Виды направляющих для станков

Направляющие станков должны обеспечивать правильность траектории движения рабочего органа станка, несущего инструмент или обрабатываемую деталь. Если направляющие используют для перестановки, то они должны обеспечивать правильное положение узла в любой заданной позиции.

К направляющим станков предъявляют следующие основные требования:

1) первоначальная точность изготовления по условиям плоскости граней и их взаимной параллельности, небольшая шероховатость и однородность поверхностей рабочих граней направляющих;

2) долговечность направляющих, которая характеризует их способность сохранять в течение заданного срока времени первоначальную точность;

3) малая величина и постоянство сил трения на направляющих; с увеличением сил трения, и особенно при случайном изменении их величины, возрастают погрешности позиционирования;

4) жесткость направляющих, характеризуемая величиной контактных перемещений на рабочих гранях направляющих под действием внешних нагрузок и являющаяся составной частью общей жесткости несущей системы станка;

5) высокие демпфирующие свойства.

В станках получили применение направляющие с различным характером трения – направляющие смешанного трения, направляющие жидкостного трения, направляющие качения и аэростатические направляющие.

Каждый из перечисленных типов направляющих обладает определенными достоинствами и недостатками, совокупность которых предопределяет целесообразную область их использования.

Направляющие смешанного трения характеризуются высоким и непостоянным по величине трением. Существенную разницу для этих направляющих составляет рубежное значение силы трения покоя (силы трогания) по сравнению с трением движения, которое, в свою очередь, сильно зависит от скорости скольжения.

Значительное трение в направляющих смешанного трения вызывает износ и снижение долговечности направляющих этого типа. Главные достоинства направляющих смешанного трения – высокая контактная жесткость и хорошие демпфирующие свойства. Кроме того, эти направляющие обеспечивают надежную фиксацию подвижного узла станка после его перемещения в заданную позицию.

Наиболее целесообразная область применения направляющих смешанного трения – прецизионные станки с малыми нагрузками и соответственно малым износом рабочих граней направляющих, а также направляющие для редких установочных перемещений.

Направляющие жидкостного трения осуществляются в станках главным образом в виде гидростатических направляющих, так как для создания гидродинамических давлений скорости движения, как правило, недостаточны. Чисто вязкое трение в гидростатических направляющих полностью устраняет потерю устойчивости и возможность скачкообразного движения при малых скоростях. Кроме того, направляющие жидкостного трения обеспечивают исключительно высокую чувствительность при позиционировании и отработке малых перемещений.

В направляющих жидкостного трения отсутствует износ, долговечность их практически не ограничена. Достоинством гидростатических направляющих является также высокое демпфирование, что обеспечивает высокое качество поверхности при окончательной обработке деталей.

Недостатки направляющих жидкостного трения связаны с необходимостью сложной системы циркуляции, сбора и тщательной очистки смазочной жидкости, а также с трудностями фиксации узла станка после его перестановки в заданную позицию. Жесткость направляющих жидкостного трения несколько ниже жесткости направляющих других типов.

Наиболее целесообразная область применения направляющих жидкостного трения – станки с высокими требованиями к точности и шероховатости поверхностей обрабатываемых деталей.

К недостаткам аэростатических направляющих следует отнести их склонность к автоколебаниям, небольшую грузоподъемность и не столь высокую надежность, как у других типов направляющих. Область применения аэростатических направляющих – точное позиционирование слабо нагруженных узлов станка и различные вспомогательные перемещения, а также движение с особо высокими скоростями.

Аэростатические направляющие по сравнению с направляющими жидкостного трения имеют значительно меньшее трение при движении, а при прекращении подачи воздуха обеспечивается надежная фиксация подвижного узла. Кроме того, при аэростатических направляющих нет необходимости в циркуляционной системе подачи воздуха.

Рис. 3. Основные формы направляющих:

а – прямоугольные; б – треугольные; в – трапециевидные; г – цилиндрические

Направляющие качения обладают малым трением и износом и при условии надежной защиты от загрязнений обеспечивают достаточно высокую долговечность, высокую контактную жесткость, особенно роликовые направляющие при правильно выбранной величине предварительного натяга. К недостаткам направляющих качения относятся сравнительно большая дисперсия силы трения из-за случайных погрешностей сопрягаемых поверхностей и трудности фиксации подвижного узла.

Направляющие качения используют в прецизионных станках при невысоких требованиях к точности движения, при значительных нагрузках и больших скоростях, наконец, во всех тех случаях, когда сложно создание циркуляционной системы смазки.

Читайте также:  Как сделать сцепку для плуга к мотоблоку

Формы направляющихпрямолинейного движения в станках следующие: прямоугольные (плоские), треугольные (призматические), трапециевидные (ласточкин хвост) и цилиндрические. Каждую из этих форм можно применять в виде охватывающих и охватываемых направляющих (рис. 3). Кроме того, часто используют сочетание направляющих различной формы, когда одна из направляющих выполнена прямоугольной, а другая – треугольной или в виде половины трапециевидной формы.

Прямоугольные направляющие отличаются технологичностью изготовления и простотой контроля геометрической точности. В последнее время в станках с ЧПУ они находят все большее распространение, так как отличаются простотой и надежностью регулировки зазоров. В охватываемом варианте исполнения эти направляющие, как и все другие формы, плохо удерживают смазку, а в охватывающем варианте хорошо удерживают смазку, но нуждаются в надежной защите от загрязнений.

Треугольные направляющие обладают свойством автоматического выбора зазоров под действием собственного веса узла. Угловое расположение рабочих граней направляющих усложняет их изготовление и контроль. Трапециевидные направляющие отличаются компактностью конструкции, но сложны в изготовлении и контроле. Устройства для регулирования зазора относительно просты, но не обеспечивают высокой точности сопряжений.

Цилиндрические направляющие в охватываемом варианте не обеспечивают большой жесткости из-за прогиба скалок (штанг), закрепленных на концах; их применяют преимущественно при малой длине хода. При охватывающем варианте у этих направляющих сложно изготовить полукруглые пазы.

Направляющие качения

Качение в направляющих может создаваться при свободном прокатывании тел качения (шариков или роликов) между относительно движущимися поверхностями либо применением тел качения с фиксированными осями (рис. 7). Первый из этих способов получил преимущественное применение в направляющих металлорежущих станков, так как дает возможность разместить большое число тел качения в зоне контакта и обеспечить необходимую жесткость и точность движения. Основной недостаток свободно перекатываемых тел качения заключается в том, что они в 2 раза отстают от подвижного узла в соответствии с эпюрой скоростей, приведенной на рис. 7, в. Поэтому при большой длине хода в станках используют направляющие с циркуляцией, потока шариков или роликов и их возвратом (рис. 7, в).

Рис. 7. Основные схемы направляющих качения:

а – на роликах с закрепленными осями; б – с потоком тел качения;

в – с возвратом тел качения

Дата добавления: 2017-02-25 ; просмотров: 2681 | Нарушение авторских прав

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.
Читайте также:  Как сделать аккумуляторную болгарку

  • 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.

Механическая обработка любого материала подразумевает в первую очередь точность и продуктивность. Независимо от того, какого типа и предназначения станок, есть базовые элементы, параметрами которых пренебрегать нельзя. Базовой составляющей для металлорежущего, деревообрабатывающего или обрабатывающего устройства, предназначенного для пластика, есть направляющие, которые обеспечивают безошибочность и цикличность проведения обработки.

Читайте также:  Какой толщины металл для мангала

Содержание:

Какие бывают направляющие

Любой станок базируются на точности обработки, которую обеспечивают направляющие стержни. Своими руками приходится изготавливать рабочие узлы, но есть такие, которые самому никак не сделать, годятся только детали заводского изготовления.

К примеру, рабочий орган фрезерного станка изготовить едва ли получится, как и со сверлильным или токарным. Поэтому приходится использовать готовые решения — дрели, приводы, граверы или электрические лобзики. С направляющими дело обстоит попроще, поскольку их характеристики и вид прямо зависит от предназначения агрегата.

Практически все они, применяемые в заводских и самодельных конструкциях бывают всего двух типов — скольжения и качения. По принципу подшипников, их метод работы понятен — одни основаны на скольжении, вторые используют в своей конструкции подшипники качения.

Для оборудования малой мощности и не требующих точности и производительности, используют принцип скольжения. В основном, такими деталями пользуются настольные сверлильные и токарные агрегаты, а также деревообрабатывающие. Есть еще подвиды, но рассмотрим те, которые проще всего изготовить своими руками из того, что есть в продаже.

Направляющие для ЧПУ станка

Обрабатывающие центры с ЧПУ для мелкосерийного и домашнего использования — дорогая штука и не каждый может позволить себе купить форматно-расточной или токарный с ЧПУ, но выполнить своими руками сносное по качеству обработки и чистоте реза устройство, можно запросто. Рассмотрим несколько конструкций, но сначала посмотрим на детали заводского изготовления, чтобы понять основные принципы работы.

Все направляющие для программируемых станков бывают кругового движения или линейного типа, это зависит от траектории, по которой движется подвижный узел в координатах. Будем рассматривать только линейные, как самые востребованные у самодельщиков, да и особой нужды для применения круговых устройств нет.

Направляющие скольжения

Самый простой вариант для самодельных программируемых устройств любого типа — детали скольжения. В зависимости от требований к производительности их параметры меняются. В основном используют цилиндрические стержни, их предварительно шлифуют, по ним движутся бронзовые втулки. Суппорт выполняется и без втулок, но это, естественно, будет влиять и на ресурс стержней, и на аккуратность обработки заготовок.

В качестве стержней на плоскошлифовальном наждаке, сверлильном или простом токарном, может быть использована оцинкованная труба разного диаметра. Она хороша тем, что стоит дешево, легко поддается обработке и формированию, но есть также и существенные недостатки:

  • труба имеет малый ресурс по сравнению с другими видами, поскольку защитный цинковый слой или слой хрома, который наносится дополнительно, стирается за 15-20 проходок, и тогда начинается интенсивный износ металла;
  • труба не обеспечивает достаточной прочности на изгиб в том случае, если необходимо подвергать заготовку высоким нагрузкам.

Тем не менее во многих маломощных устройствах они используются и если падает точность, труба просто заменяется новой. Более остроумно поступают при изготовлении маленького фрезера на базе устройств скольжения от старых матричных принтеров. Такой вариант показал себя на практике положительно и в них еще поработают не один год. Несколько таких конструкций мы представили на фото. Также есть еще один неплохой вариант, чтобы обойтись малой кровью при постройке программируемого оборудования.

Станки с ЧПУ из мебельных стержней

Прекрасный вариант, когда нужно добиться тщательности обработки, особенно в деревообрабатывающих станках для производства мебели небольшими партиями, в ленточно-шлифовальных, фрезерных на базе готового фрезера малой мощности. Мебельные детали стоят недорого, правда и ресурс у них меньше, чем у аналогичных элементов скольжения от принтеров или печатных машинок.

Пример использования мебельных стержней на форматно-расточном показан на фото. Понятно, что размеры станины и подвижного стола корректируются в зависимости от назначения. Тем не менее, если использовать мебельные шарикового типа на сверлильном , сносу им не будет, поскольку нагрузка и частота у работы у фрезера или сверлильного значительно отличаются от нагрузок на форматно-раскроечном станке.

Выход есть всегда, а по приведенным примерам вполне возможно подобрать направляющие скольжения для своего станка с ЧПУ желаемых параметров. Удачи в работе!