Как выбрать направляющие для ЧПУ станка?

03.03.2021

В станках ЧПУ все подвижные узлы движутся по направляющим. Это гарантирует высокую точность выполняемых работ. Следовательно, линейные направляющие для ЧПУ отвечают и за точность, и за надёжность всей конструкции в целом, и за качество работы. Поэтому к их выбору нужно подойти соответственно. 

При выборе направляющих для ЧПУ необходимо принимать во внимание следующие конструктивные требования: 

  • увеличенный уровень жёсткости;
  • отличные показатели сопротивляемости износу;
  • необходимая защита на одном элементе на случай выхода из строя остальных;
  • низкий коэффициент трения;
  • высокая сопротивляемость нагреву;
  • низкое влияние на показатели погрешности ЧПУ;
  • уменьшенная потребность в смазочных материалах. 

Направляющие полированные валы

Эти направляющие встречаются чаще всего. Они также характеризуются обычно вполне демократичными ценами. Валы довольно просто крепятся на станке. В качестве материала для производства берутся высоколегированные стали. 

Для закаливания используется индукционный метод. Это позволяет гарантировать износостойкость, а также большой ресурс направляющих. Кроме того, они функционируют без отказа даже в напряжённых режимах. 

В конце процесса производства данные детали подвергаются шлифовке и полировке. В результате поверхность становится идеально гладкой. Это уменьшает силы трения, поэтому компоненты станка двигаются почти без сопротивления.

Крепление валов происходит по 2 точкам на концах. Поэтому их установка — простая, понятна интуитивно. Стоит учесть, что некоторые недобросовестные изготовители делают валы из мягких сталей в целях экономии. И поскольку не каждый покупатель проверяет твёрдость такого изделия, то есть риск приобретения неподходящего вала. Поэтому очень важно при покупке убедиться, что с валами всё в порядке. 

Поскольку вал крепится всего на 2 точках, то если он — большой длины, в середине возможно провисание. Данный эффект хорошо известен инженерам. И по этой причине в станках не используют валы больше 1 метра в длину. Также при выборе вала необходимо уделить внимание соотношению важных геометрических параметров — длине вала и его диаметру. Необходимо, чтобы отношение диаметра к длине находилось в промежутках между 0,06 до 0,1. При этом оно не должно быть меньше 0,05 ни в коем случае. 

Вместе с полированными валами используются линейные подшипники. Они тоже сказываются на правильности функционировании системы автоматизации. Сейчас выпускается несколько разновидностей подшипников.  

Шариковые втулки

Представляет собой разновидность подшипника, является подшипником качения. К специфике данных деталей относятся уменьшенные нагрузочные характеристики и увеличенные люфты. С валом соприкасаются в одной точке, что означает возросшее давление. В итоге при частой эксплуатации образуется канавка. Такой вал подлежит замене. Сами шариковые втулки отличаются повышенной чувствительностью к стружке и пыли, которые скапливаются на поверхности вала. Поэтому втулкам может потребоваться со временем замена. 

Линейные подшипники скольжения

Эти втулки делают из материалов, которые гарантируют низкий уровень скольжения: капролон, бронза, латунь. Если допуски выдержаны без отклонений, то подшипник скольжения из латуни или бронзы по точности и грузоподъёмности не будет отличаться от подшипника качения. И в то же время такие детали переносят стружку и пыль, которые скапливаются на поверхности вала. 

Однако проблема указанных деталей — люфты, в связи с чем данные подшипники требуют периодической подгонки. Её величина определяется степенью износа. Шариковые втулки — доступные и взаимозаменяемые, что заметно облегчает ремонт. 

Шлицевые валы (Ball Spline)

Вал отличается наличием дорожек на поверхности, по которым катятся втулки. Если сравнивать шлицевые валы с обычными направляющими, то они характеризуются повышенной жёсткостью и стойкостью к износу. Также данные валы могут воспринимать крутящие нагрузки. 

Если требуется установить направляющие только на концевых участках, применяются шлицевые валы. Это объясняется лёгкостью монтажа, износостойкостью профильных рейсов, а также возможностью создания натяга. Но нужно учесть, что такие валы в сравнении с обычными полированными стоят дороже. 

Валы на опоре

Эти валы на опорах также известны как цилиндрические рельсы. Они нужны для поддержки направляющих по длине. Их применение даёт возможность предотвратить прогиб направляющей по длине под действием собственной тяжести или в связи с кареткой. 

Валы на опоре крепятся напрямую к станку. Надёжность и удобство фиксации гарантируются резьбовыми отверстиями в опоре. 

При выборе нужно учитывать и минусы таких деталей. Они отличаются малым ресурсом и люфтом у втулок. Однако не прогибаются на значительной длине, что позволяет наращивать грузоподъёмность. 

В частности, каретки у валов на опорах отличаются от линейных подшипников. У них разнонаправленные нагрузки воспринимаются иначе, поскольку каретки не являются замкнутыми по контуру. В результате точность такого станка снижается. 

Валы на опоре просты в производстве. Поэтому они очень широко распространены, их нередко выпускают частные компании. В результате на рынке можно найти как качественные изделия, так и такие, которые не соответствуют нормативам. Например, производитель может выпускать каретки, которые уже не подойдут к валам из другой партии. Это проблема в первую очередь небольших фирм и кустарного производства. С учётом вышесказанного нужно жёстко отслеживать качество каждой партии таких товаров. 

Шариковые профильные рельсовые направляющие

Профильные рельсы как направляющие используются, когда высокая точность становится приоритетной. Их монтаж происходит прямо на станине. На поверхности — специальные дорожки качения. Это позволяет равномерно распределять нагрузку на каретку. Фактически, профиль касания в данном случае будет не одиночная точка, а полноценная дуга. 

Также для профильных рельсовых направляющих характерна прямолинейность. Плюс они прекрасно сопротивляются износу и отличаются большой грузоподъёмностью. У указанных деталей нет люфтов (или они имеются, но с такими малыми показателями, что ими можно пренебречь). К минусам можно отнести возрастание требования к качеству обработки места крепления. То есть важна шероховатость и прямолинейность. Плюс устанавливать их сложнее, чем другие виды направляющих. 

Чаще всего каретки и рельсы производятся в разных вариантах. У них будут отличаться значения грузоподъёмности и усилия предварительного натяга. Производство таких направляющих — сложное, требует значительных ресурсов. Поэтому выпуском обычно занимаются компании, которые дорожат своей репутацией. 

Роликовые профильные рельсовые направляющие

По сути, данные детали являются подвидом профильных рельсов. Они отличаются плоскими дорожками качения, а в опорных модулях вместо шариков используются ролики. Это решение дало возможность увеличить жёсткость направляющих. В итоге возросли ещё и показатели грузоподъёмности. К тому же увеличился ресурс. 

Роликовые рельсы прекрасно подходят для изготовления металлообрабатывающих станков. Они способны справиться с повышенными нагрузками. При этом благодаря применению указанных деталей реально гарантировать высокую производительность станка не в ущерб качеству.

Направляющие «ласточкин хвост» и призматические направляющие

На эти направляющие имеет смысл обратить внимание, если требуется обеспечить показатель повышенной жёсткости. Их устанавливают на промышленные станки. Причём направляющая «ласточкин хвост» отличается тем, что одна контактирующая скользит по другой. Благодаря этому возрастает площадь контакта. Такие направляющие производятся монолитно, вместе со станиной, то есть не являются съёмными.

Производство указанных направляющих — это трудоёмкий и сложный процесс. А ремонт станка в случае выхода из строя данных деталей требует транспортировки к производителю. Поэтому делать выбор в пользу ЧПУ с такими направляющими стоит, только тщательно взвесив все «за» и «против». 

Выводы

При выборе определённого вида направляющих стоит принимать во внимание следующие аспекты: 

  • Всегда учитывайте, для чего именно будет использоваться станок. Например, если оборудование необходимо для фрезерной обработки камня и металла, а площадь рабочего поля — больше 0,7 м2, то в таком случае надо использовать профильные рельсы. 
  • Рабочее поле станка может быть не больше площади листа А4. И если при этом вы планируете работать с мягкими материалами, то нужно купить валы диаметром от 16 и до 25 мм. Причём полировальные валы в таком случае будут оптимальным решением. 
  • Валы могут отличаться по материалу, из которого делают втулки. Чаще всего встречаются варианты из бронзы. Однако некоторые производители для уменьшения веса и в связи с экономией поставляют на рынок валы с пластиковой втулкой. В настоящем ассортимент таких изделий ограничен, но в будущем он может расшириться. Из преимуществ — низкая цена и лёгкость замены. Однако эти варианты направляющих отличаются слабой сопротивляемостью износу. Показатели грузоподъёмности тоже низкие. 
  • Профильные направляющие отличаются высокими характеристиками точности, прочности и грузоподъёмности. Однако стоят соответственно. Их обычно устанавливают в оборудовании среднего, а также промышленного классов. 

Грамотный подход к выбору направляющих гарантирует большой срок эксплуатации ЧПУ. Поэтому стоит вникнуть в то, что предлагается на рынке. 

Рекомендуемые товары