Линейные направляющие
в станках с ЧПУ

В данной статье рассматривается сфера применения линейных направляющих для станка с ЧПУ, их основные особенности и преимущества.

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:

  1. Служить опорой для компонентов станка.
  2. Направлять движущиеся части станка по требуемой траектории с необходимой точностью и минимальным трением.
  3. Принимать возникающие в процессе работы нагрузки.
Цилиндрические линейные перемещения в сборе
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)
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
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
Профильные рельсы HIWIN, серия HGR

Классификация линейных направляющих


Направляющие могут быть разделены на 2 группы по способу крепления на станок:

  1. Направляющие с полной поддержкой (фиксация к станине по всей длине направляющей).
  2. 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
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.


scroll-up