Линейные направляющие в станках с ЧПУ
НАЗНАЧЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Система линейного перемещения — это комбинация из передачи и линейных направляющих.
Здесь и далее под словами «линейные перемещения» будут пониматься непосредственно линейные направляющие — валы, втулки, подшипники и прочее, тогда как передачам в станках с ЧПУ посвящен отдельный цикл статей.
Линейные направляющие в основном предназначены для решения 3 задач:
- Служить опорой для компонентов станка.
- Направлять движущиеся части станка по требуемой траектории с необходимой точностью и минимальным трением.
- Принимать возникающие в процессе работы нагрузки.
Цилиндрические линейные перемещения в сборе
Направляющие как опора для компонентов станка
Линейные перемещения должны нести на себе вес транспортируемой части станка вдоль траектории перемещения с соблюдением прямолинейности.
Например, портал ЧПУ роутера опирается на рельсы и может перемещаться вдоль оси X. Соответственно, рельсовые перемещения должны выдерживать вес всего портала и при этом обеспечивать гладкое перемещение с малым трением.
Направляющие иногда сами выступают в роли конструкционных компонентов, т. е. воспринимающих усилия и обеспечивающих жесткость станка. Таковы, например, полированные валы, тогда как рельсы крепятся на станину и являются только передатчиком усилий.
Шлицевые валы (BALL SPLINE)
Точное прямолинейное движение
Неся на себе вес перемещаемых частей, линейные направляющие должны обеспечить движение с необходимой точностью.
Вообще, обеспечение точности перемещений — основная задача направляющих, и их тип и характеристики оказывают огромное влияние на точность и повторяемость станка.
Направляющие с люфтом, подверженные изгибам или с неровной поверхностью приведут к резкому ухудшению качества обработки: геометрия изделий будет нарушена — вместо круга при фрезеровке получится овал, размеры будут не выдержаны.
Выбор и установка направляющих на станине — один из самых ответственных этапов создания портального станка.
Цилиндрические рельсы, серия TBS
Вторичные нагрузки
Помимо веса непосредственно компонентов станка, линейные перемещения также воспринимают и передают на станину возникающие во время работы разнообразные усилия — боковые, крутящие.
Например, направляющие оси Y, проходящей по балке портала, несут на себе вес шпиндельной бабки (оси Z), а также воспринимают крутящие усилия, возникающие во время фрезерования.
В зависимости от назначения, компоновки станка, его режимов работы тот или иной вид направляющих может оказаться наиболее оптимальным. Результат в наибольшей степени зависит от правильного выбора. Вы можете выбрать ШВП или трапецеидальный винт, и это практически не скажется на результате, тогда как неверно выбранный вид направляющих сделает ваш станок абсолютно бесполезным.
Профильные рельсы HIWIN, серия HGR
Классификация линейных направляющих
Направляющие могут быть разделены на 2 группы по способу крепления на станок:
- Направляющие с полной поддержкой (фиксация к станине по всей длине направляющей).
- Направляющие с частичной поддержкой (с концевым креплением).
Направляющие с полной поддержкой фиксируются к станине вдоль всей своей длины. Как правило, подобные направляющие более грузоподъемны, чем с частичной поддержкой.
Высококачественные станки используют такие направляющие по всем осям. Реже встречаются бюджетные варианты, где по осям X и Y ставятся направляющие с полной фиксацией, а на ось Z — с частичной.
Роликовые направляющие
С возрастанием длины оси предпочтительность направляющих с полной фиксацией также возрастает, а при длине более 1,5 м им практически нет альтернативы.
Типичным представителем этой группы являются рельсы Hiwin и цилиндрические рельсы Purelogic. Направляющие с частичным креплением крепятся только за концы, вследствие чего они подвержены прогибам под весом несомых частей и усилий фрезерования. Однако иногда такие направляющие бывают более предпочтительны — они оставляют место между собой и станиной, которое может быть использовано с пользой. Линейные подшипники на такие направляющие замкнуты по периметру, из-за чего хорошо сделанный линейный подшипник на вал сидит на нем более плотно, чем разомкнутый модуль на цилиндрическом рельсе. Представителями этой группы являются полированные валы и шлицевые валы TBI.