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Ejes lineales: Normas de precisión para ejes lineales MISUMI
Los ejes lineales son un subconjunto de guías lineales y proporcionan estabilidad y precisión en los sistemas de movimiento lineal. Los diferentes requisitos de precisión se colocan en ejes lineales para garantizar que los movimientos se realicen con baja fricción, de forma precisa y fiable. Estos requisitos especifican la redondez, rectitud y perpendicularidad, así como la concentricidad del eje lineal. MISUMI ofrece ejes lineales en versiones estándar y de precisión. En este artículo, conocerá las diferentes características, cuándo usar cada variante y en qué consiste la precisión.
Parámetros de precisión clave para ejes lineales
Los parámetros de precisión típicos de los ejes lineales son rectitud, redondez, perpendicularidad y concentricidad. Afectan a la precisión, estabilidad y longevidad de los ejes lineales instalados y de todo el sistema en el que se instalan los ejes lineales. Incluso las desviaciones menores pueden provocar un mayor desgaste, vibración o errores de posicionamiento. En este contexto, las tolerancias dimensionales y la selección de ajuste son aspectos importantes para la fabricación y el uso de ejes lineales. La tolerancia de forma describe la desviación permitida de la forma del eje geométrico con respecto a la dimensión nominal ideal, mientras que la tolerancia de posición describe la desviación permitida con respecto a la posición o alineación ideal de un eje.
- (D) Diámetro
- (K) Rectitud
- (M) Redondez
- (L) Longitud de trabajo
- (Y) Longitud total resultante
- (F) Paso, izquierdo
- (P) Diámetro roscado o escalonado, izquierdo
- (S) Paso de longitud de rosca, derecha
- (T) Paso, derecho
- (B) Paso de longitud de rosca, izquierda
- (Q) Diámetro de rosca o paso, derecho
El cumplimiento de las normas de precisión también es un criterio clave para seleccionar los mercados de aprovisionamiento. Una planta de fabricación en Portugal ofrece a MISUMI la capacidad de producir piezas de precisión dentro de la UE. En MISUMI, nos beneficiamos de ello gracias a una puntualidad de entrega excelente, rutas de entrega comparativamente cortas y materiales que cumplen con los estándares europeos.
La siguiente sección analiza algunos de los parámetros clave en detalle:
Redondez de los ejes lineales
La redondez describe la precisión con la que la sección transversal del eje corresponde a un círculo matemáticamente perfecto. Una redondez elevada garantiza una carga uniforme de los cojinetes y un alto rendimiento. Las desviaciones de solo unos pocos milímetros pueden conducir a una precarga, lo que hace que el eje lineal y el cojinete se desgasten más rápido. Por lo tanto, las aplicaciones de alta precisión requieren tolerancias de redondez ajustadas.
Por otra parte, el descentramiento y la redondez no son lo mismo. El descentramiento describe cómo gira el eje alrededor del eje de rotación, medido en un punto fijo del eje. Esto se especifica mediante las denominadas tolerancias de descentramiento que describen la desviación del eje ideal.
- (1) Eje
- (2) Diámetro de eje redondo ideal
- (3) Desviación del diámetro real
La siguiente tabla muestra la redondez M en función de D y la tolerancia ISO:
| Tolerancia ISO | ||
|---|---|---|
| Ejemplo de diámetro D | g6, h6 - eje endurecido | f8 - Eje no endurecido |
| Redondez M | Redondez M | |
| 10 | 0.004 | 0.011 |
| 16 | 0.005 | 0.014 |
| 30 | 0.006 | 0.017 |
| 50 | 0.007 | 0.02 |
Desviaciones del diámetro exterior
Un diámetro exterior preciso dentro de unos límites de campo de tolerancia ajustados es particularmente relevante si se requiere una alta precisión de guía y suavidad. También constituye la base si es necesaria una alineación exacta sin holgura o si se requieren tipos específicos de ajuste, como el ajuste de interferencia.
Aunque la desviación permitida de la versión de precisión es de 0,02 mm, la versión estándar especifica una tolerancia de desviación de 0,1 mm.
Rectitud del eje lineal
La rectitud describe la precisión de la alineación de un eje en toda su longitud. No debe desviarse de una línea ideal. Cuanto más precisa sea la rectitud, más precisos serán los movimientos de los componentes guiados. Para medir la rectitud se puede utilizar una máquina de medición de coordenadas 3D y una sonda.
La siguiente tabla muestra los estándares de precisión MISUMI para la rectitud lineal del eje en función de D y L:
| g6, h6 - Eje endurecido |
f8 - Eje no endurecido |
|||
|---|---|---|---|---|
| L | D | Rectitud K | L | Rectitud K |
| * | 3 y 4 | ≤ (L/100) x 0.05 | ≤ 100 | ≤ 0.025 |
| * | 5 | ≤ (L/100) x 0.03 | ||
| ≤ 100 | De 6 a 50 | ≤ 0.01 | > 100 | ≤ (L/100) x 0.025 |
| > 100 | ≤ (L/100) x 0.01 | |||
Concentricidad de los ejes lineales
Se entiende por concentricidad de un eje la precisión con la que se alinean entre sí los ejes giratorios de, por ejemplo, un diámetro exterior de eje y un desplazamiento de muñón en la cara frontal. Cuanto mayor sea la concentricidad, más uniforme será el comportamiento rotacional. Por lo tanto, el salto y la concentricidad están directamente relacionados. Para ejes lineales no giratorios, la concentricidad es más relevante para la precisión de alineación.
Perpendicularidad del eje lineal
La perpendicularidad garantiza que el eje lineal esté en un ángulo exacto de 90° con respecto a otros componentes del sistema. En ausencia de perpendicularidad, pueden producirse tensiones y fuerzas de cizallamiento laterales. Estos afectan a la guía, la fricción y el movimiento.
Desviaciones de longitud
La siguiente tabla muestra las tolerancias de desviación de las dimensiones L o Y en función de la longitud de la pieza.
| Dimensión L/(Y) | g6, h6 - eje endurecido | f8 - Eje no endurecido | |
|---|---|---|---|
| sobre | o menos | Tolerancia | |
| > 3 | ≤ 6 | ±0.1 | |
| > 6 | ≤ 30 | ±0.2 | |
| > 30 | ≤ 120 | ±0.3 | |
| > 120 | ≤ 400 | ±0.5 | |
| > 400 | ≤ 1000 | ±0.8 | |
| > 1000 | ≤ 1500 | ±1.2 | |
Desviaciones del grosor de la pared
El grosor de la pared en los ejes huecos afecta a la estabilidad general y a la resistencia a la flexión del eje lineal. En este caso, el enfoque se centra en el ahorro de material y/o peso. Al mismo tiempo, el grosor de la pared afecta a la deformación del eje al cambiar el centroide. El eje se deforma en grados variables (consulte también Concentricidad) dependiendo de la orientación de la fuerza radial que actúa sobre el eje. En las juntas de rosca interna, el grosor de la pared también afecta a la precisión de la alineación.
La siguiente tabla proporciona una descripción general de las desviaciones permitidas del grosor de la pared del eje hueco para ejes fabricados con material equivalente a EN 1.3505 y EN 1.4125.
| D | EN 1.3505 Equiv. Valor de desviación del grosor de la pared |
EN 1.4125 Equiv. Valor de desviación del grosor de la pared |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 | ≤ 0.3 | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | ≤ 0.4 | ≤ 1.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10 | ≤ 4.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 13 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 25 | ≤ 0.6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 30 | ≤ 1.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 35 | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 | ≤ 1.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 50 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La opción correcta: Diferencias entre diseños estándar y de precisión
MISUMI fabrica ejes lineales en versiones estándar y de precisión. Ambas variantes difieren, por ejemplo, en redondez y rectitud, clases de tolerancia del eje, acabado superficial, material, dureza del material y sus aplicaciones.
Para obtener más información sobre este tema, consulte nuestros blogs sobre las pruebas de dureza (pertinentes para la selección de materiales) y los fundamentos de la rugosidad de la superficie (pertinentes para la precisión y longevidad de los ejes lineales).
Los siguientes son algunos de los materiales utilizados para fabricar ejes:
Material: Material de precisión CF53 (DIN/EN)
El material CF53, o el material europeo número 1.1213, es un acero templado sin alear. Su composición química consiste en carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre. El CF53 es adecuado para inducción y templado con soplete y, por lo tanto, se puede utilizar en aplicaciones con cargas mecánicas altas. Se utiliza comúnmente en la industria de automoción, por ejemplo, en componentes de ejes o columnas de guía. Con un contenido medio de carbono de aproximadamente el 0,5 %, el CF53 se puede mecanizar con precisión mediante torneado, fresado y rectificado. Gracias al endurecimiento inductivo, se puede lograr una alta estabilidad dimensional. Por lo tanto, se adapta fácilmente para producir ejes de precisión.
Material: Material de precisión C45 (JIS)
El material C45 (JIS) corresponde al material europeo número 1.0503 con el nombre corto DIN/EN S45C. Es un acero templado o estructural sin alear con una estructura de grano muy uniforme y alto contenido de carbono. Tiene alta resistencia, ductilidad y resistencia al desgaste, lo que lo convierte en un acero popular para aplicaciones de ingeniería mecánica. El C45 solo puede endurecerse dentro de los límites. No es posible un endurecimiento total a través de la superficie, pero se puede lograr una alta dureza del filo.
Material: Material de precisión SUJ2 (JIS)
El material SUJ2 (JIS) corresponde al material europeo número 1.3505 con el nombre corto DIN/EN 100 Cr6 y es un acero de rodamiento. Se utiliza para fabricar cojinetes de rodillos, pero también se utiliza en aplicaciones de ingeniería mecánica para componentes sujetos a desgaste.
Material: Material de precisión SUS304 (JIS)
El material SUS304 (JIS) corresponde al material europeo número 1.4301 con el nombre corto DIN/EN X5CrNi18-10. Es un acero inoxidable austenítico con un 18 % de contenido de cromo y un 8 % de níquel. El SUS304 es una de las calidades de acero inoxidable más utilizadas. Sus propiedades mecánicas y su buena resistencia al calor la convierten en la opción preferida para aplicaciones que requieren resistencia y resistencia a la corrosión. Aunque el SUS 304 es conocido por su excelente resistencia a la corrosión, puede corroerse, por ejemplo, en entornos de cloruro caliente.
Material: Material de precisión SUS440C (JIS)
El material SUS440C (JIS) cumple con el número de material europeo 1.4125 con el nombre corto DIN/EN X105CrMo17. Es un acero inoxidable martensítico con alto contenido de carbono. El SUS440C logra una resistencia, dureza y excelente resistencia al desgaste muy altas después del tratamiento térmico. Además de sus propiedades mecánicas, se caracteriza por una buena resistencia a la corrosión en entornos industriales ligeramente húmedos, ácidos o alcalinos.
Varias tolerancias ISO
Existen varias clases de tolerancia ISO para precisión de eje lineal que definen la precisión dimensional y las tolerancias de fabricación. Definen las desviaciones permisibles de la dimensión nominal para el diámetro del eje e influyen en la precisión del ajuste con cojinetes (por ejemplo, cojinetes lisos) y guías. La tolerancia del eje indica la precisión con la que el diámetro del eje corresponde a la dimensión nominal o ideal. Los diseños de precisión suelen tener tolerancias más estrictas, mientras que los diseños normales se utilizan en aplicaciones que permiten tolerancias más amplias.
¿Qué significan las clases de tolerancia ISO para los ejes en detalle?
Existe una distinción entre tolerancias finas y gruesas. La tolerancia fina significa que el eje se fabrica con tolerancias dimensionales muy ajustadas y hay poco margen de desviación. Los ejes con tolerancia fina tienen alta precisión, por ejemplo, clase de tolerancia h5. Las tolerancias gruesas permiten mayores desviaciones del tamaño nominal. Los ejes de este tipo, por ejemplo, con tolerancia f8, tienen menor precisión, pero suelen ser más rentables. Una clase de tolerancia comúnmente utilizada es el campo de tolerancia h7, que define una desviación dimensional estrecha para los ajustes.
Las tolerancias del eje también interactúan siempre con las tolerancias del cojinete o la guía, por ejemplo, la tolerancia de diámetro de los casquillos de cojinetes lisos. La combinación de los diferentes campos de tolerancia da como resultado diferentes ajustes (p. ej., ajuste de holgura, ajuste a presión o ajuste de transición). Por ejemplo, la combinación F8/h7 describe un ajuste ajustado para máquinas de precisión con requisitos de posicionamiento precisos. Mientras que la letra mayúscula define el campo de tolerancia del orificio, la letra minúscula define el campo de tolerancia del eje.
Para obtener más información sobre tolerancias de forma y posición, consulte nuestro artículo sobre tolerancias de forma y posición según ISO 1101 y la norma japonesa JIS B 0001.
Diferentes versiones por tipo de cojinete
Los cojinetes lisos y los cojinetes de rodillos tienen diferentes requisitos para la precisión del eje. Los cojinetes lisos tienen dos superficies que se mueven opuestas entre sí, lo que da como resultado un movimiento deslizante. Los cojinetes lisos tienen una gran superficie de contacto y también pueden acomodar ejes hechos de material no endurecido debido a la compresión de la superficie inferior asociada. Sin embargo, la colocación del cojinete liso en el eje suele ser menos precisa en comparación con los cojinetes de rodillos. Los cojinetes lisos son fáciles de fabricar y rentables. Por lo general, son adecuados para aplicaciones en las que la precisión de alineación del eje es de importancia secundaria y que incurren en vibraciones o cargas de choque.
Los cojinetes de rodillos deben utilizarse siempre que se especifiquen requisitos de alta precisión. El cojinete de rodillos reduce la resistencia a la fricción con cuerpos rodantes entre los anillos interior y exterior. Los cojinetes de rodillos son especialmente suaves debido a la fricción resultante. El acero de precisión se puede utilizar para fabricar requisitos particularmente de alta precisión. Como resultado, las bolas de los elementos rodantes tienen una gran dureza con un punto de contacto fijo y alcanzan altas capacidades de carga dinámica. Para evitar marcas de testigos y otros daños en la superficie del eje, el material del eje lineal debe tener siempre una dureza mayor que el material de los elementos rodantes.
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