Практически все мебельные и деревообрабатывающие предприятия используют фрезерно-гравировальные станки с ЧПУ, и большая часть технологических процессов сосредоточена на этом оборудовании. Раскрой, фрезерование, сверление отверстий, нанесение гравировки и другие технологические операции выполняются в одном обрабатывающем цикле по алгоритму, заданному в управляющей программе. Поэтому малейший сбой в работе станка влечет за собой снижение качества готового изделия.
Владельцы предприятий понимают, что выбрать оборудование с нужными технологическими возможностями достаточно непросто. Нужно учесть массу конструктивных особенностей, поскольку изменить большинство из них будет дорого или вообще невозможно. Опорно-направляющая группа относится к особенно важным узлам. От нее зависит точность перемещений инструмента по координатным осям, а, соответственно, и качество готовой продукции.
Назначение линейных направляющих
Направляющие линейного перемещения на фрезерно-гравировальных станках выполняют три задачи:
- Являются опорами для поперечной балки, отвечают за ее движение в заданном направлении. Низкая сила трения — одно из ключевых требований к узлу.
- Отвечают за точность перемещения и не должны иметь люфтов в паре направляющая-подшипник. Повышенные требования предъявляются к позиционированию направляющих относительно рабочего поля.
- Воспринимают вторичные нагрузки. Опоры должны иметь высокие показатели жесткости на изгиб и кручение.
Существует несколько разновидностей линейных направляющих для станков с ЧПУ фрезерно-гравировальной группы. Они различаются формой сечения профиля, имеют разные показатели грузоподъемности и жесткости. Тип линейных направляющих закладывается в проект станка и уже не может быть изменен в процессе эксплуатации, поскольку связан с геометрией станины и высотой портала относительно рабочего поля.
Для изготовления деталей этих узлов используются шарикоподшипниковые стали типа ШХ-15, коррозионностойкие 95Х18, а также их зарубежные аналоги. Для повышения прочности и износостойкости их подвергают термической обработке.
Распространенные конструкции
Мы предлагаем рассматривать конструкции линейных направляющих и линейных подшипников в парах, чтобы получить более полное представление об их работе.
Полированные цилиндрические валы
Этот вид направляющих используется в маломощных станках бюджетного класса. Полированные валы имеют гладкую поверхность, крайне низкие предельные отклонения по диаметру и прямолинейности. Такие направляющие очень просты в монтаже — крепятся к станине посредством двух кронштейнов, установленных по краям. Благодаря низкому коэффициенту трения такие валы практически не дают потерь мощности при перемещении. Однако у них есть ряд недостатков, ограничивающих применение в портальных фрезерно-гравировальных станках.
Установка направляющих на станок независимо от рабочего стола плохо сказывается на точности обработки. Когда каретка или балка находятся в среднем положении, даже незначительные нагрузки вызывают прогиб валов и снижение точности обработки. То же самое происходит при высоких горизонтальных подачах. Деформации из упругих переходят в пластические, то есть геометрия вала не восстанавливается.
Если соотношение диаметра и длины вала составляет менее 0,05, он будет провисать под собственным весом. Чтобы добиться приемлемой точности обработки, необходимо провести расчет жесткости конструкции с учетом максимальных рабочих нагрузок.
В паре с цилиндрическими направляющими используются втулки двух типов:
- Подшипники качения.
- Втулки с шариками внутри имеют повышенные люфты в сравнении с другими типами подвижных опор. Они чувствительны к попаданию пыли и стружки. Из-за точечного касания шариков они имеют малую грузоподъемность и склонны к бринеллированию (оставляют отпечатки на валах) при повышенных нагрузках.
- Подшипники скольжения.
- Втулки с бронзовыми или полимерными вкладышами нечувствительны к пыли, но имеют более высокий коэффициент трения по сравнению с шариковыми подшипниками. Их можно изготавливать самостоятельно. Но, помимо станочной обработки, вкладыши требуют ручной подгонки.
Такие пары не имеют сопротивления крутящему моменту, поскольку втулка свободно проворачивается относительно вала. Для компенсации этого недостатка для каждой опоры используется две направляющих.
Шлицевые валы
Продольные шлицы вдоль цилиндрических поверхностей валов, по которым движутся тела качения, предотвращают проворачивание втулки относительно направляющей. Еще одно преимущество такой конструкции — более высокое сопротивление изгибающим и крутящим нагрузкам. В остальном шлицевый профиль не отличается от цилиндрического и дублирует практически все его недостатки.
Еще один минус — высокая стоимость производства работ. Поэтому на фрезерно-гравировальных ЧПУ станках направляющие «шлицевой вал-шариковая втулка» применяются крайне редко.
Цилиндрические рельсовые направляющие
Рельсовая направляющая представляет собой шлифованный цилиндрический вал на опоре призматического типа. Такая конструкция отличается повышенной жесткостью, что исключает провисание под весом балки или шпинделя. Цилиндрические рельсы крепятся на несущие конструкции станка при помощи болтов. Для этого в основании опоры сверлятся отверстия.
В случае прогиба станины под нагрузкой направляющие копируют (и компенсируют) ее деформации.
Втулки для таких опор имеют незамкнутую цилиндрическую поверхность, поэтому реакция на нагрузки в разных направлениях также будет различаться. Из-за повышенного люфта в вертикальном направлении может оказаться, что точность такого станка с тяжелым шпинделем окажется ниже, чем у аналогичной по конструкции модели с направляющими в виде полированных валов.
Цилиндрические рельсы сравнительно недороги в производстве, поэтому есть в ассортименте большинства брендов с именем и без него. Поэтому разброс по качеству тоже значителен. Бывает, что втулки безымянного производителя «не лезут» на его же рельсы, и такие случаи — не редкость.
Призматические направляющие и ласточкин хвост
Такие направляющие применяются на промышленных металлообрабатывающих станках, к которым предъявляются высокие требования относительно жесткости и устойчивости к знакопеременным и статическим нагрузкам.
Призматические направляющие и ласточкин хвост выполняются как часть станины. Движущиеся по ним каретки представляют собой линейные подшипники полусухого или полужидкостного трения. После высокоточной станочной обработки пара подгоняется вручную на прилегание. Это трудоемкая и дорогостоящая операция.
Если в направляющих появляется износ (а он, как правило, неравномерен по длине), перешлифовать их в ремонтный размер чаще всего может только производитель. Заменить наделки в подшипнике можно самостоятельно, если не пугает ручная подгонка.
Из-за описанных выше сложностей случаи применения призматических направляющих на ЧПУ фрезерно-гравировальной группы единичны.
Профильные рельсовые направляющие
Профильные системы считаются наиболее надежными в работе, но вместе с тем требуют от производителя станка точности в установке. Рельсы закрепляются на станине при помощи винтов, по ним движутся каретки с шариками или роликами. Тела качения располагаются в дорожках. Такая конструкция имеет ряд преимуществ перед другими системами:
- Профиль дорожек обеспечивает равномерное распределение нагрузок на весь участок, находящийся под кареткой. Контактная поверхность между направляющей и телом качения представляет собой линию или дугу.
- Момент инерции сечения профиля рассчитан с высокой точностью. Рельс одинаково хорошо справляется с крутящими и изгибающими нагрузками независимо от направления их приложения.
- Профильные линейные направляющие с каретками работают практически без люфтов. Минимальные зазоры между телами качения и дорожками, высокий класс точности обработки позволяют собирать такие пары с преднатягом (отрицательным зазором).
- Профильные системы комплектуют пыльниками, сальниками, маслосъемными элементами. Их подключают к системе централизованной смазки, управляемой станком, поэтому подшипники такого типа имеют повышенный ресурс.
Чтобы преимущества профильных направляющих были полностью реализованы, производитель станка должен выполнить высокоточную обработку посадочных мест под рельсы: поверхность должна быть гладкой, нужно добиться хорошей соосности отверстий для крепления, применять качественные метизы.
Направляющие на станках MULTICUT
Во всех сериях станков компании MULTICUT используются профильные направляющие и линейные подшипники HIWIN — одного из наиболее известных производителей комплектующих с бескомпромиссным качеством. Все узлы доставляются со склада официального представителя компании в России, что является гарантией оригинальности продукции. HIWIN специализируется на технологиях линейного перемещения. Компания создает высокоточные компоненты, которые используются в станкостроении, производстве авиационной и космической техники, медицинского оборудования.
Производитель разработал четыре серии профильных линейных направляющих для ЧПУ, которые выпускаются в типоразмерах от 15 до 45. Шариковые и роликовые линейные направляющие имеют 4 ряда тел качения, что обеспечивает высокую несущую способность, устойчивость портала и каретки со шпинделем.
Одно из преимуществ компонентов HIWIN — плавность хода. Благодаря этому даже черновые проходы на станках MULTICUT дают высокую чистоту поверхности изделия. В линейных подшипниках применяются пластиковые сепараторы, благодаря которым снижен уровень вибрации и шума.
Получить консультации, касающиеся направляющих линейного перемещения, а также других узлов, предусмотренных в станках MULTICUT, можно у наших сотрудников по телефону.
