Направляющие скольжения трения, направляющие для станков, направляющие для станков с ЧПУ, направляющ

Выбираем направляющие для станков с ЧПУ

На сегодняшний день производители станков с ЧПУ при конструировании оборудования используют направляющие разных видов. Их большое количество существенно облегчает работу по проектированию автоматизированной промышленной техники. Ниже приводится информация об основных типах направляющих, которые активно используются машиностроителями по всему миру.

Полированные валы

Направляющие данного вида являются наиболее распространёнными и недорогими. Они доступны для покупателей с любыми бюджетами. Отличаются простотой монтажа на станке. Материалом изготовления в большинстве случаев являются высоколегированные стали, в основном, конструкционные подшипниковые.

В процессе изготовления полированные валы закаливаются индукционным методом. Благодаря этому обеспечиваются высокая износостойкость и длительный ресурс направляющих, а также их безотказная работа даже в напряжённых режимах. В конце процесса изготовления валы шлифуются и полируются, получая просто идеально гладкую поверхность. Это обеспечивает минимизацию сил трения, и компоненты станка движутся по этим направляющим практически без сопротивления.

Валы закрепляются в 2 точках – на концах. Благодаря этому их монтаж прост и интуитивно понятен. В целях недобросовестной экономии некоторые производители изготавливают эти направляющие из недорогих сортов мягких сталей. Поскольку далеко не каждый покупатель проверяет при покупке твёрдость изделий, такой подход процветает, и риск приобретения некачественных полированных довольно высок.

Наша компания сотрудничает только с серьёзными поставщиками, и при обращении к нам вы можете быть уверены в качестве поставляемых нами полированных валов.

Однако полированным валам присущи и недостатки, в число которых входят следующие.

  1. Вал не закрепляется на станине.

Направляющие крепятся только на концах, что облегчает их монтаж. Однако в этом случае валы не связаны с рабочей поверхностью стола. В то же время специфика портальных станков требует обеспечения наличия жёсткой механической связи между направляющими и поверхностью стола. Её наличие позволяет соблюдать заданную точность обработки заготовок и уменьшать погрешности. В частности, можно привести такой пример. Если рабочий стол искривился, и его рабочую поверхность, как говорят, «поведёт винтом», то валы повторят эти изгибы и компенсируют погрешность целиком или хотя бы какую-то её часть.

  1. Вал большой длины провисает.

Закрепление этих направляющих всего в 2 точках приводит к тому, что на большой длине они провисают. Из-за этого эффекта в станках не используются валы длиной свыше 1 метра. Наряду с этим чрезвычайно важным является соотношение главных геометрических параметров – диаметра и длины вала. Значение отношения диаметра к длине должно находиться в интервале от 0,06 до 0,1(min0.05). Более точно необходимые значения диаметра и длины вала получают при САПР-моделировании нагрузок, прикладываемых к направляющим.

Важными компонентами, определяющими правильность функционирования системы автоматизации, являются линейные подшипники, используемые совместно с полированными валами. В настоящее время выпускается несколько типов этих подшипников.

Особенностями линейных подшипников качения, отличающими их от кареток рельсовых направляющих, являются наличие увеличенных люфтов и пониженные нагрузочные характеристики. Наряду с этим защиту от поворота каретки обеспечивает использование двух направляющих валов на одной оси. К недостаткам линейных подшипников качения можно отнести следующие.

Малая грузоподъёмность.
Наличие люфтов.
Небольшой ресурс. Шарики в линейных подшипниках соприкасаются с валом в одной точке. Это увеличивает давление на них, что приводит к прокатке шариками канавки на валу. Такой вал использовать нельзя, он должен быть заменён новым.
Высокая чувствительность к пылевым и стружечным загрязнениям, скапливающимся на поверхности вала.

Линейный подшипник скольжения

Данные втулки изготавливаются из материалов, обеспечивающих невысокое трение скольжения. Такими материалами являются латунь, бронза, капролон и подобные им. При точном выдерживании допусков бронзовый или латунный подшипник скольжения по показателям грузоподъёмности и точности ничем не отличается от подшипника качения. Достоинством этих компонентов является переносимость стружечных и пылевых загрязнений, скапливающихся на валу. При этом необходимо заранее продумать возможность приобретения необходимого материала для подшипника и обработки его с требуемым качеством. Следует также помнить, что эти подшипники нуждаются в периодической подгонке с целью устранения люфтов. Величина подгонки зависит от степени износа. В силу доступности и унифицированности (взаимозаменяемости) шариковые втулки являются предпочтительным вариантом для тех, кто только пробует себя в станкостроении.

Шлицевой вал (Ball spline)

На поверхности такого вала располагаются специальные дорожки, по которым катятся шарики втулки. В сравнении с обычными направляющими они обладают повышенной износостойкостью и жёсткостью. Кроме того, они способны воспринимать крутящие нагрузки от втулки. Благодаря простоте монтажа валов, износостойкости профильных рельсов и возможности создания натяга данные валы активно применяются в тех случаях, когда необходимо монтировать направляющие только на концевых участках. Однако их значительно более высокая цена в сравнении с полированными валами делает их менее доступными для конструирования обычного станочного оборудования.

Линейные валы на опорах, иначе называющиеся цилиндрическими рельсами, предназначены для обеспечения поддержки направляющих по длине. Использование этих валов позволяет предотвратить прогиб длинной направляющей под нагрузкой от движущейся каретки или под собственной тяжестью.

Цилиндрические рельсы прикрепляются напрямую к станку. Удобство и надёжность крепления направляющей к станине обеспечиваются резьбовыми отверстиями в опоре.

Недостатки у цилиндрических рельсов общие с полированными валами. Это, прежде всего, наличие люфтов у втулок и малый ресурс. Однако в отличие от полированных валов цилиндрические рельсы не прогибаются на большой длине, а, значит, обладают более высокой грузоподъёмностью. Каретки на цилиндрические рельсы отличаются от линейных подшипников на валы и воспринимают разнонаправленные нагрузки по-другому. Дело в том, что каретки на цилиндрические рельсы не замкнуты по контуру, а шариковые втулки на вал – замкнуты. Данный эффект вызывает понижение точности функционирования станка, оснащённого тяжёлым шпинделем на цилиндрических рельсах. Конструкция на валах работает гораздо точнее.

Читайте также:  5 признаков того, что пора менять топливный фильтр

Цилиндрические рельсы и валы просты в изготовлении. Поэтому направляющие этого вида очень популярны среди производителей. В мире эту нишу заняли не только компании, но и частные производители. Выпускается как качественная продукция, так и не соответствующая требованиям. Нередко каретки, выпущенные одним и тем же производителем, не подходят к его же валам из другой партии. Касается это, в первую очередь, конечно же, кустарных производств.

Наша компания сотрудничает только с лучшими производителями, неукоснительно соблюдающими технологии выпуска качественной металлопродукции. Поэтому у нас вы купите лучшие направляющие, отвечающие самым жёстким требованиям, которые предъявляются к компонентам для автоматизации промышленного оборудования.

Шариковые профильные рельсы

Профильные рельсы в качестве направляющих применяются в тех случаях, когда требуется обеспечение высокой точности. Подобно цилиндрическим рельсам, профильные монтируются напрямую на станине. На поверхности профильных рельсовых направляющих располагаются специальные дорожки качения. Благодаря их наличию повышается равномерность распределения нагрузки на каретку по рабочей поверхности дорожек качения. Профилем касания шарик-рельс в этом случае является уже дуга, а не одиночная точка.

Профильным рельсовым направляющим присуща высокая точность и прямолинейность. Кроме того, у них выше показатели грузоподъёмности и износостойкости. Отличаются профильные рельсы ещё и отсутствием люфтов, либо их пренебрежимо малыми значениями. К числу недостатков профильных рельсов можно отнести повышенные требования к качеству обработки места крепления (прямолинейности и шероховатости). А ещё они более сложны в установке.

В большинстве случаев каретки и рельсы выпускаются в разных вариантах – с несколькими значениями усилия предварительного натяга и грузоподъёмности. Классическим примером являются профильные рельсы брендов THK и Hiwin. Производство профильных рельсовых направляющих является сложным и затратным. Именно поэтому выпуск рельсов осуществляет не такое большое количество производителей, как в случае производства валов. В этой отрасли работают, в основном, репутационные компании. Высокая ответственность определяет более стабильное качество профильных рельсовых направляющих.

Наша компания настоятельно рекомендует использовать для создания станочного оборудования именно профильные рельсы как более качественные. В нашем ассортименте вы найдёте продукцию самых известных марок и получите от нас гарантии качества.

Роликовые профильные рельсы

Роликовые рельсовые направляющие представляют собой подтип профильных рельсов. Их отличием является то, что дорожки качения у них плоские, а в опорных модулях вместо шариков применены ролики. Данное решение дало возможность повышения жёсткости направляющей. Возросли также ресурс и показатели грузоподъёмности.

Роликовые рельсы применяются в металлообрабатывающем оборудовании, работающем в условиях высоких нагрузок, например, во фрезерных станках, которые обрабатывают камень и чёрный металлопрокат, в том числе, стальные заготовки. Использование данных направляющих позволяет обеспечить требуемое качество металлообработки при высокой производительности станков.

Направляющие призматические и направляющие «ласточкин хвост»

Я текстовый блок. Нажмите кнопку редактирования, чтобы изменить этот текст. Разнообразный и богатый опыт постоянный количественный рост и сфера нашей активности требуют от нас анализа позиций.a

Данные направляющие используются в тех случаях, когда требуется обеспечение сверхвысокой жёсткости. Они устанавливаются, к примеру, на промышленные станки для металлообработки. В направляющих «ласточкин хвост» одна контактирующая плоская поверхность скользит по другой, что обеспечивает значительную площадь контакта. Направляющие «ласточкин хвост» не съёмные, они изготавливаются монолитно – вместе со станиной.

Изготовление таких направляющих, также как и их ремонт являются очень сложными и трудоёмкими процессами. О замене же направляющих «ласточкин хвост» говорить вообще не приходится – эта процедура просто неосуществима. Именно поэтому данные направляющие почти никогда не используются в любительском станкостроении, ну, если только очень большими энтузиастами, которые располагают большим количеством свободного времени.

Резюме

При выборе конкретного вида направляющих следует учитывать следующие аспекты.

  1. Вал с бронзовой втулкой. Малые показатели грузоподъёмности и жёсткости, ограничения по точности, необходимость периодической подгонки для устранения люфтов, доступная стоимость, небольшой ассортимент готовых изделий. Длинные валы прогибаются под нагрузкой.
  2. Вал с пластиковой втулкой. Малые показатели грузоподъёмности и жёсткости, невысокая точность, необходимость периодической подгонки для устранения люфтов, доступная стоимость, сильный износ, небольшой ассортимент готовых изделий. Длинные валы прогибаются под нагрузкой.
  3. Вал с шариковой втулкой. Малые показатели грузоподъёмности и жёсткости, ограничения по точности, средняя цена. Длинные валы прогибаются под нагрузкой. Применяются в любительских станках и промышленном оборудовании среднего класса.
  4. Вал на опоре с шариковой втулкой. Средние показатели грузоподъёмности и жёсткости, ограничения по точности, средняя цена. Рельс следует за деформацией станины и компенсирует погрешности. Применяются в любительских станках и промышленном оборудовании среднего класса.
  5. Профильные направляющие. Высокие показатели жёсткости, грузоподъёмности и точности. Хорошая износоустойчивость. Отсутствует необходимость в проведении регулировочных операций. Высокая цена. Сложность монтажа и необходимость в тщательной подготовке поверхностей под монтаж. Применяются в станочном оборудовании среднего и промышленного классов.

В дополнение к вышеизложенному дадим несколько рекомендаций, придерживаясь которых, вы сможете правильно выбрать направляющие для решения ваших конкретных задач.

1) Если станок будет использоваться для фрезерной обработки металлов или камня, и площадь его рабочего поля будет превышать 0,7 м², то наилучшим вариантом станут профильные рельсы.

Читайте также:  Индикатор зарядки ноутбука — горит, мигает или не горит

2) Если рабочее поле станка не превышает площади листа бумаги стандартного офисного формата А4, и вы планируете выполнять на станке обработку мягких материалов, то ваш оптимальный выбор – валы диаметром от 16 до 25 мм.

Направляющие скольжения

Здравствуйте, дорогие читатели!

Поговорим ещё об одном широко распространённом виде узлов трения — направляющих скольжения. Очевидно, что это разновидность подшипников – линейные подшипники скольжения. Рассмотрим их, как принято на нашем ресурсе, в аспекте способов смазывания и применяемых смазочных материалов.

На рисунке 1 показаны возможные разновидности профилей направляющих скольжения. Разнообразие профилей направляющих гораздо больше, чем показано, но по способу смазывания разделить их можно на две группы: вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные направляющие смазываются, как правило, жидкими маслами, вертикальные – как жидкими, так и пластичными смазками. Направляющие, например, крупного прессового оборудования для компенсации зазоров в парах трения практически безальтернативно смазываются пластичными смазками.

Направляющие металлообрабатывающих станков с целью предотвращения вибраций и скачкообразного перемещения рабочих органов смазываются специализированными антискачковыми маслами. Причем, горизонтальные смазываются маловязкими марками масел вязкостью 46-100 сСт, а вертикальные – средневязкими маслами 150-220 сСт.

Пластичные смазки, как сказано выше, применяются для смазывания направляющих крупногабаритного оборудования, для которого не важна высокая точность перемещений рабочих органов, но есть необходимость компенсировать большие зазоры, характерные для мощного оборудования.

Способы подачи смазочного материала к парам трения направляющих возможны различные: от нанесения кистью или шпателем до автоматической смазки. Современное оборудование, как правило, оснащено централизованными системами смазывания. В случае смазывания направляющих пластичными смазками, последние должны обладать гомогенной структурой и хорошей прокачиваемостью.

Рассмотрим пример смазки для направляющих скольжения. Наиболее массовой и популярной в нашей стране является смазка Elit HD EP2 от российской компании АРГО. Вот её характеристики:

Направляющие МРС

Направляющие служат для перемещения по станине подвижных узлов станка, обеспечивая правильность траектории движения заготовки или детали и для восприятия внешних сил.
В металлорежущих станках применяются направляющие (рис. 2.56):
1. скольжения (смешанного трения);
2. качения;
3. комбинированные;
4. жидкостного трения;
5. аэростатические.
Область применения того или иного типа направляющих определяется их достоинством и недостатками.

рис. 2.56. Классификация направляющих в станках

К направляющим станков предъявляют следующие требования:
— первоначальная точность изготовления;
— долговечность (сохранение точности в течении заданного срока);
— высокая жесткость;
— высокие демпфирующие свойства;
— малые силы трения;
— простота конструкции;
— возможность обеспечения регулирования зазора-натяга.
Классификация направляющих
В зависимости от траектории движения подвижного узла направляющие делятся на прямолинейные и круговые.
В зависимости от расположения направляющие делятся также на горизонтальные, вертикальные, наклонные.

Направляющие смешанного трения (скольжения)

Направляющие смешанного трения (скольжения) характеризуются высоким и непостоянным по величине трением и применяются при малых скоростях перемещения по ним суппортов или столов. Разница значения силы трения покоя (сила трогания) по сравнению с трением движения зависит от скорости движения и приводит к скачкообразному движению узлов при малых скоростях. Это явление не позволяет применять их в станках с программным управлением, а значительное трение вызывает износ и снижает долговечность направляющих.
Для устранения этих недостатков применяются:
— специальные антискачковые масла;
— накладки из антифрикционных материалов;
— термообработка до HRC 48…53 (повышает износостойкость);
— специальные покрытия (хромирование);
— напыление слоем молибдена;
— наполненный фторопласт (с коксом, дисульбид молибдена, бронза и т.д. у которых fТР=0,06…0,08, что в покое, что в движении).

Конструктивные формы направляющих скольжения

Конструктивные формы направляющих скольжения разнообразны. Основные формы представлены на рис. 2.57.
Очень часто используют сочетание направляющих различной формы.
Треугольные направляющие (рис. 2.57,а) обеспечивают автоматический выбор зазоров под собственным весом узла, но сложны в изготовлении и контроле.
Прямоугольные направляющие (рис. 2.57,б) просты в изготовлении и контроле геометрической точности, надежны, удобны в регулировании зазоров — натягов, хорошо удерживают смазку, но требуют защиты от загрязнения. Они нашли применение в станках с ЧПУ.
Трапециевидные (ласточкин хвост) (рис. 2.57, в) контактны, но очень сложны в изготовлении и контроле. Имеют простые устройства регулирования зазора, но они не обеспечивают высокой точности сопряжения.
Цилиндрические направляющие (круглые) (рис. 2.57,г) не обеспечивают высокой жесткости, сложны в изготовлении и применяют их обычно при малых длинах хода.

рис. 2.57. Конструктивные формы направляющих скольжения: а- треугольные, б- прямоугольные, в- трапециевидные, г- круглые

Материалы направляющих

Непосредственный контакт сопряженных поверхностей в направляющих смешанного трения предъявляет высокие требования к выбору материала. Материал во многом влияет на износостойкость направляющих и определяет плавность движения узлов. Для исключения явления — схватывания, пару трения комплектуют из разнородных материалов. Чугунные направляющие из серого чугуна, выполненные за одно целое с базовой деталью (станиной), просты и дешевы, но не обеспечивают долговечности. Для повышения износостойкости их подвергают закалке до твердости HRC 48…53 или покрывают хромом (при слое хрома толщиной 25…50 мкм обеспечивается твердость до HRCЭ 68…72), а также производят напыление на рабочие поверхности направляющих слоя молибдена или сплава с содержанием хрома. Для исключения схватывания покрывают одну из пар сопряжения, как правило, неподвижную.
Стальные направляющие выполняются в виде отдельных планок, которые крепятся к базовым деталям, к стальным станинам приваривают, а к чугунным прикрепляют винтами или приклеивают. Для стальных накладных направляющих применяют малоуглеродистые стали (сталь 20, 20Х, 20ХНМ) с последующей цементацией и закалкой до твердости HRCЭ 60…65, азотируемые стали 40ХФ, 30ХН2МА с глубиной азотирования 0,5 мм и закалкой до твердости HV800-1000.
Цветные сплавы типа бронз БрОФ10-1, Бр.АМц 9-2, цинковый сплав ЦАМ 10-5 в паре со стальными и чугунными направляющими обладают высокой износостойкостью, исключают задиры. Однако из-за высокой стоимости они применяются редко и используются только в тяжелых станках.
Для снижения коэффициента трения и повышения демпфирования в направляющих скольжения находят применение пластмассы, которые обладают хорошими характеристиками трения, но у них низкая износостойкость при абразивном загрязнении, и незначительная жесткость. Из пластмасс в станках для направляющих используют фторопласт, композиционные материалы на основе эпоксидных смол с присадками дисульфида молибдена, графита.

Читайте также:  Carprice — продажа автомобилей через аукцион

Конструктивное оформление направляющих

Сечения направляющих скольжения нормализованы и соотношение размеров зависит от высоты направляющих.
Отношение длины подвижной детали к габаритной ширине направляющих должно быть в пределах 1,5…2. Длина неподвижных направляющих принимается такой, чтобы не было провисания подвижной детали.
Механическое крепление обеспечивается как правило винтами по всей длине с шагом не более 2-х кратной высоты накладной планки и обеспечивается при этом фиксация планок в поперечном направлении выступами, фасками и т.д.
Жидкостное трение между направляющими обеспечивается подачей под давлением смазки между трущимися поверхностями или за счет гидродинамического эффекта. При жидкостном трении практически исключается износ направляющих, обеспечиваются высокие демпфирующие свойства и плавность движения, защита от коррозии, отвод тепла, удаление продуктов износа из зоны контакта.

Гидростатические направляющие

В металлорежущих станках все более широкое применение находят гидростатические направляющие, имеющие по всей длине карманы, в которые под давлением подается масло. Масло, растекаясь по площадке направляющих, создает масляную пленку по всей длине контакта и вытекает через зазор h наружу (рис. 2.58).

рис.2.58. Схемы гидростатических направляющих: а, б — незамкнутых; в — замкнутых; 1- насос, 2- эпюра давлений, 3-дроссель, 4- предохранительный клапан, 5- карман

По характеру восприятия нагрузки гидростатические направляющие делятся на незамкнутые (рис. 2.58, а, б) и замкнутые (рис. 2.58, в). Незамкнутые используются при условии создания прижимающих нагрузок, а замкнутые могут воспринимать, кроме того и опрокидывающие моменты. Для создания необходимой жесткости и повышения надежности в этих направляющих обеспечивается регулирование толщины масляного слоя, а также используется системы подвода масла с дросселями перед каждым карманом (рис. 2.58, б, в) и системы автоматического регулирования.
Основным преимуществом гидростатических направляющих является то, что они обеспечивают жидкостное трение при любых скоростях скольжения, а следовательно равномерность перемещения, и высокую чувствительность точных перемещений, а также компенсирование погрешностей сопрягаемых поверхностей. Недостатком гидростатических направляющих является сложность системы смазки и необходимость устройств фиксации узла в позиции.
Аэростатические направляющие
Конструктивно аэростатические направляющие похожи на гидростатические, а разделение трущихся поверхностей обеспечивается подачей в карманы под давлением воздуха. Для образования равномерной воздушной подушки по всей площади направляющих их выполняют из нескольких отдельных секций, разделенных дренажными каналами 3 (рис. 2.59). Размеры секций В = 30мм, L = 500мм.

рис. 2.59. Аэростатические направляющие: а — принципиальная схема, б- секция опоры с замкнутой канавкой, в- секция опоры с прямолинейной канавкой

Каждая секция имеет отверстие 5 для подвода воздуха под давлением и распределительные канавки 1 и 2 глубиной t (рис. 2.59, б) для развода воздуха по площади секции.
Направляющие качения.
В этих направляющих трение качения обеспечивается свободным перекатыванием шариков или роликов между движущимися поверхностями, либо установкой тел качения на фиксированные оси (рис. 2.60).
Наибольшее распространение получили направляющие со свободным перекатыванием тел качения, так обеспечивают более высокую жесткость, точность движения и применяют их в станках с малой величиной хода перемещаемого узла из-за отставания тел качения (рис. 2.60, б) и направляющие с циркуляцией потока шариков или роликов и их возвратом (рис. 2.60, в)

рис. 2.60. Схемы направляющих качения: а — на роликах с закрепленными осями, б- с потоком тел качения, в — с возвратом тел качения, V- скорость перемещения узла

Направляющие качения обеспечивают равномерность и плавность перемещения при малых скоростях, высокую точность установочных перемещений.
Недостатками направляющих качения являются:
— высокая стоимость;
— трудоемкость изготовления;
— низкое демпфирование колебаний;
— повышенная чувствительность к загрязнением.
Конструктивное оформление направляющих качения.
Конструктивные формы направляющих качения (рис. 2.61) сходны с направляющими скольжения.

рис. 2.61. Направляющие качения: а — плоские, б — призматические, в — с крестовым расположением роликов, г — шариковые; 1- тела качения, 2 – сепаратор

Число тел качения во многом определяет точность движения и их должно быть не меньше 12…16 и определяется из условия:

где F — нагрузка на один шарик, Н; d — диаметр шарика, мм.
Диаметр тел качения выбирают из условия, что отношение длины к диаметру:
При l/d = 1 принимают d = 5..12 мм, а при l/d = 3 принимают d = 5..20мм.
Для повышения жесткости в направляющих качения создают предварительный натяг путем подгонки размеров или регулированными устройствами. Направляющие с циркуляцией тел вращения выполняются без сепаратора со сплошным потоком шариков или роликов, причем они могут выполнять в виде отдельного элемента, представляющего собой подшипник качения — опору.

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector