Rails de guidage ronds VS rails de guidage carrés pour routeurs CNC

Kit de rail linéaire CNC

Les rails de guidage linéaires (kit de rails linéaires CNC) sont disponibles en 2 types, les rails de guidage ronds et les rails de guidage carrés. Les rails de guidage ronds sont originaires du premier type, mais n'offrent pas la précision offerte par les composants de rails de guidage carrés. Cependant, le rail de guidage rond est le rail de guidage préféré pour les mouvements verticaux avec de lourdes charges. L'application dictera le type de rails de guidage linéaires à utiliser. Les critères de choix de l'un par rapport à l'autre ne sont pas différents de ceux du choix de tout autre Routeur CNC Il est important de définir les composants, de définir la conception, de définir les objectifs du système et de travailler à partir des succès et des erreurs du passé. Mais toute personne peu expérimentée peut commettre des erreurs simples. Le meilleur point de départ est d'apprendre les qualités fondamentales de chaque type et d'adopter celles qui sont les plus pertinentes pour l'application.

La technologie des rails de guidage ronds a été perfectionnée au cours des 60 dernières années et les rails de guidage carrés ont atteint une durée de vie respectable de 35 ans. La plupart des problèmes de conception inhérents ont été résolus depuis longtemps et les matériaux se sont considérablement améliorés. La plupart des problèmes proviennent d'une mauvaise utilisation et d'une mauvaise application. Et les principales raisons d'une mauvaise application proviennent souvent d'un parti pris ou d'un préjugé personnel, d'une erreur de calcul ou d'un jugement esthétique. En d'autres termes, un rail à profil linéaire relativement petit peut parfaitement s'adapter à la charge, à la vitesse et à toutes les autres exigences. Mais une fois monté sur la fraiseuse CNC, un œil averti pourrait conclure qu'il semble faible et définitivement sous-dimensionné.

Un type de guidage linéaire à billes n'est pas forcément plus facile à utiliser qu'un autre. Le choix dépend entièrement de l'application spécifique. En général, un composant à rail carré particulier peut coûter plus cher qu'un composant rond, mais d'autres exigences, notamment le coût du système, doivent être prises en compte. Au minimum, ces éléments comprennent les dépenses de préparation du lit de la fraiseuse CNC ou d'une autre surface de montage pour accueillir le système de rail, la précision de positionnement nécessaire et l'espace disponible pour le sous-système à rail linéaire.

Mais avant de poser votre crayon sur le papier ou votre souris sur votre tapis, choisissez un rail carré ou rond. Lorsque l'application semble pouvoir aller dans un sens ou dans l'autre, effectuez des calculs préliminaires sur les qualités et les besoins les plus critiques pour vous assurer que rien n'est négligé.

Rails de guidage ronds

Avant l'avènement des rails de guidage carrés, les rails de guidage ronds étaient censés satisfaire toutes les situations de contrôle de mouvement linéaire. Et pendant de nombreuses années, ils l'ont admirablement fait. Mais comme les utilisateurs d'outils de toupie CNC exigeaient des tolérances plus strictes pour certains travaux, les fabricants de toupies CNC ont privilégié la méthode classique de fraisage et de raclage. Les rails de guidage ronds étaient utilisés pour les équipements périphériques lorsqu'ils ne pouvaient pas répondre aux exigences de tolérance.

Cela ne rend pas les rails de guidage ronds moins précieux ou obsolètes. Leurs avantages continuent de l'emporter sur leurs inconvénients. Les rails de guidage ronds sont généralement moins chers que les rails de guidage carrés, mais cela ne devrait pas être le critère principal pour toute application. Un rail carré peut en fait tomber en panne alors qu'un rail rond peut fonctionner sans problème et sans faille. Par exemple, les rails de guidage ronds sont plus tolérants aux désalignements, au mauvais parallélisme et aux charges de moment dans la plupart des cas. Machines CNC et permettent une plus grande variation du rail h8 que les systèmes à rail carré. Néanmoins, ils peuvent maintenir une rectitude de déplacement de 0.01 po sur 10 pi. De plus, le petit élément roulant a tendance à rendre le mouvement du rail rond plus fluide.

Pour atteindre cette précision, ils n'ont besoin d'être soutenus qu'aux extrémités, bien que beaucoup soient soutenus en plusieurs points ou sur toute leur longueur. Cela permet aux rails de franchir les interstices sans problème et de passer en toute sécurité d'un support à un autre. Lorsque le système à rail rond ne nécessite qu'un assemblage arbre-rail (un arbre, un rail ou un arbre et 2 blocs supportés aux extrémités avec 4 paliers à semelle), le coût de préparation est inférieur à celui du rail carré. En général, l'installation d'un rail rond est relativement facile et peu coûteuse. Et l'entretien et le remplacement privilégient le rail rond.

Rails de guidage carrés (rails de guidage profilés)

Les rails de guidage carrés ont été initialement conçus pour l'industrie des outils de toupie CNC. Ils ont remplacé les chariots et les glissières intégrés, qui font partie intégrante du banc de toupie CNC. Néanmoins, certains chariots et glissières traditionnels offrent toujours une grande précision dans certaines situations.

Les rails de guidage carrés sont plus rigides, mais nécessitent un support droit et continu avec des exigences strictes en matière de planéité et de parallélisme ; ils ne peuvent pas couvrir les espaces qu'un rail rond peut couvrir. Cependant, comme les fabricants de routeurs CNC sont habitués à une préparation de lit de précision, cela ne pose pas de problème.

Le principal avantage des rails de guidage carrés est leur grande précision de positionnement, particulièrement utile pour le fraisage et le meulage. Ils maintiennent entre 0.0002 et 0.001 pouce sur une longueur de 10 pieds, contre 0.01 pouce pour les rails de guidage ronds. Ils gèrent également cette précision pour une charge momentanée ; un seul chariot et un seul rail sont mieux adaptés à cela qu'un rail rond. Et comme le rail carré gère des charges plus élevées avec une grande précision, la plupart des utilisateurs tolèrent un peu moins de douceur que celle offerte par les rails de guidage ronds.

Bien qu'une seule unité de rail profilé puisse supporter une charge de moment, cela n'est pas toujours recommandé. Il faut utiliser 2 unités ou plus pour équilibrer la charge ou répartir le poids. Cependant, un rail carré peut s'adapter là où 2 rails de guidage ronds seraient nécessaires. Les rails profilés sont également plus faciles à utiliser car ils nécessitent une ou deux pièces pour un système complet, le rail et le chariot, tandis que le rail rond comprend quelques pièces supplémentaires.

Les rails de guidage carrés ont une capacité de charge plus élevée, définie comme la quantité de charge à laquelle l'unité survit en parcourant une distance spécifiée. Par exemple, une capacité de 20,000 100 N est basée sur une évaluation de km. Et l'usure est minimale car le rail ne glisse pas mais a un contact roulant. La durée de vie des rails carrés dépend principalement du type d'environnement dans lequel ils se trouvent, d'une lubrification appropriée et de l'entretien. Toutes choses étant égales par ailleurs, les rails de guidage ronds sont un peu plus tolérants car ils ne sont pas aussi serrés et moins sensibles aux légères variations. Un rail carré est plus sensible aux débris et aux impacts, bien qu'il ait une capacité et une résistance plus élevées aux impacts qui n'affectent pas l'élément roulant.

En ce qui concerne l'usure, le rail rond a également des capacités naturelles d'élimination des débris. Les rails à rail carré sont cachés de l'accès direct mais n'éliminent pas nécessairement les débris. Avec une force motrice fluide appliquée au rail, un rail rond fonctionne mieux qu'un rail carré, car le rail carré peut se soulever sur certaines zones de la piste, tandis que le rail rond a moins tendance à se soulever.

Sélectionnez un type de rail à utiliser avant de commencer la disposition des composants du routeur CNC. Les dispositifs de montage sont radicalement différents entre les rails de guidage ronds et carrés, et la zone dans laquelle travailler varie, tout comme la capacité de charge pour la taille physique. Si cela ne fonctionne pas plus tard, il est plus facile de passer d'une marque de rail carré à une autre que de passer d'un rail carré à un rail rond. Tous les fabricants suivent des normes qui permettent un certain degré d'interchangeabilité au sein d'un même type.

L'efficacité peut être abordée sous deux angles. L'un concerne le coefficient de frottement de traînée ; moins de frottement signifie moins d'énergie d'entrée. La traînée d'un rail rond est un peu plus faible et son action est plus douce qu'un rail profilé. Mais ceux qui utilisent régulièrement des rails de guidage carrés fournissent suffisamment de puissance pour entraîner les rails suffisamment bien. Certains considèrent également l'efficacité du point de vue de l'enveloppe globale ou de la taille. Le rail profilé plus petit offre un ensemble plus petit pour des charges plus élevées.

Les charges de choc, comme les charges d'impact instantanées, affectent tous les roulements. Les rails de guidage carrés peuvent supporter une charge plus lourde qu'une petite unité, de sorte que le choc est davantage une force d'impact. Mais dans tous les cas, le rail est adapté à la capacité de la charge normale, et non à une charge de choc. Il n'y a pas de différence significative, sauf que dans les machines lourdes, un choc est plus préjudiciable simplement en raison de la masse pure.

Les rails de guidage carrés sont soumis à des déclassements environnementaux critiques, généralement indiqués dans le manuel du fabricant ou dans le guide de conception. Malheureusement, les concepteurs ne prennent pas suffisamment en compte les facteurs de déclassement lors des premières étapes de conception des rails de guidage ronds ou carrés. Par exemple, le cycle de service standard aux États-Unis est de 2 millions de pouces ou 50 km et de 100 km ou 4 millions de pouces pour le marché européen. Souvent, les normes recommandent qu'un système de rail ne soit pas utilisé au-delà de 25 ou 50% de la capacité nominale.

C'est dans le catalogue

La plupart des catalogues de guidages linéaires à rouleaux et à billes contiennent des informations d'application et d'ingénierie pour le dimensionnement et l'installation. Ces paramètres sont nécessaires pour déterminer les charges dynamiques et les moments nominaux ainsi que les capacités de charge statique et de moment, qui incluent le tangage, le roulis et le lacet. Les catalogues incluent également des graphiques et des équations permettant de déterminer la durée de vie du roulement à partir de la charge dynamique nominale et des paramètres d'entrée de la charge dynamique appliquée. Chaque guidage linéaire à rouleaux ou à billes possède des spécifications uniques en matière de vitesse, d'accélération, de tolérances, de précharge et de plage de température.

Le paramètre le plus important pour les guides de profilés est le parallélisme de roulement, qui se situe dans la plage de plusieurs micromètres. Si les guides ne sont pas suivis à la lettre, les roulements se bloquent ou s'usent prématurément. Pour éviter de tels problèmes, les guides d'installation couvrent minutieusement le sujet de la préparation de la surface de montage, des tolérances de montage et du parallélisme des rails. Les données d'installation comprennent également le décalage vertical du rail, le décalage vertical et latéral du chariot, les tolérances des trous de montage, le couple des boulons et les assemblages bout à bout.

Les roulements à billes linéaires ronds nécessitent les mêmes considérations que les rails profilés, plus quelques autres. Les graphiques polaires illustrent la capacité de charge dynamique et les graphiques montrent la durée de vie de la charge. Le faible coefficient de frottement de 0.001 et les spécifications d'auto-alignement données aux rails de guidage ronds éliminent le besoin des facteurs de déclassement généralement attribués aux rails profilés.

Applications

Alors que les rails de guidage linéaires carrés coûtaient autrefois bien plus cher que la technologie ronde en raison des exigences de meulage importantes inhérentes à la conception, de nouvelles techniques de fabrication et des économies d'échelle ont encouragé les ingénieurs à envisager l'utilisation de rails de guidage carrés dans un domaine d'application plus large. Les rails de guidage linéaires carrés peuvent désormais être utilisés dans de nombreuses applications qui n'étaient autrefois prises en charge que par des rails de guidage ronds.

La plupart des applications peuvent utiliser des rails de guidage ronds ou carrés. Mais certains rails sont remplacés par l'autre type parce que le premier ne fonctionne pas. Tel était le cas dans un lit d'hôpital où le concepteur a commencé avec un rail carré pour le mouvement axial. Mais l'assemblage se bloquait ; il ne pouvait pas bouger librement à moins que les boulons de fixation ne soient desserrés pour permettre un mouvement de torsion. Le cadre du lit n'était tout simplement pas assez rigide. Le rail carré a dû être remplacé par le rail rond à alignement automatique.

Une autre application qui souffrait d'un problème similaire était un rail carré monté sur une base en tôle dans un distributeur automatique. Le rail ne fonctionnait pas car le montage en tôle n'était pas assez rigide. Parfois, les concepteurs répètent leurs erreurs lorsqu'ils examinent le même problème sous un angle différent. Un ingénieur familier avec les rails de guidage ronds peut avoir tendance à s'y tenir, quels que soient les besoins de l'application en matière de précision. Mais la plupart des applications n'ont pas besoin de la précision d'un rail carré. Elles doivent tenir compte du coût global du système, et pas seulement du coût des composants. Et cela signifie qu'il faut intégrer les exigences pour tous les périphériques et les problèmes étendus.

Le graphique charge/durée de vie du rail rond indique la charge limite pour un roulement à billes donné. Entrez le graphique avec la charge maximale du roulement le plus chargé et la durée de vie requise et trouvez où les 2 lignes se croisent. La zone à travers ou au-dessus et à droite de l'intersection indique les roulements les plus adaptés.

L'orientation du roulement ou la direction de la charge appliquée détermine la capacité de charge dynamique d'un roulement à billes. Le facteur de correction est déterminé à partir de la direction de la charge appliquée par rapport à l'orientation des pistes à billes du roulement indiquées dans le graphique polaire. Pour déterminer la capacité de charge, multipliez le facteur de correction K par la capacité de charge dynamique de l'unité spécifique.

Les rails de guidage carrés peuvent surpasser les rails de guidage ronds dans des circonstances spécifiques qui exigent une plus grande rigidité et une plus grande compacité en termes de capacité de charge par rapport à la taille. En général, les rails de guidage profilés offrent une capacité de charge, une précision et une rigidité supérieures, ainsi qu'une durée de vie plus longue.

Les rails de guidage carrés doivent avoir des surfaces extrêmement parallèles pour éviter les grippages et l'usure excessive. Ils ont tendance à épouser la forme de la surface de montage, ce qui nécessite un respect strict des spécifications de parallélisme.

Rails de guidage ronds VS rails de guidage carrés en un coup d'œil