Виды направляющих для станков: Направляющие, их виды и конструктивные особенности

Виды направляющих станков с ЧПУ

Виды направляющих для станков с ЧПУ различаются по формам и типам работы. В этой статье мы рассмотрим гидродинамические и гидростатические виды направляющих.

Гидродинамические направляющие

Гидродинамические направляющие отличаются простотой конструкции, но хорошо работают лишь при достаточно больших скоростях скольжения, которым соответствуют скорости главного движения (продольно-строгальные, карусельные станки). Гидродинамический эффект, т.е. эффект всплывания подвижного узла, создается при помощи пологих клиновых скосов между смазочными канавками, выполненных на рабочей длине направляющих. В образованные таким образом сужающиеся зазоры при движении затягивается смазка и обеспечивается разделение трущихся поверхностей слоем жидкости. Недостатком гидродинамического вида направляющих для станков с ЧПУ является нарушение жидкостного трения в периоды разгона и торможения подвижного узла, что приводит их к износу.

Гидростатические направляющие

Гидростатические направляющие имеют более широкое применение. Они обеспечивают жидкостное трение при любых скоростях скольжения, поэтому имеют очень малое трение, высокую демпфирующую способность, достаточную жесткость (хотя ниже, чем у направляющих скольжения и качения). Масляный слой в этих направляющих обеспечивается подачей масла под давлением. Его толщина составляет 10–50 мкм, в отдельных случаях — до 100 мкм. Масло под давлением подается в карманы на направляющих, глубина которых составляет обычно 1–4 мм. По длине направляющих выполняют несколько каналов, разделенных дренажными канавками. Направляющие гидростатического вида для станков с ЧПУ бывают незамкнутыми (без планок) и замкнутыми, в которых масло подается как на основные грани, так и на вспомогательные (планки). Первые применяют обычно, если нормальная сила, действующая на рабочий узел станка, велика и приблизительно постоянна (например, при большой массе подвижного узла). Вторые воспринимают опрокидывающие моменты, имеют значительно более высокую жесткость, но требуют тщательного изготовления.

Недостатки данных направляющих данного вида: необходимость в гидравлической аппаратуре для подачи, циркуляции, фильтрации и сбора масла; существенный нагрев; трудность фиксации положения рабочего органа; повышенные требования к уходу в процессе эксплуатации.

Применяются гидростатические направляющие в прецизионных станках, а также в тяжелых и уникальных станках с ЧПУ.

Аэростатические направляющие

Направляющие с газовой смазкой — аэростатические по принципу работы похожи на гидростатические направляющие. Только аэростатические направляющие при работе разделены слоем воздуха, подаваемого в рабочий зазор под давлением. В результате они имеют самое низкое трение, высокую долговечность и точность позиционирования. При прекращении подачи воздуха обеспечивается надежная фиксация рабочего органа станка. Однако нагрузочная способность, жесткость и динамические характеристики у них несколько ниже, чем у других видов направляющих.

Применяются такие виды направляющих в станках с ЧПУ для обработки печатных плат, в координатно-измерительных машинах, а также в ряде других станков.

Статьи по станкам ЧПУ

Более 1000 статей о станках и инструментах, методах обработки металлов на станках с ЧПУ.

Предыдущая статья

Следующая статья

Виды направляющих для станков с ЧПУ.

На
протяжении нескольких лет мое хобби -
это создание проектов на Arduino. В том
числе разработка станков с ЧПУ на базе
Arduino. Сделал я уже несколько видов ЧПУ
станков, от лазерного гравировального,
до фрезерного станка с ЧПУ. Также
модернизировал свой 3D принтер Anet A8.

При
создании станков очень важной составляющей
является правильный выбор механической
части станка. В этой статье расскажу,
какие основные виды направляющих
для
ЧПУ и
подшипников
для станков
существуют. Рассматривать направляющие,
которые предназначены для других целей,
например, для мебели, не будем. Хотя я и
делал свои первые станки как раз на
мебельных направляющих.

Направляющие
полированный вал.

Самый
распространенный вид направляющих для
небольших станков и 3D принтеров.

Его
преимущество заключается в легкости
монтажа. Нет привязки к столу или другой
поверхности, что позволяет устанавливать
данные направляющие на рамных конструкциях
без жесткого основания. Но при этом
рама должна обеспечивать необходимую
жесткость.

Минус
данных направляющих заключается в
провисании при использовании длинных
направляющих, так как нет дополнительной
опоры, только крепление в 2-х точках.

Для
этих направляющих используют шариковые
втулки. Данные подшипники не рассчитаны
для работы под большим весом. Это второй
фактор, который указывает на использование
таких направляющих для небольших
станков.

Шлицевой
вал.

Этот
вид направляющих валов отличаются
только шлицами (пазами) по длине вала.
Данная конструкция валов имеет меньший
люфт по сравнению с полированными
валами, но при этом значительно дороже,
и поэтому применяется реже.

Направляющая
вал на опоре.

Полированный
вал в опоре, закрепленный на жесткую
опору, вот основное отличие данных
направляющих. Плюсы заключаются в том,
что можно использовать направляющие
большей длины и больше нагрузки, в
отличии от простых полированных валов.

Подшипники
для вала на опоре делаются в виде каретки,
что обеспечивает простоту крепления.
Но, в отличие от обычного вала, данный
вид направляющих имеет разные
характеристики при разнонаправленной
нагрузке, что приводит к снижению
качества.

Из-за
простоты изготовления полированных
валов и валов на опоре, производство
таких направляющих очень распространено,
и соответственно, качество может
отличаться. Поэтому, будьте внимательны
при покупке данных направляющих.

Шариковые
профильные рельсовые направляющие.

Благодаря
дорожкам качения нагрузка распределяется,
что значительно снижает люфт и увеличивает
грузоподъемность и износоустойчивость.

Рельсовые направляющие применяются в станках, где требуется высокая точность обработки.

Минусом данных направляющих является высокое требование к поверхности монтажа и качеству крепления.

В связи с высоким требованием к производству такие направляющие стоят достаточно дорого и производителей на рынке не так много. И они дорожат своей репутацией, поэтому качество на достаточно высоком уровне.

Роликовые профильные направляющие.

Роликовые направляющие являются одним из подвидов рельсовых направляющих. Их отличие в том, что в каретке добавлены ролики и, соответственно, профиль направляющей сделан так, что в нем есть паз под ролики.

Это
увеличивает грузоподъемность и
износоустойчивость.

Роликовые
профильные направляющие применяются
в станках для обработки черных металлов,
камня и стали.

Направляющие ласточкин хвост.

Направляющие
типа «ласточкин хвост» являться
достаточно точными и применяются в
металлообрабатывающих станках, но в
связи со сложностью их ремонта и замены
используются редко.

Роликовые
каретки (ролики) для алюминиевого
профиля.

Для
3D принтеров и для лазерных станков очень
распространены роликовые каретки,
которые перемещаются по алюминиевому
профилю, который в свою очередь выступает
рамой станка. Очень экономичное и
достаточно эффективное решение.

Ролики
бывают пластиковые и нейлоновые.

Профиль
для ЧПУ (CNC) — экструзионный, он же
станочный, он же openbuilds профиль. Бывает
T-slot и V-slot.

Для
роликовых направляющих нужно покупать
профиль V-slot. Это важную мелочь упускают
начинающие разработчики ЧПУ станков.

Это
еще не все виды направляющих для ЧПУ
станков. Свои варианты и предложения
пишите в комментариях.

Не
забывайте подписываться на канал Youtube
и
вступайте в группы в Вконтакте
и
Facebook.

Всем Пока-Пока.

И до встречи в следующей
статье.

Плюсы и минусы различных направляющих

Автор Доктор Скотт Смит

Опубликовано

01 сентября 2014 г. — 10:30

Три основных типа направляющих могут поддерживать линейное движение между компонентами станка: роликовые, гидростатические и направляющие скольжения.

В способах качения движущиеся элементы, такие как стол, поддерживаются на плоских прямых направляющих, которые устанавливаются на неподвижных элементах, таких как станина, с помощью элементов качения, таких как цилиндрические ролики. Трение в направляющих качения относительно низкое, поэтому они оказывают небольшое сопротивление движению вдоль направления направляющей. Однако пятно контакта небольшое — по сути, линия на боковой стороне каждого цилиндрического ролика. Таким образом, направляющие с роликовыми элементами имеют меньшую жесткость и меньшее демпфирование, чем направляющие других типов. Кроме того, эти направляющие не требуют питания для поддержки нагрузки.

Предоставлено С. Смитом

Рис. 1. Зачищенная поверхность с синим маркировочным составом. Синие точки отмечают небольшие углубления, в которых будет масло.

Гидростатические пути образуются путем объединения гидростатического подшипника с плоским прямым путем. Гидростатический подшипник состоит из кармана, в который подается масло под давлением. Зазор между краями кармана и направляющей образует сужение, поток масла под давлением через сужение регулирует давление в кармане, а масло под давлением поддерживает нагрузку. Гидростатические способы имеют небольшое трение, но они активны, требуют кармана, сужения, насоса и потока масла через сужение, даже когда подшипник не движется.

Плоские направляющие скольжения не требуют внешнего источника питания. Скользящий элемент и неподвижный элемент обычно изготовлены из чугуна, и их поверхности точно согласованы геометрически, но они не являются идеально гладкими. Тонкая пленка масла разделяет две поверхности. Он задерживается в небольших, беспорядочно разбросанных углублениях на поверхностях, играющих роль резервуаров нефти.

Резервуары пополняются путем периодического разбрызгивания небольшого количества масла перед скользящим элементом. Масло втягивается движением скользящего элемента из резервуаров в пространство между точками контакта двух поверхностей. Этот эффект создает гидродинамический подшипник, а масляная пленка создается и поддерживается движением. Важнейшими характеристиками подшипника являются точное соответствие геометрической формы неподвижной и подвижной поверхностей, а также текстура поверхности. В отличие от других направляющих, описанных выше, элементы простых направляющих получаются путем шабрения вручную.

Циклевка — один из старейших и наиболее исторически значимых процессов удаления металла. Его можно использовать для создания точных прямых кромок без необходимости внешнего эталона, и это основной метод удаления металла при изготовлении станков. Чугун легко царапается, так как в его структуре содержится много графитовых чешуек. Небольшое количество металла удаляют с чугуна острым лезвием, как соскребая краску с окна.

Изготовитель машин решает, где соскоблить, сначала нанося на две поверхности тонкий слой маркировочного состава, обычно синего пигмента, смешанного с невысыхающей жидкостью, такой как масло. Подвижный элемент скользит вдоль неподвижного элемента примерно на 1 дюйм, затем элементы разъединяются. Возникающий контакт между элементами удаляет маркировочный состав, а оставшийся на поверхности состав отмечает углубления (см. рис. 1 выше).

Если поверхности имеют большое несоответствие геометрической формы, будут большие смежные блестящие области. Скребковый инструмент, представляющий собой большое острое гибкое лезвие на ручке, используется для удаления небольших слоев металла с блестящих пятен. Эта процедура многократно повторяется на данном участке направляющего пути и еще много раз по его длине. По мере сближения формы движущегося элемента и направляющей синие пятна становятся меньше и распределяются более беспорядочно. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге перенести нагрузку на большую площадь подшипника и создать множество небольших, случайно распределенных углублений для удержания масла. Большинство скребков пытаются сделать от 10 до 40 небольших карманов на квадратный дюйм. Ручное шабрение направляющих — это ремесло, и чтобы стать эффективным скребком, требуется обширная подготовка.

Обычно цель состоит в том, чтобы от 50 до 60 процентов площади подшипника соприкасались с дорогой. Если площадь контакта меньше, то подшипник будет быстро изнашиваться, либо масло не будет втягиваться в зазоры. Если площадь контакта больше, резервуаров недостаточно для удержания масла, подшипнику будет не хватать смазки, и две поверхности будут прилипать, как закручивание калибровочных блоков.

Подшипники скольжения хорошего качества, изготовленные методом шабрения, представляют собой старую технологию, но все еще важную роль во многих станках. Они создают направляющие, не требующие внешнего питания и обеспечивающие высокую несущую способность и высокое демпфирование. КТР

Об авторе: Доктор Скотт Смит является профессором и заведующим кафедрой машиностроения Инженерного колледжа Уильяма Стейтса Ли Университета Северной Каролины в Шарлотте, специализирующегося на динамике конструкции станков. Свяжитесь с ним по электронной почте [email protected].

Родственные термины глоссария

Автор

Д-р Скотт Смит

Доктор Скотт Смит — профессор и заведующий кафедрой машиностроения Инженерного колледжа Уильяма Стейтса Ли Университета Северной Каролины в Шарлотте, специализирующийся на структурной динамике станков. Свяжитесь с ним по электронной почте [email protected].

Машинные направляющие и машинные рельсы

Detroit Edge Tool Company — крупнейший производитель машинных путей и рельсов в мире!

Производственные мощности DETCO по производству станков оснащены новейшими обрабатывающими центрами с ЧПУ и шлифовальными станками, что позволяет DETCO производить станки с жесткими допусками, станины, токарные станки и рельсы, требуемые производителями станков. Рельсы DETCO для автоматизации роботов, портальные рельсы и направляющие стали отраслевым стандартом для динамического движения в средах автоматизации. Закаленные направляющие и рельсы определяют базовую точность станков, сборочных машин и средств автоматизации. Закаленные пламенем или сквозная закалка, направляющие и рельсы DETCO изготавливаются в соответствии со спецификациями OEM. На приведенной ниже диаграмме показаны эти допуски.

Механические направляющие Detroit Edge отшлифованы и закалены в соответствии со спецификациями заказчика.

Что такое механизированные направляющие?

Немногие компоненты станка являются более фундаментальными, чем система путей, которая обеспечивает взаимодействие между движущимися и неподвижными элементами станка. Станочные направляющие могут быть закалены пламенем или сквозно закалены до 58-62 RC и определяют базовую точность станков. Пути прочны по своей конструкции и лучше работают при абразивной резке или на станках с мощными шпинделями в агрессивных средах. Машинные пути — это гладкие и точные дорожки, по которым перемещаются каретки машин, такие как роботы, колонны машин и корпуса шпинделей. Особое внимание уделяется стыковым соединениям, чтобы ролики и каретки переходили плавно. Эти металлические опорные пластины изготавливаются с такой высокой точностью, что они могут выдерживать постоянное увеличение нагрузки по мере того, как их кривизна становится более выпуклой. Особое внимание уделяется плавному переходу роликов и кареток. Коробчатые направляющие также называются подшипниками линейного перемещения, они поддерживают шпиндель и стол и направляют их движение.

Машинные пути использовались еще в 19 веке. В прошлом машиностроители использовали деревянные пути, но предпочтительным материалом для машинных путей стал чугун. Чугун был лучшим материалом, потому что он охлаждался до нужной формы, подгонялся с помощью соскабливания и его было легко резать с помощью одноточечных инструментов. Сегодня мы используем чугун, закаленную сталь и другие черные металлы.

Типы направляющих

Плоские направляющие скольжения

Это направляющие с трением скольжения. Они могут быть неотъемлемой частью кровати или могут быть прикреплены к верхней части кровати, а салазки установлены сбоку.

Преимущества:

• Простая проверка геометрической формы
• Большие подшипники предусмотрены для направляющих
• Регулировка зазора (может потребоваться прокладка)

Элемент качения

Подвижные элементы опираются на прямые направляющие монтируются на статических элементах. Направляющие качения имеют низкое трение, а значит, при движении в направлении направляющей их сопротивление мало.

Преимущества:

• Меньшая жесткость
• Меньшее демпфирование
• Не требуется мощность для поддержки нагрузки

Гидростатическая

Это комбинация гидростатической опоры с плоской прямой направляющей. Между направляющей и масляным карманом под давлением образуется сужение. Давление в кармане контролируется потоком масла, поэтому поток масла под давлением поддерживает нагрузку.

Преимущества:

• Низкое трение
• Требует кармана

В разных отраслях используются разные механизмы

Detroit Edge Machine Ways используются на всех станках Boeing для фрезерования профиля лонжерона и обшивки крыла в Северной Америке

В каждой отрасли есть свои станки, которые зависят от станков или рельсовых направляющих. Вот несколько различных отраслей промышленности, в которых используются различные системы направляющих:

Шариковые рельсовые направляющие

Шариковые рельсовые направляющие используются в производстве промышленных роботов. Это фиксированный рельсовый путь с вращающимися шарикоподшипниками и направляющими. Он подходит для промышленных сред из-за его устойчивости к нагрузкам.

Роликовые направляющие

Они подходят для использования в таких машинах, как литье под давлением, роботы, полиграфическое и бумагоделательное оборудование, прессы и тяжелое оборудование. Роликовые направляющие скользят по фиксированной системе рельсов. Свободу движения можно регулировать центральным роликом во время сборки.

Миниатюрные шариковые рельсовые направляющие

Миниатюрные шариковые рельсовые направляющие в основном используются в медицинской технике и в полупроводниковой промышленности. Для этих направляющих требуются очень маленькие шарикоподшипники, которые имеют очень высокую грузоподъемность. Эти направляющие рельсы обычно имеют одинаковую грузоподъемность для четырех различных грузоподъемностей.

Направляющие с кулачковыми роликами

Конвейеры и автоматизация используют эти направляющие для ходовой части своего оборудования. Они специально разработаны для скоростей до 10 м/сек.

Как выбрать систему машинного пути?

Направляющие ящиков

Очень тяжелые грузы лучше выдерживают коробчатые направляющие. Станок изготавливается с более низкой скоростью вращения шпинделя, из чрезвычайно прочного или абразивного материала и требует пропорционально более низких подач. Короче говоря, они являются лучшим выбором для тяжелых условий эксплуатации, где критически важны быстрые перемещения. Эти направляющие лучше поглощают ударные нагрузки.

Композитный материал

Направляющие станка обычно изготавливаются из закаленной высокопрочной оцинкованной стали и устойчивы к коррозии. Закаленная поверхность качения имеет первостепенное значение для долговечности компонентов подшипников.

Материалы для машинных дорожек

Методы, используемые для упрочнения этих поверхностей

Закалка пламенем

Этот процесс термической обработки заключается в том, что газообразный кислород непосредственно воздействует на участок поверхности, подлежащий закалке, который затем подвергается закалке.