettazione degli assi lineari e ogni guida deve integrarsi con la struttura circostante.
Una buona guida lineare può guastarsi prematuramente se montata su una base sporca, irregolare o disallineata. Rimuovere le sbavature, allineare la guida principale, posizionare la seconda guida in parallelo e serrare i bulloni in sequenza.
Non colpire il blocco, non forzare fori disallineati e non esporre un sistema aperto alla polvere di molatura. Se necessario, utilizzare un attrezzo di trasferimento.
La lubrificazione riduce l'attrito e l'usura, forma una pellicola protettiva sulla pista di scorrimento e contribuisce a prevenire la ruggine. Le linee guida ambientali di THK indicano che anche i prodotti sigillati perdono gradualmente il lubrificante e necessitano di manutenzione a intervalli adeguati alle condizioni di esercizio.
L'intervallo dipende dalla corsa, dalla velocità, dalla forza, dalle vibrazioni, dalla temperatura, dal tipo di grasso, dal senso di montaggio, dalla presenza di impurità, dalle guarnizioni e dai coperchi.
Per la polvere, aggiungere un soffietto, una protezione, una spazzola o un sistema di spurgo dell'aria. Per il liquido di raffreddamento, controllare le guarnizioni e lo scarico. Per la corrosione, verificare il materiale e il rivestimento. L'espressione “senza manutenzione” non è una promessa universale di sicurezza.
Un guidamotore può rispettare i valori di catalogo e tuttavia funzionare male in caso di asse sbilanciato. La vite potrebbe essere troppo piccola, il giunto potrebbe slittare, il motore potrebbe non avere velocità sufficiente oppure la piastra di montaggio potrebbe flettersi.
Siamo un produttore e fornitore con sede in Cina di componenti per il movimento e la trasmissione CNC. I nostri componenti lineari e gli altri elementi per il movimento lineare sono progettati per funzionare come assi abbinati. Forniamo guide, viti a sfere, sistemi stepper e servo, riduttori planetari, prodotti a pignone e cremagliera, motori mandrino e relativi componenti CNC a produttori OEM e distributori in tutto il mondo.
Prima della fornitura, verifichiamo la forza, il momento, la corsa, la velocità, la precisione, le condizioni ambientali, la compatibilità dei componenti, la composizione dell'ordine e la ripetibilità della domanda.
Prendiamo in esame un progetto OEM rappresentativo. Un costruttore richiede l’HGR15 perché si adatta alla larghezza richiesta. Dopo aver verificato l’altezza del mandrino, constatiamo che una distanza maggiore tra i supporti o un blocco più lungo potrebbero migliorare il controllo del momento in misura maggiore rispetto all’utilizzo di una misura più grande. A questo punto esaminiamo il passo della vite, la velocità del servomotore, i supporti e il giunto. Il risultato è un asse meglio bilanciato.
Il nostro profilo aziendale illustra questo modello "one-stop", che consente di ridurre il coordinamento con i fornitori e migliorare la coerenza delle specifiche negli ordini ricorrenti.
La guida lineare perfetta non è quella più costosa. È la guida lineare giusta, installata correttamente, protetta adeguatamente e adattata all’intero asse.
Il primo termine indica spesso una guida profilata con blocco di ricircolo; il secondo indica spesso un cuscinetto ad albero tondo. Una struttura profilata offre solitamente un controllo dei momenti più efficace.
È possibile che una singola guida sostenga un intero asse della macchina?
A volte. Di solito due cingoli garantiscono una maggiore stabilità del carrello e un miglior controllo del momento. Un unico cingolo largo può andare bene quando il carico è ridotto.
Il sistema a rulli è sempre più preciso di quello a sfere?
No. I rulli garantiscono solitamente una maggiore rigidità, ma la precisione dipende anche dalla classe, dal precarico, dalla qualità della base, dalla temperatura e dal montaggio. Le guide lineari a sfere possono comunque garantire un’elevata precisione.
Con quale frequenza devo aggiungere il grasso?
Non esiste un intervallo valido per tutti i casi. La velocità, il percorso, la forza, la temperatura, la contaminazione, le guarnizioni e il tipo di grasso sono tutti fattori rilevanti. Attenersi alle specifiche del prodotto e controllare la resistenza, il rumore e le condizioni del grasso.
No, non direttamente. Presentano strutture, dimensioni e comportamento sotto carico diversi. Qualsiasi modifica richiede una revisione del sistema di montaggio e delle prestazioni.
