Как устроены роликовые опоры современных станков чпу

Выбор направляющих для станка с ЧПУ

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.

Полированные валы

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.

Крепление вала

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.

Шариковые втулки

            
• 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.

Шлицевый вал

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.

Вал на опоре

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.

Шариковая направляющая

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.

Роликовая направляющая

НАПРАВЛЯЮЩИЕ "ЛАСТОЧКИН ХВОСТ"
И ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ

Этот вид направляющих применяется там, где нужна очень высокая жесткость, например, в промышленных металлообрабатывающих станках.

В направляющих типа «ласточкин хвост» контактирующие поверхности плоской формы скользят друг по другу, чем достигается большая площадь контакта.

«Ласточкин хвост» не является съемным, а выполняется в виде единого целого со станиной.

Изготовление, так же как и ремонт «ласточкина хвоста» — весьма сложная и трудемкая операция, а замене ЛХ не подлежит.

«Ласточкин хвост» практически не используется в хоббийном станкостроении по упомянутой совокупности причин.

V-образная направляющая

ПОДВОДЯ ИТОГИ

При выборе направляющих обращайте внимания на следующие моменты:

            
• вал вал и бронзовая втулка — низкая жесткость и грузоподъемность, ограниченная точность, необходимость в периодической подгонке, низкая цена, малая доступность готовых изделий на рынке. Вал провисает при большой длине.
            
• вал и пластмассовая втулка — низкая жесткость и грузоподъемность, низкая точность, необходимость в периодической подгонке, низкая цена, высокий износ, малая доступность готовых изделий на рынке. Вал провисает при большой длине.
    

Роликовая профильная направляющая

        
• Вал и шариковая втулка — низкая жесткость и грузоподъемность, ограниченная точность, средняя стоимость. Вал провисает при большой длине. Используются в хоббийных станках и станках среднего класса.
                        
• Вал на опоре и шариковая втулка — средняя жесткость и грузоподъемность, ограниченная точность, средняя стоимость. Рельс повторяет деформации станины, нивелируя погрешность. Используются в хоббийных станках и станках среднего класса.
                         
• Профильные направляющие — высокая жесткость, точность, износостойкость, высокая грузоподъемность, не требуется регулировка, высокая стоимость. Немаловажный фактор — сложность монтажа профильных направляющих и необходимость соответствующей подготовки монтажных поверхностей. Используются в станках среднего и промышленного класса.

Если Вы все прочитали, но ситуация не стала яснее, в заключение несколько конкретных рекомендаций:

• Если на станке планируется фрезеровать металлы или камень — альтернативы профильным рельсам нет.
• Если ваш станок будет иметь рабочее поле больше, чем 0,7 кв. м, лучше всего также применить профильные направляющие.
• Если ваш станок имеет рабочее поле меньше, чем формат А4, планируется обрабатывать мягкие материалы — подойдут валы диаметром 16–25 мм.
• Если Вы все еще затрудняетесь с выбором, обратитесь за консультацией к нашим специалистам.