Направляющие для станков – это узлы, которые обеспечивают перемещение заготовки и рабочих органов станка по заданной траектории для достижения необходимого взаимного расположения в процессе обработки.
Основные части узла – профильная направляющая и перемещающиеся по ним подвижные узлы, которые несут на себе рабочие элементы станка. Конструкция этих узлов, а также обеспечение перемещений по ним разнообразны и отвечают выполнению конкретных задач металлообработки.
От свойств и качества работы направляющих зависит точность обработки на металлорежущем станке. Поэтому к ним предъявляются такие требования:
Направляющие высокоточных станков с ЧПУ закрепляются с такой степенью надежности, чтобы исключить даже минимальные сдвиги при работе оборудования – под действием веса, перемещения или вибрации рабочих узлов.
В металлорежущих станках устанавливают направляющие скольжения, качения и комбинированные, которые сочетают оба типа. В свою очередь основные виды направляющих станков делятся на несколько типов, каждый из которых имеет свои особенности, плюсы и минусы.
Для удобства восприятия отобразим классификацию в таблице.
Рассмотрим особенности каждого типа направляющих.
Поверхность направляющих скольжения непосредственно соприкасается с перемещающимся по ним узлами. Воздействие значительных сил трения становится причиной их ускоренного износа. К тому же на их работе сильно сказывается разность между силой трения в состоянии покоя и силой трения во время движения – на малых скоростях перемещение узлов происходит скачкообразно.
Чтобы уменьшить влияние сил трения, используют антифрикционные пластиковые накладки и другие методики, в частности жидкие и газовые среды, то есть применяют гидростатические, гидродинамические и аэростатические направляющие.
Обеспечивают равномерное и точное движение за счет использования масляной смазки. Они оснащены специальными масляными карманами, куда под давлением подается смазка и, вытекая, образует масляный слой нужной толщины по всей длине соприкосновения поверхностей.
Использование масляной смазки позволяет существенно снизить вибрации, что наглядно видно по состоянию поверхности воды в стаканах, установленных на простых линейных и гидростатических направляющих скольжения
Плюсы:
Минусы:
Несмотря на плюсы, из-за сложности устройства и дороговизны гидростатические направляющие не получили широкого распространения.
В основу работы этих узлов положен принцип «всплывания» движущегося узла. Масло заполняет зазоры между смазочными канавками на рабочих поверхностях направляющих, в результате чего при перемещении узлов трущиеся поверхности разделяются слоем жидкости.
Работают на воздушной подушке – газовой смазке. Конструктивно похожи на гидростатические: имеют карманы, в которые под давлением подается воздух. То есть между поверхностями направляющей и перемещаемого узла создается не масляная, а воздушная прослойка.
Конструктивно направляющие скольжения делятся на треугольные, прямоугольные и трапециевидные. Также выделяют «коробчатые» узлы типа BoxWay, SlideWay и «коробка в коробке» – Box-in-box.
Треугольные и прямоугольные направляющие используются преимущественно в токарных станках с прямой станиной. В качестве вертикальных направляющих в токарных станках вертикального типа, а также в горизонтально-расточных станках применяют «коробчатые» и прямоугольные направляющие. Также они устанавливаются в фрезерных обрабатывающих центрах. А модели Box-in-box используют для осей Z в тяжелых станках, типа портально-фрезерных.
Узлы данного типа впервые начали использовать в середине ХХ века на шлифовальных, координатно-расточных и других прецизионных станках, где требовалось выполнять малые, точные перемещения до 0,001 мм. Такие перемещения были трудно осуществимы на направляющих скольжения из-за скачков.
Сегодня направляющие данного типа наиболее востребованы для фрезерных и токарных станков по металлу с ЧПУ, так как их использование позволяет достигать необходимой производительности на станках значительно меньшей мощности – до 10 раз.
Узел состоит из направляющего рельса со шлифованной установочной поверхностью и дорожками качения, а также каретки с телами качения, обоймами под них и уплотнителями.
Внутреннее устройство направляющей качения (роликовый и шариковый типы элементов качения)
В зависимости от того, какие тела качения используются, выделяют:
В узлах первого типа контакт трущихся поверхностей – точечный, что оптимально для динамических нагрузок: высокоскоростной обработки, частой смены направления движения. Шариковые направляющие используют в фрезерных станках и в токарных станках с наклонной станиной.
В узлах второго типа контакт трущихся поверхностей – линейный (по образующей ролика). Такие направляющие отличаются более высокой жесткостью и грузоподъемностью. Роликовые направляющие используются в портальных, горизонтально-фрезерных станках, фрезерных обрабатывающих центрах, в токарных станках с наклонной станиной и вертикальных токарных станках.
Главные плюсы направляющих качения:
По большинству признаков, кроме демпфирующей способности, направляющие качения превосходят или находятся на уровне с направляющими скольжения. А главное, они позволяют предельно точно производить малые установочные перемещения, что очень важно для современных станков с ЧПУ.
Многие производители сегодня выпускают токарные станки с направляющими качения. Так, например, компания Neway CNC Equipment параллельно с выпуском серии станков SC с направляющими скольжения, запустила обновленную серию PC (Promoil Configuration) с направляющими качения специально для наших клиентов.
Замена трения скольжения на трение качения позволила повысить класс точности позиционирования, скорость и точность обработки. Кроме того, такие направляющие более долговечны и ремонтопригодны.
В таких узлах скольжение по одним граням сочетается с качением по другим. Они широко распространены и объединяют плюсы и минусы узлов двух видов.
Обычно опоры качения устанавливают в направлении, определяющем точность, а опоры скольжения – перпендикулярно главным составляющим сил резания.
Больше разнообразие направляющих порой загоняет в тупик, чтобы понять какой вариант будет оптимален для вас, смотрите наши сводные таблицы и делайте правильный выбор.
При выборе направляющих ориентируемся на выполняемые операции.
Движение инструмента относительно заготовки
Токарный станок
Фрезерный станок
Операции
Оптимальные направляющие
Быстрые перемещения
Для минимизации холостых ходов.
Качения
Линейные перемещения G01
Обработка цилиндрических, торцевые поверхностей, канавок, цилиндрической резьбы.
Скольжения
Фрезерование торцов, плоскостей.
Обработка фасок, скосов, уклонов, конической резьбы.
Сверление, нарезание резьбы метчиком.
Круговые перемещения G02, G03
Обработка сопряжений в виде радиусов, скруглений, галтелей.
Выборка уступов, отверстий, окон, впадин, фрезерование торцов, плоскостей, резьбофрезерование.
Обработка сферических поверхностей.
Обработка криволинейных контуров, фасонных поверхностей сферическими фрезами.
Обработка фасонных поверхностей.
Высокоскоростное фрезерование HSM.
Также есть универсальный принцип выбора направляющих по характеру производимой на станке обработки.
Характер обработки
Обдирочная (заготовительная)
Черновая
Скольжения/Качения
Получистовая
Чистовая
Профильная/контурная/ фасонная
Чтобы получить максимум преимуществ от направляющих скольжения, станок должен иметь массивную конструкцию: тяжелую станину и широкие, каленые направляющие до 4-х на одной оси.
Станки с направляющими качения можно назвать универсальными. Они подходят для всех операций: для каких-то в большей, для каких-то в меньшей степени, но справляются со всеми поставленными задачами.