قضبان التوجيه الدائرية مقابل قضبان التوجيه المربعة لأجهزة التوجيه CNC

مجموعة السكك الحديدية الخطية CNC

تأتي قضبان التوجيه الخطية (طقم قضبان التوجيه الخطية CNC) بنوعين، قضبان توجيه دائرية وقضبان توجيه مربعة. نشأت قضبان التوجيه الدائرية في البداية ولكنها لا توفر الدقة التي توفرها مكونات قضبان التوجيه المربعة. ومع ذلك، فإن قضبان التوجيه الدائرية هي قضبان التوجيه المفضلة للحركات الرأسية ذات الأحمال الثقيلة. سيحدد التطبيق نوع قضبان التوجيه الخطية التي يجب استخدامها. لا تختلف معايير اختيار واحدة على الأخرى عن اختيار أي قضبان توجيه أخرى التصنيع باستخدام الحاسب الآلي جهاز التوجيه إن عملية تطوير المكونات تتطلب تحديد التصميم وتحديد أهداف النظام والعمل على النجاحات والأخطاء السابقة. ولكن أي شخص يفتقر إلى الخبرة قد يرتكب أخطاء بسيطة. وأفضل مكان للبدء هو تعلم الصفات الأساسية لكل نوع وتبني الصفات الأكثر ملاءمة للتطبيق.

لقد تم صقل تقنية القضبان الدائرية إلى حد الكمال تقريبًا على مدار السنوات الستين الماضية، وكانت القضبان المربعة موجودة منذ حوالي 60 عامًا. لقد تم حل معظم مشاكل التصميم المتأصلة منذ فترة طويلة وتحسنت المواد بشكل كبير. تنشأ معظم المشاكل من سوء الاستخدام وسوء التطبيق. وغالبًا ما تأتي الأسباب الرئيسية لسوء التطبيق من تحيز شخصي أو تعصب أو سوء تقدير أو حكم جمالي. أي أن القضيب الخطي الصغير نسبيًا قد يناسب الحمل والسرعة وكل متطلب آخر بشكل جيد. ولكن عند تركيبه على جهاز التوجيه CNC، قد تستنتج العين الثاقبة أنه يبدو ضعيفًا وصغير الحجم بالتأكيد.

لا يكون استخدام نوع واحد من أدلة الكرات الخطية أسهل بالضرورة من غيره. ويعتمد الاختيار بالكامل على التطبيق المحدد. وبشكل عام، قد تكلف مكونات القضبان المربعة المحددة أكثر من المستديرة، ولكن يجب معالجة المتطلبات الأخرى بما في ذلك تكلفة النظام. وعلى الأقل، تتضمن هذه العناصر النفقات اللازمة لإعداد سرير جهاز التوجيه CNC أو سطح التثبيت الآخر لاستيعاب نظام القضبان، ودقة التموضع المطلوبة، والمساحة المتاحة لنظام القضبان الخطية.

لكن قبل أن ترسم بقلم رصاص على ورقة أو باستخدام الماوس على لوحة، حدد إما شكل السكة المربعة أو الدائرية. عندما يبدو أن التطبيق يمكن أن يسير في أي اتجاه، قم بإجراء حسابات أولية على أهم الصفات والاحتياجات للتأكد من عدم إغفال أي شيء.

قضبان توجيه مستديرة

قبل ظهور قضبان التوجيه المربعة، كان من المتوقع أن تلبي قضبان التوجيه المستديرة كل مواقف التحكم في الحركة الخطية. ولعدة سنوات، نجحت في ذلك بشكل رائع. ولكن نظرًا لأن مستخدمي أدوات التوجيه ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر طالبوا بتفاوتات أقرب لبعض الوظائف، فقد فضل صانعو أجهزة التوجيه ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر الطريقة الكلاسيكية لطرق الطحن والكشط. واستُخدمت قضبان التوجيه المستديرة للمعدات الطرفية عندما لم تتمكن من تلبية متطلبات التفاوت.

لم يجعل هذا قضبان التوجيه الدائرية أقل قيمة أو عتيقة. تستمر فوائدها في التفوق على عيوبها. قضبان التوجيه الدائرية أقل تكلفة بشكل عام من قضبان التوجيه المربعة، ولكن لا ينبغي أن يكون هذا هو المعيار الأساسي لأي تطبيق. يمكن أن تفشل القضبان المربعة في الواقع بينما يمكن للقضبان المستديرة أن تعمل بسلاسة وبدون عيوب. على سبيل المثال، قضبان التوجيه الدائرية أكثر تسامحًا مع سوء المحاذاة، والتوازي الضعيف، وأحمال العزم في معظم آلات CNC وتسمح بتنوع أكبر في القضبان h8 مقارنة بأنظمة القضبان المربعة. ومع ذلك، يمكنها الحفاظ على استقامة سفر تبلغ 0.01 بوصة لمسافة 10 أقدام. كما يميل عنصر التدحرج الصغير إلى جعل حركة القضبان المستديرة أكثر سلاسة.

لتحقيق هذه الدقة، تحتاج القضبان إلى دعم فقط عند الأطراف، على الرغم من أن العديد منها مدعومة عند عدة نقاط أو على طولها بالكامل. وهذا يسمح للقضبان بعبور الفجوات دون مشكلة، والانتقال بأمان من دعامة إلى أخرى. عندما يتطلب نظام القضبان المستديرة تجميع عمود وقضيب فقط (عمود أو قضيب أو عمود وكتلتان مدعومتان في النهاية مع 2 كتل وسادة) تكون تكلفة التحضير أقل من القضيب المربع. بشكل عام، يكون تركيب القضيب المستدير سهلًا وغير مكلف نسبيًا. وتفضل الخدمة والاستبدال القضيب المستدير.

قضبان التوجيه المربعة (قضبان التوجيه ذات الشكل الجانبي)

تم تصميم قضبان التوجيه المربعة في البداية لصناعة أدوات التوجيه باستخدام الحاسب الآلي. وقد حلت محل العربات والمسارات المتكاملة، والتي تعد مناطق متكاملة في سرير جهاز التوجيه باستخدام الحاسب الآلي. ومع ذلك، لا تزال بعض العربات والمسارات التقليدية توفر دقة عالية في مواقف معينة.

إن قضبان التوجيه المربعة أكثر صلابة وصلابة، ولكنها تحتاج إلى دعم مستقيم ومتواصل مع متطلبات صارمة فيما يتعلق بالتسطح والتوازي؛ ولا يمكنها سد الفجوات التي يمكن للقضيب الدائري سدها. ومع ذلك، نظرًا لأن مصنعي أجهزة التوجيه ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر معتادون على إعداد السرير بدقة، فإن هذا لا يمثل مشكلة.

الميزة الرئيسية لقضبان التوجيه المربعة هي دقتها العالية في تحديد المواقع، وهي مفيدة بشكل خاص في الطحن والطحن. فهي تتحمل من 0.0002 إلى 0.001 بوصة على طول 10 أقدام، مقارنة بـ 0.01 بوصة لقضبان التوجيه الدائرية. كما أنها تتحمل هذه الدقة لحمل لحظي؛ فالعربة المفردة والقضيب المفرد أكثر ملاءمة لهذا من القضيب الدائري. ولأن القضيب المربع يتحمل أحمالًا أعلى بدقة عالية، فإن معظم المستخدمين يتحملون سلاسة أقل إلى حد ما مما توفره قضبان التوجيه الدائرية.

على الرغم من أن وحدة قضيب ذات مقطع واحد يمكنها التعامل مع حمولة لحظية، إلا أنه لا يُنصح بذلك دائمًا. يجب استخدام وحدتين أو أكثر لموازنة الحمل أو توزيع الوزن. ومع ذلك، يمكن أن يتناسب قضيب مربع واحد حيث يلزم وجود قضيبين دائريين للتوجيه. كما أن القضبان ذات المقطع أسهل في الاستخدام لأنها تحتاج إلى جزء أو جزءين لنظام كامل، القضيب والعربة، بينما يتكون القضيب الدائري من بضعة أجزاء إضافية.

تتمتع قضبان التوجيه المربعة بسعة تحمل أعلى، والتي يتم تعريفها على أنها مقدار الحمل الذي تتحمله الوحدة عند السفر لمسافة محددة. على سبيل المثال، تعتمد سعة 20,000 نيوتن على تصنيف 100 كم. والتآكل ضئيل لأن القضيب لا ينزلق ولكنه يتلامس مع التدحرج. يعتمد عمر القضيب المربع في المقام الأول على نوع البيئة التي يوجد فيها، والتشحيم المناسب، والصيانة. مع تساوي كل شيء آخر، فإن قضبان التوجيه المستديرة أكثر تسامحًا لأنها ليست حزمة محكمة وليست حساسة للاختلافات الطفيفة. القضيب المربع أكثر حساسية للحطام والصدمات، على الرغم من أنه يتمتع بسعة ومقاومة أعلى للصدمات التي لا تؤثر على عنصر التدحرج.

بالنظر إلى جانب التآكل، فإن السكة الدائرية تتمتع أيضًا بقدرات طبيعية على التخلص من الحطام. تكون مسارات السكة المربعة مخفية عن الوصول المباشر ولكنها لا تتخلص بالضرورة من الحطام. مع تطبيق قوة دفع سلسة على السكة، تعمل السكة المستديرة بشكل أفضل من السكة المربعة، لأن السكة المربعة يمكن أن تسحب لأعلى في بعض مناطق السباق، في حين أن السكة المستديرة لديها ميول أقل للسحب لأعلى.

اختر نوع القضبان التي تريد استخدامها قبل البدء في تخطيط مكونات جهاز التوجيه CNC. تختلف تركيبات التثبيت بشكل جذري بين القضبان الدائرية والمربعة، وتختلف المنطقة التي يجب العمل فيها كما يختلف تصنيف الحمل للحجم المادي. إذا لم ينجح الأمر لاحقًا، فإن التغيير من علامة تجارية واحدة للقضبان المربعة إلى أخرى يكون أسهل من التغيير من قضيب مربع إلى دائري. تتبع جميع الشركات المصنعة معايير تسمح بدرجة معينة من قابلية التبادل داخل النوع.

يمكن التعامل مع الكفاءة من زاويتين. الأولى تتعلق بمعامل السحب للاحتكاك؛ فكلما قل الاحتكاك كلما انخفضت طاقة الإدخال. وتكون مقاومة السحب للقضبان الدائرية أقل قليلاً ويكون عملها أكثر سلاسة من القضبان ذات الشكل الجانبي. ولكن أولئك الذين يستخدمون قضبان التوجيه المربعة بانتظام يوفرون طاقة كافية لدفع القضبان بشكل جيد بما فيه الكفاية. وينظر البعض أيضًا إلى الكفاءة من وجهة نظر الغلاف الكلي أو الحجم. توفر القضبان ذات الشكل الجانبي الأصغر حزمة أصغر للأحمال الأعلى.

يؤثر الحمل الصدمي، كما هو الحال مع الحمل الصادم اللحظي، على جميع المحامل. يمكن لقضبان التوجيه المربعة التعامل مع حمولة أثقل من الوحدة الصغيرة، وبالتالي فإن الصدمة تكون أكثر قوة تأثير. ولكن في جميع الحالات، يتم قياس القضيب وفقًا لسعة الحمل العادي، وليس حمل صدمة. لا يوجد فرق كبير باستثناء أن الصدمة في الآلات الثقيلة تكون أكثر ضررًا فقط بسبب الكتلة النقية.

تأتي قضبان التوجيه المربعة مع بعض تخفيضات التصنيف البيئي الحرجة، والتي توجد عادةً في دليل الشركة المصنعة أو دليل التصميم. لسوء الحظ، لا يأخذ المصممون عوامل تخفيض التصنيف في الاعتبار بشكل متكرر بما يكفي في مراحل التصميم الأولية لقضبان التوجيه المستديرة أو المربعة. على سبيل المثال، يبلغ تصنيف دورة العمل القياسية في الولايات المتحدة 2 مليون بوصة أو 50 كم و100 كم أو 4 ملايين بوصة للسوق الأوروبية. غالبًا ما توصي المعايير بعدم استخدام نظام السكك الحديدية لأكثر من 25 أو كم. 50% من القدرة المقدرة.

إنه في الكتالوج

تحتوي معظم كتالوجات أدلة الأسطوانة والكرات الخطية على معلومات تطبيقية وهندسية للقياس والتركيب. هذه المعلمات مطلوبة لتحديد تصنيفات الحمل الديناميكي والعزم والحمل الثابت وقدرات العزم، والتي تشمل الميل والدوران والانحراف. تتضمن الكتالوجات أيضًا رسومًا بيانية ومعادلات لتحديد عمر حركة المحمل من تصنيف الحمل الديناميكي ومعلمات إدخال الحمل الديناميكي المطبق. يحتوي كل دليل بكرة أو محمل كروي خطي على مواصفات فريدة للسرعة والتسارع والتسامح والحمل المسبق ونطاق درجة الحرارة.

المعلمة الأكثر أهمية بالنسبة لدليل الملف الشخصي هي التوازي التشغيلي، والذي يقع في نطاق عدة ميكرومتر. وما لم يتم اتباعه عن كثب، فإن المحامل تلتصق أو تتآكل قبل الأوان. ولمنع مثل هذه المشاكل، تغطي أدلة التثبيت بعناية موضوع تحضير سطح التثبيت، وتفاوتات التثبيت، وتوازي القضبان. وتشمل بيانات التثبيت أيضًا الإزاحة الرأسية للقضبان، والإزاحة الرأسية والجانبية للعربة، وتفاوتات فتحات التثبيت، وعزم دوران البراغي، والمفاصل الطرفية.

تتطلب محامل الكرات الخطية المستديرة نفس الاعتبارات التي تتطلبها قضبان التوجيه، بالإضافة إلى بعض الاعتبارات الأخرى. توضح الرسوم البيانية القطبية سعة التحميل الديناميكية، كما توضح الرسوم البيانية عمر الحمل. تعمل معامل الاحتكاك المنخفض البالغ 0.001 ومواصفات المحاذاة الذاتية الممنوحة لقضبان التوجيه المستديرة على التخلص من عوامل خفض التصنيف المخصصة عادةً لقضبان التوجيه.

التطبيقات

في حين كانت تكلفة قضبان التوجيه الخطية المربعة أعلى عدة مرات من تكلفة تقنية القضبان الدائرية بسبب متطلبات الطحن الشاملة المتأصلة في التصميم، فقد شجعت تقنيات التصنيع الجديدة واقتصادات الحجم المهندسين على التفكير في استخدام قضبان التوجيه المربعة في مساحة تطبيق أوسع. يمكن الآن العثور على قضبان التوجيه الخطية المربعة في العديد من التطبيقات نفسها التي كانت مدعومة في السابق بقضبان التوجيه المستديرة فقط.

يمكن لمعظم التطبيقات استخدام قضبان توجيه دائرية أو مربعة. ولكن يتم استبدال بعض القضبان بالنوع الآخر لأن النوع الأول لا يعمل. كانت هذه هي الحال في سرير مريض المستشفى حيث بدأ المصمم بقضيب مربع للحركة المحورية. لكن التجميع كان يلتصق؛ ولا يمكنه التحرك بحرية إلا إذا تم فك مسامير التثبيت للسماح ببعض حركة الالتواء. ببساطة لم يكن إطار السرير صلبًا بما يكفي. كان لا بد من استبدال القضيب المربع بالقضيب الدائري الذي يتم محاذاته ذاتيًا.

كان هناك تطبيق آخر يعاني من مشكلة مماثلة، وهو قضيب مربع مثبت على قاعدة من الصفائح المعدنية في آلة بيع. لم يعمل القضيب لأن التركيب على الصفائح المعدنية لم يكن صلبًا بدرجة كافية. في بعض الأحيان، يكرر المصممون الأخطاء عندما ينظرون إلى نفس المشكلة في ضوء مختلف. قد يميل المهندس الذي يعرف قضبان التوجيه المستديرة إلى الالتزام بها، بغض النظر عن احتياجات التطبيق إلى دقة أعلى. لكن معظم التطبيقات لا تحتاج إلى دقة القضيب المربع. يجب أن ينظروا إلى تكلفة النظام بالكامل، وليس فقط تكلفة المكونات. وهذا يعني دمج المتطلبات لجميع الأجهزة الطرفية والقضايا الموسعة.

يشير الرسم البياني للحمل/العمر الافتراضي للقضيب الدائري إلى الحمل الأقصى لمحمل جلبة كروية معين. أدخل الرسم البياني الذي يحتوي على أقصى حمل للمحمل الأكثر تحميلًا وعمر السفر المطلوب وابحث عن مكان تقاطع الخطين. تشير المنطقة التي تمر عبر أو أعلى وإلى يمين التقاطع إلى المحامل الأكثر ملاءمة.

يحدد اتجاه المحمل أو اتجاه الحمل المطبق سعة الحمل الديناميكية لمحمل الجلبة الكروية. يتم إيجاد عامل التصحيح من اتجاه الحمل المطبق بالنسبة لاتجاه مسارات كرات المحمل الموضحة في الرسم البياني القطبي. لتحديد سعة الحمل، اضرب عامل التصحيح K في سعة الحمل الديناميكية للوحدة المحددة.

يمكن أن تتفوق قضبان التوجيه المربعة على قضبان التوجيه المستديرة في ظروف معينة تتطلب صلابة أعلى ومزيدًا من الاكتناز من حيث سعة التحميل نسبة إلى الحجم. بشكل عام، توفر قضبان التوجيه ذات الشكل الجانبي سعة تحميل أعلى ودقة وصلابة وعمرًا أطول.

يجب أن تكون قضبان التوجيه المربعة ذات أسطح متوازية للغاية لمنع الالتصاق والتآكل المفرط. تميل إلى اتخاذ شكل سطح التركيب، مما يجعل الالتزام الصارم بمواصفات التوازي أمرًا ضروريًا.

لمحة عامة عن قضبان التوجيه الدائرية مقابل قضبان التوجيه المربعة

الميزات	قضبان توجيه مستديرة	قضبان التوجيه المربعة
التكلفة	عموما أقل تكلفة	عموما أكثر تكلفة
التثبيت	أسهل في المحاذاة والتثبيت	يتطلب محاذاة وتركيب أكثر دقة
سلاسة الحركة	حركة أكثر سلاسة مع احتكاك أقل	حركة جيدة، ولكن قد يكون هناك احتكاك أكبر من القضبان المستديرة
سعة التحميل	قدرة تحمل أقل	قدرة تحمل أعلى
استقرار	يمكن أن ينحرف أو ينحني تحت الأحمال الثقيلة	أكثر استقرارًا وأقل عرضة للانحناء تحت الأحمال الثقيلة
المتانة	أقل متانة عند الاستخدام المكثف والمستمر	أكثر متانة ومناسبة للتطبيقات الشاقة
طلب توظيف جديد	مثالي للتطبيقات الأخف وزناً والأقل تطلباً	مثالية للتطبيقات الشاقة وعالية الدقة
تعدد الاستخدام	متوفر بأقطار وأطوال مختلفة	متوفر بأحجام مختلفة، ولكنه أكثر صلابة بشكل عام
الصيانة	أسهل في الصيانة بسبب التصميم البسيط	قد يتطلب المزيد من الصيانة بسبب التعقيد
دقة	أقل دقة في سيناريوهات التحميل العالي	دقة عالية، مناسبة للتصنيع الدقيق
مرونة	أكثر مرونة، ويمكنه استيعاب المحاذاة غير الصحيحة	أقل مرونة، ويتطلب محاذاة دقيقة