Виды направляющих для чпу станка

Выбор направляющих для станка с ЧПУ.

Содержание

[править] НАПРАВЛЯЮЩИЕ ПОЛИРОВАННЫЕ ВАЛЫ

Самый распространенный и бюджетный вид направляющих. Отличается высокой доступностью, легкостью обработки и установки. Полированные валы изготавливаются из высоколегированных сталей, как правило — конструкционных подшипниковых, и проходят индукционную закалку поверхности с последующей шлифовкой. Валы имеют заводскую индукционную закалку, что 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:

  • Отсутствие крепления к станине.
    Вал крепится в двух точках на концах — это облегчает монтаж направляющих, однако приводит к тому, что направляющие установлены независимо от рабочей поверхности стала. В то время в портальных станках крайне желательно ставить направляющие в жесткой связи со столом(такая связь снижает погрешности обработки, если рабочий стол подверглась искривлению, «повело винтом» — направляющие, повторяя изгибы стола, нивелируют часть погрешности).
  • 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.
Читайте также:  Станок для измельчения стекла

Линейные подшипники на вал бывают нескольких видов:

[править] 1. Шариковые втулки.

Линейные подшипники качения имеют сравнительно 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.

[править] 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, надо быть уверенным, что вы всегда сможете достать материал для подшипника и обработать его как надо. 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.

[править] ШЛИЦЕВЫЕ ВАЛЫ (BALL SPLINE)

Шлицевые валы имеют специальные дорожки качения для шариков втулки, они более износостойкие и более жесткие чем обычные валы, а также могут воспринимать крутильные усилия с втулки. Сочетая в себе преимущества монтажа валов, исносостойкость 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(на полпорядка-порядок по сравнению с полированными валами) они редко применяются в строении обычных станков .

[править] 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 валам — 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.

[править] ШАРИКОВЫЕ ПРОФИЛЬНЫЕ РЕЛЬСОВЫЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ

Профильные рельсовые направляющие используются там, где требуется высокая точность. Также 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, высокой 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, и они(как правило) дорожат своей репутацией, качество профильных рельсов гораздо стабильней. Мы рекомендуем всегда, когда это возможно, использовать именно профильные рельсовые направляющие известных брендов для построения станков с ЧПУ.

[править] 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.

[править] 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, также 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.

[править] ПОДВОДЯ ИТОГИ

Итого, при выборе направляющих обращайте внимания на следующие моменты:

  • 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.
  • 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.

Источник

Направляющие, их виды и конструктивные особенности

Направляющие станка обеспечивают перемещение и требуемое взаимное расположение рабочих органов. При работе они воспринимают вес рабочих органов и нагрузки от сил резания. От свойств направляющих напрямую зависит точность обработки, достигаемая на станке.

К направляющим станков с ЧПУ предъявляют комплекс требований. Они должны обеспечить:

точность относительного движения рабочих органов и сохранять её в течение установленного периода эксплуатации станка;

заданную несущую способность;

минимальное трения и износ оборудования;

высокую статическую и динамическую жёсткость;

равномерное перемещение рабочих органов;

возможность регулировки зазора и натяга.

При этом направляющие должны быть просты в изготовлении и обслуживании.

Виды направляющих

Применяются направляющие скольжения, качения и комбинированные. По характеру трения направляющие скольжения делятся на направляющие полужидкостного трения, жидкостного (гидростатические и гидродинамические) и газового трения (аэростатические). Направляющие качения подразделяются по виду тел качения на шариковые, роликовые и игольчатые.

Каждая из разновидностей направляющих имеет свои особенности и ограничения. В некоторых случаях используются комбинированные направляющие, совмещающие в своей конструкции особенности разных типов.

Также направляющие различают по форме поперечного сечения — прямоугольные, треугольные, трапециевидные (ласточкин хвост) и круглые (цилиндрические). Широко используется сочетание различных форм.

Особенности направляющих разной формы

Прямоугольные направляющие отличаются простотой конструкции и регулировки, способны воспринимать большие нагрузки, технологичны в изготовлении.

Треугольные направляющие обладают свойством автоматического выбора зазора под действием собственного веса узла, но угловое расположение рабочих граней усложняет их изготовление и контроль.

Трапециевидные направляющие компактны, но сложны в изготовлении и контроле. Они довольно просто регулируются, но не отличаются высокой точностью.

Круглые (цилиндрические) направляющие применяются редко. В охватываемом варианте они не отличаются большой жёсткостью из-за прогиба штанг, поэтому их чаще всего применяют при малой длине хода. В охватывающем варианте возникают трудности с изготовлением полукруглого профиля.

Направляющие, реализующие жидкостное и газовое трение

Преимуществами направляющих скольжения с полужидкостным трением являются простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жёсткость, хорошие демпфирующие свойства, относительно низкие затраты на изготовление и эксплуатацию.

Один из существенных недостатков этого вида направляющих — большие потери на трение. К тому же силы трения непостоянны: величина трения покоя существенно отличается от силы трения движения. На малых скоростях движения узлов появляются скачки, что особенно нежелательно для станков с ЧПУ. Значительное трение ускоряет износ направляющих и снижает их ресурс.

Для уменьшения этих отрицательных эффектов в направляющих используют специальные антискачковые масла и накладки из антифрикционных материалов, например, из фторопласта.

Направляющие с полужидкостным трением целесообразно использовать в больших станках, где подвижные узлы имеют большую массу и при этом не требуется высокая точность обработки и высокий класс шероховатости поверхности.

Недостатков, связанных с износом и рывками в перемещении лишены направляющие, в которых реализовано жидкостное трение. Оно достигается либо благодаря гидродинамическому эффекту (эффекту всплывания подвижного узла), либо за счёт подачи между трущимися поверхностями смазки под давлением.

Гидродинамические направляющие хорошо зарекомендовали себя в продольно-строгальных и карусельных станках с их относительно большими скоростями скольжения. В момент разгона и торможения подвижного узла жидкостное трение нарушается — это является недостатком гидродинамических направляющих.

В гидростатических направляющих, в которых масло подаётся под давлением, жидкостное трение реализуется независимо от скорости скольжения. Благодаря этому гидростатические направляющие применяются шире, в том числе в прецизионных станках и оборудовании с ЧПУ. Эксплуатация этого типа направляющих сложнее, чем других описанных типов. Для работы им нужны устройства для подачи, фильтрации и сбора масла.

Принцип работы аэростатических направляющих (с газовой смазкой) схож с гидростатическими, однако вместо жидкости в рабочий зазор под давлением подаётся воздух. Они отличаются минимальным трением, высокой точностью позиционирования и долговечностью. В то же время нагрузочная способность, жёсткость и динамические характеристики у них несколько ниже, чем у других видов направляющих.

Таким образом направляющие с жидкостным трением целесообразнее использовать для станков с высокой точностью и высоким классом шероховатости, например, в шлифовальных станках.

Направляющие с использованием тел качения

Преимущества направляющих качения по сравнению с уже рассмотренными:

низкие потери на трение (малое усилие перемещения);

плавное перемещение рабочего органа на малых скоростях;

высокая точность установочных перемещений;

отсутствие всплывания рабочего органа при высоких скоростях перемещений;

высокая точностная надёжность при хорошей защите от загрязнений;

низкое тепловыделение при работе;

Использование стальных закалённых направляющих с предварительным натягом позволяет устранить зазоры и обеспечить достаточно высокую жёсткость при относительно большой нагрузочной способности.

В направляющих могут использоваться шариковые, роликовые и игольчатые тела качения. Шариковые тела качения по сравнению с роликовыми имеют меньшую площадь контакта, что снижает их нагрузочную способность, а также общую жёсткость. Такой тип тел качения чаще встречается на небольших станках, имеющих относительно невысокую массу подвижных узлов. Роликовые тела качения используются в крупных станках и высоконагруженных узлах.

По конструкции различают направляющие без возврата тел качения и с возвратом по специальному каналу или при перекатывании в замкнутом объёме.

К недостаткам этих направляющих следует отнести высокую стоимость, трудоёмкость в изготовлении и сложность монтажа.

На сегодняшний день направляющие качения являются наиболее распространенными и встречаются почти во всех типах станков.

Комбинированные направляющие

В станках с ЧПУ могут использоваться комбинированные направляющие качения-скольжения. Они совмещают достоинства направляющих скольжения (простота и компактность конструкции, хорошее демпфирование колебаний, более низкая стоимость) и направляющих качения (малые потери на трение, высокая износостойкость, отсутствие переориентаций рабочего органа при реверсе и др.) Недостатки комбинированные конструкции наследуют также от обоих видов направляющих.

Иногда для создания замкнутых гидростатических опор применяют комбинацию гидростатических опор и направляющих качения. Подпружиненные катки обеспечивают надёжное замыкание гидростатических опор даже при отсутствии постоянной внешней нагрузки.

Защитные устройства для направляющих

Надёжная защита направляющих грязи, мелкой стружки и абразивной пыли является залогом их долговечности. Как уже отмечалось, наиболее чувствительны к загрязнению направляющие качения.

В качестве защитных устройств применяют:

стационарные литые или сварные щитки, закрепляемые на подвижном рабочем органе;

телескопические щитки, состоящие из взаимно подвижных щитков с уплотнениями в соединениях (применяются в станках с большой длиной хода);

защитные ленты из различных материалов (стальные, текстовиниловые, армированные полиамидные и т.п.);

гармоникообразные меха из различных полимерных материалов.

Выбор защитного устройства зависит от конкретных условий работы и особенностей конструкции направляющих и станка в целом.

Рекомендации

При выборе станка типу направляющих следует уделить особое внимание, так как именно от этого узла зависит точность и долговечность оборудования.

При выборе большого станка для черновых обдирочных работ, которые не требуют особой точности стоит рассмотреть направляющие с полужидкостным трением, так как они больше приспособлены для данного вида работ, а значит прослужат намного дольше.

Если же необходима достаточно высокая точность при чистовых и черновых работах, то стоит выбирать направляющие с телами качения.

При чистовой обработке, требующей прецизионной точности и высокого класса шероховатости поверхности следует выбирать направляющие жидкостного трения.

Если вы планируете покупку станочного оборудования, но затрудняетесь с выбором, консультанты маркетплейса СТАНКОТЕКА подберут для вас оптимальные варианты с учётом всех обстоятельств и стоящих перед вами задач. Свяжитесь с нами или оставьте заявку на сайте.

Источник

Оцените статью