Полированные валы и цилиндрические рельсы
Цилиндрические направляющие используются в станках с ЧПУ, для которых точность обработки не так важна, и на первое место ставится стоимость оборудования. Технология индукционной закалки поверхности (твердость доходит до 60 HRC) повышает износостойкость, последующая шлифовка до Ra 0,8 max уменьшает коэффициент трения. Используются в комплекте как с бронзовыми или фторопластовыми втулками скольжения, так и с подшипниками качения.
Полированные валы
Характеризуются ценовой доступностью и легкостью монтажа, что снижает затраты на ремонт. Не рекомендуются к применению как направляющие для перемещаемых столов, расход которых превышает 1 м, поскольку крепление к станине в двух точках приводит к провисанию под нагрузками. В то же время, пригодны для перемещения шпинделя по оси Z, при условии, что шпиндель не нагружается (гравировка, раскрой тонкого листового металла, резьба по дереву и т.д.) и уравновешивается противовесом.
- при использовании подшипников качения давление со стороны шарика прикладывается в одной точке, со временем в этой точке продавливается канавка;
- повышенная чувствительность к стружке и пыли;
- невозможность подгонки подшипника к валу и создания преднатяга.
Тем не менее, эти минусы нивелируются низкой стоимостью и простотой замены вала, а проблема пыли и стружки в дерево- и камнеобрабатывающих мастерских решается установкой вытяжки с раструбом непосредственно в рабочей зоне.
Цилиндрические рельсы на опорах
Главный недостаток полированного вала – отсутствие опоры по длине, в этой конструкции компенсируется тем, что вал укладывается на алюминиевый профиль, крепящийся непосредственно к станине. Сопротивление нагрузке на изгиб одинаково во всех точках длины вала, поэтому цилиндрический рельс не прогибается.
Используются при построении бюджетных станков с рабочей зоной более 1 м. Но есть один нюанс, обуславливаемый конструкцией подшипников. Разомкнутый контур подшипника воспринимает усилия, прилагаемые в разных направлениях, по-разному, что требует контроля совпадения центра масс устанавливаемой на стол заготовки и геометрического центра стола. По этой же причине не применяются в кинематических схемах осей Z в станках с тяжелыми шпинделями.
Цилиндрические направляющие – бюджетный вариант, идеально подходящий для использования в малогабаритных или ненагружаемых станках с легкими шпинделями.
В данной статье будут рассмотрены виды направляющих для станка с ЧПУ, их основные особенности и преимущества.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ПОЛИРОВАННЫЕ ВАЛЫ
Самый распространенный и бюджетный вид направляющих. Отличается низкой стоимостью, легкостью обработки и установки.
Полированные валы изготавливаются из высоколегированных сталей, как правило — конструкционных подшипниковых, и проходят индукционную закалку поверхности с последующей шлифовкой.
Это обеспечивает продолжительное время работы и сопутствует меньшему износу вала.
Шлифованные валы имеют идеальную поверхность и обеспечивают движение с очень маленьким трением.
Валы крепятся только в 2 точках на концах, и поэтому монтаж их не представляет особой сложности.
Однако многие недобросовестные производители часто делают валы из дешевых и мягких сортов высокоуглеродистых сталей, пользуясь тем, что покупатель не всегда обладает средствами для проверки вида материала и его твердости.
К недостаткам полированных валов относятся:
1. Отсутствие крепления к станине.
Вал крепится в двух точках на концах — это облегчает монтаж направляющих, однако приводит к тому, что направляющие устанавливаются независимо от рабочей поверхности стола. В то же время в портальных станках крайне желательно ставить направляющие в жесткой связи со столом. Такая связь снижает погрешности обработки, если рабочий стол подвергался искривлению, «повело винтом» — направляющие, повторяя изгибы стола, нивелируют часть погрешности.
2. Провисание на большой длине.
На практике из-за провисания валы используют длиной не более 1 метра. Кроме того, важно отношение диаметра вала к его длине — для получения приемлемых результатов его значение должно быть не менее 0.05, желательно в пределах 0.06—0.1. Более точные данные можно получить, произведя моделирование нагрузки на вал в пакетах САПР.
Виды линейных подшипников на вал:
1. Шариковые втулки
Линейные подшипники качения имеют большие люфты по сравнению с каретками рельсовых направляющих и меньшие нагрузочные характеристики.
Помимо этого для защиты от поворота каретки необходимо использовать как минимум два направляющих вала на одну ось. Недостатки линейных подшипников качения:
- Низкая грузоподъемность.
- Cледствие предыдущего пункта, а также конструктивного строения линейных подшипников.
- Недолговечность.
- Каждый шарик линейного подшипника касается вала в одной точке, что создает очень высокое давление. Со временем шарики могут прокатать канавку на валу, после чего вал подлежит замене.
- Люфт
- Бюджетные линейные подшипники многими производителями изготавливаются зачастую с весьма существенным люфтом.
- Достаточно чувствительны к пыли и стружке на валу
2. Линейные подшипники скольжения
Втулки скольжения используют трение скольжения и изготавливаются из бронзы, латуни, капролона и иных материалов.
При должном соблюдении допусков бронзовый подшипник скольжения не уступает подшипнику качения в точности и грузоподъемности, и при этом легче переносит пыль и стружку. Однако необходимо быть уверенным, что вы всегда сможете достать материал для подшипника и обработать его как нужно.
Кроме того, периодически, по мере износа подшипник скольжения приходится подгонять для устранения зазоров. В большинстве случаев шариковая втулка предпочтительней для начинающих, по причине их высокой доступности и взаимозаменяемости.
ШЛИЦЕВЫЕ ВАЛЫ (BALL SPLINE)
Шлицевые валы имеют специальные дорожки качения для шариков втулки. Они более износостойкие и жесткие, чем обычные валы, а также могут воспринимать крутильные усилия с втулки.
Сочетая в себе преимущества монтажа валов, износостойкость профильных рельсов с возможностью создания натяга, шлицевые валы находят применение там, где требуется монтаж направляющих исключительно на концах.
Однако, из-за их существенно более высокой стоимости (по сравнению с полированными валами) они редко применяются в строении обычных станков.
ВАЛЫ НА ОПОРЕ
Линейные валы на опорах (цилиндрические рельсы) служат для поддержки направляющей по всей длине, что предотвращает её прогиб под воздействием нагрузки или собственного веса при большой длине и массе движущейся каретки.
Цилиндрические рельсы крепятся непосредственно на станок.
Отверстия с резьбой в опоре выполнены специально для удобного крепления и обеспечивают надежную фиксацию направляющей на станине.
Цилиндрические рельсы имеют общие недостатки с полированными валами — высокий люфт у втулок, недолговечность. Однако цилиндрические рельсы уже не провисают на длине, и имеют большую грузоподъемность.
В отличие от линейных подшипников на валы, каретки на цилиндрические рельсы реагируют на разнонаправленные нагрузки по-разному.
Это происходит потому, что шариковые втулки на вал — замкнутые по контуру, а каретки на рельсы — нет. Этот эффект может привести, например, к тому, что небольшой станок с тяжелым шпинделем на цилиндрических рельсах может показать точность хуже, чем аналогичная конструкция на валах.
Валы и цилиндрические рельсы просты в производстве. По этой причине существует множество именитых и безымянных производителей данного продукта, и качество, и параметры разнятся соответственно в весьма широких пределах. Бывает так, что каретки одного и того же безымянного производителя не подходят к его же валам из другой партии.
ШАРИКОВЫЕ ПРОФИЛЬНЫЕ РЕЛЬСОВЫЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ
Профильные рельсовые направляющие используются там, где требуется высокая точность. Так же как и цилиндрические, профильные рельсы крепятся непосредственно на станину станка.
В профильных рельсах сделаны специальные дорожки качения. В результате нагрузка на каретку распределяется по рабочей поверхности дорожек качения равномерно — профиль касания шарик-рельс уже не точка, а дуга.
Профильные рельсы отличаются высокой точностью и прямолинейностью, отменной грузоподъемностью, высокой износоустойчивостью, низким люфтом или полным его отсутствием.
Недостатком профильных направляющих является высокие требования к шероховатости и прямолинейности места крепления, а также сложность установки.
Как правило, рельсы и каретки выпускаются в нескольких вариантах — с преднатягом и грузоподъемностью разной степени.
Классическим примером могут служить рельсовые направляющие Hiwin и THK.
Профильные рельсы сложны и дороги в производстве, поэтому производителей рельсов меньше, чем производителей валов. Они, как правило, дорожат своей репутацией, потому качество профильных рельсов гораздо стабильней.
Мы рекомендуем всегда, когда это возможно, использовать именно профильные рельсовые направляющие известных брендов для построения станков с ЧПУ.
РОЛИКОВЫЕ ПРОФИЛЬНЫЕ РЕЛЬСОВЫЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ
Роликовые рельсы являются подвидом профильных направляющих, у которых дорожки качения — плоские, а вместо шариков в опорных модулях использованы ролики.
Это позволило увеличить жесткость направляющей, грузоподъемность и долговечность.
Роликовые направляющие используются в высоконагруженных металлообрабатывающих станках с ЧПУ, предназначенных для фрезеровки черных металлов, стали, камня.
Вряд ли Вы ищете именно такие направляющие, иначе Вы бы не читали данную статью.
Линейный модуль TRH-A
Особенностью линейных модулей серии TRH-A является наличие специальных «крылышек», которые позволяют более удобно закреплять перемещаемую деталь, но и увеличивают габариты самой каретки.
«>