Функция линейных перемещений
В общем случае система линейного перемещения представляет собой сочетание линейных направляющих и механизма передачи. Далее термином «линейные перемещения» будут обозначаться собственно линейные направляющие, к которым относятся разнообразные втулки, валы, подшипники и так далее. Механизмы передачи в оборудовании с ЧПУ будут рассматриваться отдельно.
С помощью линейных направляющих решают, главным образом, три основные задачи.
I. Создание опоры для элементов станка и минимизация сил трения.
На линейные перемещения опираются массивные транспортируемые части станка, движущиеся по прямолинейной траектории. Так, для портала ЧПУ-роутера опорой служат рельсы, по которым он перемещается вдоль оси X. Следовательно, эти линейные перемещения (рельсовые) должны оставаться прочными при воздействии всей массы портала. При этом требуется обеспечение его лёгкого перемещения путём уменьшения сил трения. В ряде случаев направляющие могут играть роль элементов конструкции, которые воспринимают нагрузку и обеспечивают нормальную жёсткость станка. К таким направляющим относятся, к примеру, полированные валы. В отличие от них рельсы закрепляются на станине и только передают нагрузку.
II. Формирование нужной траектории движения частей оборудования при обеспечении требуемой точности.
Воспринимая массу перемещаемых компонентов станка, линейные направляющие призваны обеспечить движение по нужной траектории и с требуемой точностью. Обеспечение точности перемещений изначально является главной функцией направляющих, поскольку их характеристики в большой степени влияют на точность обработки заготовок и повторяемость изделий, изготавливаемых на станке. Наличие в направляющих люфтов, изгибов и прочих неровностей резко ухудшит качество обработки заготовок, что неизбежно приведёт к нарушению геометрических параметров конечных изделий. Так, если не выдержать размеры при фрезеровании, то вместо правильного круга может получиться овал. Крепление линейных направляющих к станине является одной из наиболее ответственных стадий монтажа портальных станков.
III. Приём и компенсация вторичных нагрузок, возникающих в процессе функционирования станка.
При работе оборудования на линейные перемещения может воздействовать не только масса элементов станка. Практически всегда возникают и вторичные нагрузки, например, крутящие, боковые и так далее. Поэтому линейные перемещения должны воспринимать и эффективно компенсировать эти усилия. Для этого применяются различные конструктивные решения. Так, линейные направляющие, которые проходят по балке портала (ось Y), принимают на себя массу шпиндельной бабки (ось Z). Кроме того, на них действует крутящий момент, который возникает при фрезеровке.
Оптимальный вид линейных направляющих определяется назначением станка, его компоновкой, режимами функционирования. Правильный выбор гарантирует отличный результат. Например, можно остановить свой выбор на трапециевидном винте или шариково-винтовой передаче (см. ниже), что почти не отразится на качестве работы станка. В то же время ошибка в определении нужного вида линейных направляющих приведёт к тому, что станок станет просто бесполезной модной «игрушкой».
Линейные направляющие – классификация
Все линейные направляющие разделяются на 2 группы в зависимости от метода закрепления на станке.
1. Фиксация на станине по всей длине (направляющие с полной поддержкой).
Закрепление линейных направляющих на станине по всей длине повышает их грузоподъёмность, и они получают способность выдерживать существенные нагрузки. В конструкциях по-настоящему качественных станков такой метод используют для закрепления линейных направляющих по всем осям (X, Y, Z). Сравнительно редко можно встретить недорогие разновидности оборудования, в которых направляющие с полной поддержкой монтируются лишь на оси X и Y. Следует понимать, что увеличение длины оси вызывает необходимость применения именно этого метода закрепления направляющих, а при длине оси более 1,5 метров использование каких-то других решение просто невозможно. К типичным представителям таких линейных направляющих относятся, например, цилиндрические рельсы Darxton и рельсы Hiwin.
2. Концевое крепление (направляющие с частичной поддержкой).
При этом методе закрепления линейных направляющих на станине точками крепления являются их концы. Из-за этого данные направляющие могут прогибаться под значительной массой компонентов станка и фрезеровочными нагрузками. Однако использование этого метода в ряде случаев оказывается более выгодным. При таком закреплении между направляющими и станиной остаётся свободное пространство. Линейные подшипники на таких направляющих замкнуты по периметру, чем обеспечивается более высокая плотность посадки подшипника на валу в сравнении с закреплением разомкнутого модуля на цилиндрическом рельсе. В эту группу линейных направляющих входят шлицевые и полированные валы TBI.
