Качество обработки заготовок на лазерных, гравировальных, фрезерных и других станках с ЧПУ напрямую зависит от линейных направляющих. Эти комплектующие представляют собой своеобразные рельсы, по которым перемещается рабочий инструмент станка или приспособление, в котором закреплена заготовка. Линейные направляющие выполняют несколько важнейших функций:
- Основная функция - направление рабочего инструмента или заготовки по заданной траектории с требуемой точностью и минимальным трением. Некачественные направляющие с люфтом, неровной поверхностью или подверженные изгибам приводят к серьезному нарушению точности перемещений. Это влечет за собой потерю качества обработки: не соблюдение заданных размеров изделий, нарушение их геометрии.
- Линейные направляющие являются опорой для перемещаемых компонентов станка, то есть, несут на себе их вес. Например, портал ЧПУ ротера, перемещаясь вдоль оси Х, опирается на рельсы. Поэтому рельсы должны выдерживать вес портала и при этом обеспечивать гладкость движения и малое трение. В некоторых случаях направляющие могут выполнять функции конструкционных компонентов станка: воспринимать нагрузки и обеспечивать жесткость. Рельсовые направляющие крепятся к станине и выполняют функцию передатчика усилий.
- Линейные направляющие принимают на себя и передают на станину возникающие в ходе работы крутящие и боковые усилия. Например, во фрезерном станке направляющие оси Y, проходящей по балке портала, несут на себе вес шпиндельной бабки (оси Z) и воспринимают крутящие усилия.
Классификация линейных направляющих по типу фиксации на станке
- Направляющие с полной поддержкой зафиксированы на станине на протяжении всей своей длины. Такие направляющие отличаются большей грузоподъемностью.
- Направляющие с частичной поддержкой зафиксированы на станине за концы.
В высококачественных станках направляющие с полной поддержкой установлены по всем осям. Иногда встречаются модели, в которых по осям Х и Y установлены направляющие с полной поддержкой, а по оси Z – с частичной.
Тип фиксации направляющих подбирают в зависимости от длины станины. С увеличением длины возрастает и необходимость выбора направляющих с полной фиксацией, а при длине станины свыше 1,5 м такие направляющие становятся единственным возможным вариантом. К направляющим с полной фиксацией относят рельсы Hiwin и цилиндрические рельсы Purelogic.
Направляющие с частичной поддержкой подвержены прогибам, так как крепятся к станине только за концы. Между такой направляющей и станиной остается свободное место. В таких направляющих используются замкнутые по периметру линейные подшипники, которые сидят на валу более плотно, чем разомкнутые модули на цилиндрическом рельсе. К направляющим с частичной поддержкой относят шлицевые валы и полированные валы TBI.
Классификация линейных направляющих по форме поперечного сечения
Полированные валы
К достоинствам направляющих этого типа относят низкую стоимость и легкость установки. Валы крепятся на станину только на концах. Их изготавливают из конструкционной или подшипниковой стали, поверхность подвергают закалке и шлифовке, что обеспечивает движение с минимальным трением. Недостатки полированных валов обусловлены способом их крепления. Из-за отсутствия крепления к станине на протяжении всей длины валы прогибаются под собственным весом, поэтому на производстве используют валы длиной не более 1 м. Линейные подшипники качения (шариковые втулки) имеют больший люфт по сравнению с каретками рельсовых направляющих и меньшую грузоподъемность. Недостатком данного типа направляющих является также недолговечность. Шарики линейного подшипника могут прокатать на валу канавку, и вал придется заменить.
Шлицевые валы
Шлицевые валы так же, как и полированные, фиксируются только на концах. На поверхности шлицевого вала расположены дорожки качения для шариков втулки. Шлицевые валы воспринимают крутильные усилия с втулки, характеризуются большей износостойкостью и жесткостью, чем полированные. По сравнению с полированными валами, они стоят значительно дороже.
Цилиндрические направляющие
Эти направляющие представляют собой цилиндрические рельсы, установленные на опоры, которые поддерживают направляющие по всей длине и предотвращают их провисание под собственным весом при большой длине и весом перемещающейся каретки. Цилиндрические рельсы характеризуются большей грузоподъемностью, чем полированные валы, обеспечивают плавность и высокую точность перемещения, позволяют раскраивать материалы с высокой скоростью и точностью, выполнять точную гравировку.
Профильные шариковые рельсовые направляющие
Линейные направляющие этого типа представляют собой закрепленный на станине длинный стальной рельс в виде профиля. На нем находятся четыре продольные канавки, выполняющие функцию дорожек качения. Поверхность рельсов тщательно отшлифована с четырех сторон. По канавкам перемещаются линейные подшипники качения (каретки), внутри которых находятся цепочки шариков. Шарики каждой цепочки катятся по рельсу внутри закольцованной канавки, толкая друг друга, что обеспечивает низкий коэффициент трения.
К преимуществам шариковых линейных направляющих относят: высокую точность, прямолинейность и плавность перемещения, высокую грузоподъемность, минимальный люфт или его отсутствие, высокую износостойкость. Среди недостатков: повышенные требования к прямолинейности и шероховатости места крепления, а также сложность монтажа.
Профильные роликовые рельсовые направляющие
Данные направляющие являются аналогом шариковых, но вместо шариков в каретках используются ролики, а дорожки качения имеют плоскую форму.
Направляющие «ласточкин хвост»
Эти направляющие являются несъемными и выполняются как единое целое со станиной. Они имеют V-образную форму. Плоские контактирующие поверхности скользят друг по другу, обеспечивая большую площадь контакта. V-образные направляющие используют в металлообрабатывающих станках, где необходима очень высокая жесткость.
Оптимальный вид линейных направляющих выбирают в зависимости от назначения станка с ЧПУ, его компоновки и режимов работы. В лазерном оборудовании применяют рельсовые и цилиндрические направляющие.