Даже прочная рама станка может привести к образованию брака, если его подвижные оси вибрируют, заклинивают или изнашиваются преждевременно. Эта небольшая проблема с направляющими приводит к некачественной резке, несоблюдению сроков и дополнительным затратам на техническое обслуживание. Решение проблемы начинается с выбора линейной направляющей, рассчитанной на реальную нагрузку, скорость, требуемую точность и условия эксплуатации.
Линейная направляющая — это механическая система, которая поддерживает перемещающийся стол, портал, инструментальную головку или робот и обеспечивает их движение по контролируемой прямой траектории. Шарики или ролики перемещаются между блоком и рейкой, снижая трение. Правильная конструкция повышает грузоподъёмность, точность позиционирования, жёсткость, скорость и срок службы оборудования с ЧПУ и промышленных станков.
Линейная направляющая обеспечивает перемещение детали станка в одном прямом направлении, сдерживая при этом нежелательные перемещения. В качестве привода может выступать шарико-винтовая пара, ремень, зубчатая рейка с шестерней или линейный двигатель. Направляющая не создает осевой силы. Она принимает на себя вес движущейся детали и технологические нагрузки, в то время как привод обеспечивает перемещение оси.
В современной линейной направляющей вместо широкой поверхности скольжения используются элементы качения. Это снижает трение, уменьшает явление «прилипания-скольжения» и обеспечивает плавное линейное движение.
В станке он может перемещать стол, шпиндельную головку или портал. В роботе он может приводить в движение захват. В обоих случаях его назначение заключается в том, чтобы поддерживать и направлять груз, не отклоняясь от заданного маршрута.
В официальном обзоре конструкции компании THK эта технология описывается как совокупность механических элементов, в которых за счет катящегося контакта обеспечивается точное перемещение объекта по прямой линии. Там же отмечается, что на эксплуатационные характеристики и срок службы влияют способ крепления, нагрузка, герметизация и смазка.
Большинство профильных систем состоит из четырёх основных направляющих элементов:
Направляющая: закаленная направляющая, закрепленная на основании станка.
Блок: подвижная часть, закреплённая на столе или портале.
Катящиеся элементы: шарики или ролики, которые перемещаются внутри блока.
Уплотнения и отверстия: детали, которые удерживают смазку и ограничивают попадание грязи.
Каретка и направляющая образуют единую рабочую дорожку. Прецизионные дорожки качения обеспечивают контроль контакта, а торцевые крышки возвращают тела качения по внутреннему контуру.
Термин «линейная направляющая» часто обозначает только саму направляющую, тогда как «линейная направляющая система» обычно включает в себя как направляющую, так и блоки. Покупателям следует уточнить, что именно входит в предложение.
Подшипник с круглым валом имеет более простую конструкцию и зачастую обходится дешевле. Профилированный подшипник линейного перемещения, как правило, лучше противостоит боковым нагрузкам и опрокидывающим моментам, что имеет значение, когда шпиндель расположен значительно выше монтажной поверхности.
В шариковой направляющей между блоком и направляющей используются шарикоподшипники. Она обеспечивает низкое сопротивление и высокую скорость перемещения, благодаря чему широко применяется в фрезерных станках с ЧПУ, лазерных станках, упаковочном оборудовании и погрузочно-разгрузочных устройствах.
В роликовой конструкции используются цилиндрические или профилированные ролики. Большая площадь контакта обеспечивает более высокую жесткость и грузоподъемность. В информации о роликовой продукции компании Bosch Rexroth большая площадь контакта каждого ролика связывается с жесткостью, поперечной устойчивостью и грузоподъемностью.
Роликовые изделия подходят для больших нагрузок, значительных режущих усилий и жестких ограничений по прогибу. Они могут стоить дороже и требуют тщательного монтажа. Конструкция на шариковых подшипниках часто обеспечивает оптимальный баланс между скоростью, ценой и точностью при средних нагрузках.
| Конструктивная особенность | Дизайн мяча | Роликовые линейные направляющие |
|---|---|---|
| Контактный элемент | Шарикоподшипники | Ролики |
| Трение | Очень низкий | Низкий |
| Скорость | Часто отлично | От хорошего до отличного |
| Жесткость | Высокий | Очень высокий |
| Наилучшее применение | Общие вопросы ЧПУ и погрузочно-разгрузочных работ | Интенсивная резка и высокая нагрузка |
| Типичная стоимость | Нижний | Выше |
Правильный выбор зависит от усилия, рабочего цикла, скорости и допустимого значения прогиба. Более крупная деталь не всегда является лучшим выбором.
Какие бывают типы линейных направляющих?
Термин «различные типы линейных направляющих» охватывает несколько семейств. Каждый тип линейной направляющей предназначен для удовлетворения определённой потребности.
В этих изделиях используются профилированные стальные направляющие и рециркуляционные блоки. Они отличаются высокой точностью, хорошей устойчивостью к крутящим моментам и способностью выдерживать нагрузки в различных направлениях, что делает их подходящими для оборудования с ЧПУ и роботов.
Поддерживаемые системы с круглым валом
В системах SBR и TBR используется круглый вал, опирающийся на алюминиевую основу. По валу перемещается открытый блок. Эти направляющие отличаются экономичностью и подходят для деревообрабатывающего оборудования, легких станков с ЧПУ, а также для систем с умеренной точностью и большим ходом.
Закаленный вал может работать с линейным шарикоподшипником. Такая конструкция хорошо подходит для небольших нагрузок, однако вал без опоры может прогибаться на большом пролете.
Миниатюрная линейная направляющая позволяет сэкономить место и снизить массу подвижных частей в испытательных приборах, небольших роботах и на производстве полупроводников. Несмотря на небольшие размеры направляющих, они по-прежнему требуют аккуратного монтажа и защиты.
Среди специальных вариантов — широкие дорожки качения, коррозионно-стойкие материалы, шарики в сепараторах, измерительные функции и ролики для оборудования, работающего в тяжелых условиях. В обзоре продукции Bosch Rexroth решения с шариками, малогабаритные решения, решения с роликами, решения с кулачковыми роликами и решения на валу представлены отдельно, поскольку их преимущества различаются.
Названия моделей помогают сузить круг поиска, но окончательным критерием остаётся чертеж.
Продукция HGR в области линейных направляющих Используйте профилированную шариковую конструкцию. Она обеспечивает высокую жесткость, хорошую несущую способность в нескольких направлениях и стабильное позиционирование. Линейная направляющая HGR15 может подойти для компактной оси с ЧПУ, однако необходимо дополнительно проанализировать расстояние между направляющими, предварительное натяжение и усилие.
Система SBRs Используйте вал с полной опорой. Такие валы снижают изгиб вала и представляют собой экономически выгодный вариант для больших ходов. В линейной направляющей SBR16 используется вал номинальным диаметром 16 мм, однако высота, ширина блока, шаг отверстий, скорость и усилие по-прежнему имеют значение.
Опорная рейка SBR
Системы TBR использовать аналогичный принцип опорного вала с другой формой блока и схемой крепления. Линейная направляющая TBR16 может подходить для более широкого крепления к столу, но она не является автоматической заменой модели SBR.
Опорная рейка TBR
Продукция MGR подходят для небольших установок, электронных сборочных линий, контрольно-измерительных приборов и легких роботов. Они экономят место, но, как правило, выдерживают меньшую нагрузку, чем модели более крупных размеров.
Миниатюрные линейные направляющие MGR
| Серия | Структура | Основная сильная сторона | Основной лимит | Типичное использование |
|---|---|---|---|---|
| HGR | Профилированная направляющая для шариков | Точность и жесткость | Рост спроса на монтажные работы | Оборудование с ЧПУ и лазерное оборудование |
| EGR | Низкопрофильная шариковая направляющая | Компактная высота | Необходимо проверить размеры | Мелкогабаритное оборудование |
| MGR | Компактный профиль | Небольшой размер | Нижний диапазон нагрузки | Электроника и робототехника |
| SBR | Опорный круглый вал | Стоимость и большой ход | Более низкая жесткость по моменту | Деревообработка с ЧПУ |
| TBR | Опорный вал, чередующийся блок | Широкий диапазон вариантов монтажа | Не являются напрямую взаимозаменяемыми | Общее оборудование |
| Вал | Круглый вал и подшипник | Просто и недорого | Прогиб конструкции с большим пролетом | Световые механизмы |
Наша категория продукции включает в себя следующие варианты для производителей оборудования и дистрибьюторов, которым требуются различные уровни стоимости и производительности.
Грузоподъёмность включает в себя не только статический вес. На блок могут действовать силы, направленные вниз, вверх и в стороны, а также ускорения, удары, моменты наклона, рыскания и крена. Смещённый шпиндель может создавать значительный момент даже при небольшой силе резания.
Размер направляющей — это лишь один из факторов, влияющих на расчет. Длина блока, количество блоков, расстояние между ними, геометрия контакта, предварительная нагрузка и направление монтажа также влияют на результат. В руководстве THK по эквивалентной нагрузке поясняется, что одновременно могут действовать несколько направлений нагрузки, которые необходимо преобразовать в эквивалентную расчетную нагрузку.
Высокая жесткость означает меньшее прогибание под действием силы. Незначительное прогибание помогает снизить вибрацию, погрешности размеров и ухудшение качества поверхности. Предварительная нагрузка позволяет устранить внутренний зазор и повысить жесткость, однако чрезмерная предварительная нагрузка приводит к увеличению сопротивления и нагреву.
Высокая точность включает в себя точность размеров, точность хода, точность позиционирования, повторяемость и параллельность двух направляющих.
Даже самая высококачественная направляющая не сможет исправить слабую раму, неплотное соединение, погнутое основание, некачественную фиксацию винтов или неправильную настройку сервопривода. Точное линейное перемещение обеспечивается только при исправности всей оси в целом.
Каждое применение сопряжено с различными рисками.
Линейные направляющие используются на осях X, Y и Z для перемещения столов, портальных конструкций и шпиндельных головок. Режущее оборудование требует жесткости, а деревообрабатывающие станки — защиты от пыли.
Ось лазера требует быстрого перемещения и стабильной повторяемости. Плазменные и газопламенные станки создают дополнительную пыль, тепло и вибрацию. Конструкторы могут выбрать профилированное решение для обеспечения жесткости или вал с опорой для снижения затрат.
Роботы, транспортные устройства и сборочные линии требуют коротких циклов и предсказуемых движений. Низкое сопротивление снижает нагрузку на двигатель, а компактная конструкция позволяет сэкономить место.
Для этих машин могут потребоваться небольшие размеры, контролируемые частицы, плавное движение и специальные материалы. Условия чистоты диктуют необходимость изменения схемы смазки и уплотнений.
Упаковочное оборудование может выполнять миллионы коротких циклов. При использовании тяжелых приспособлений целесообразно применять ролики, тогда как шариковая конструкция может подойти для более быстрых и легких операций.
Полезное правило очень простое: соотнести продукт с риском, связанным с процессом. Дешёвый вариант обходится дорого, когда его производство прекращается.
Начинайте подбор с самого оборудования, а не с каталога. При работе с заказчиками-производителями оригинального оборудования мы запрашиваем чертежи и условия эксплуатации, прежде чем порекомендовать конкретную модель. Идеальный выбор линейной системы — это баланс между производительностью и стоимостью среди всех линейных систем.
Компания THK определяет номинальный срок службы как расстояние, которое 90% одинаковых узлов могут преодолеть без появления сколов, вызванных усталостью подшипников, при одинаковых условиях эксплуатации. Важную роль также играют способ монтажа, загрязнение, удары и состояние смазки.
| Потребность в оборудовании | Практическая отправная точка |
|---|---|
| Высокая режущая сила | HGR или конструкция с роликами |
| Быстрое серийное производство | Конструкция с профилированными шариками |
| Небольшой прецизионный столик | MGR или другой компактный вариант |
| Длинная ось, чувствительная к затратам | SBR или TBR |
| Простое движение света | Вал и подшипник |
| Запыленная рабочая зона | Герметичный блок и внешняя крышка |
Выбор линейного изделия — это задача проектирования оси. Необходимо учитывать шарико-винтовую пару или зубчатую рейку, крутящий момент двигателя, передаточное число редуктора, монтажную пластину и предполагаемый цикл работы. Направляющая — лишь одна из составляющих проектирования линейной оси, и каждая направляющая должна гармонично взаимодействовать с окружающей конструкцией.
Даже качественная линейная направляющая может выйти из строя на раннем этапе, если основа загрязнена, неровна или не выровнена. Удалите заусенцы, выровняйте основную направляющую, установите вторую направляющую параллельно и затяните болты по порядку.
Не ударяйте по блоку, не пытайтесь силой вставить детали в несовпавшие отверстия и не подвергайте открытую систему воздействию шлифовальной пыли. При необходимости используйте переносной инструмент.
Смазка снижает трение и износ, образует защитную пленку на дорожке качения и способствует предотвращению ржавчины. В рекомендациях THK по эксплуатации в различных условиях указано, что даже герметичные изделия постепенно теряют смазку и требуют технического обслуживания с периодичностью, соответствующей условиям эксплуатации.
Срок службы зависит от пробега, скорости, нагрузки, вибрации, температуры, типа смазки, направления установки, загрязнения, уплотнений и крышек.
Для защиты от пыли установите сильфон, защитный кожух, щетку или систему продувки воздухом. Для охлаждающей жидкости проверьте уплотнения и дренаж. Для защиты от коррозии убедитесь в подходящем материале и покрытии. Фраза “не требует технического обслуживания” не является надежным универсальным заверением.
Привод может соответствовать каталожным характеристикам, но при этом работать неэффективно в условиях дисбаланса вала. Причина может заключаться в том, что винт имеет слишком малый размер, муфта проскальзывает, двигатель не развивает достаточную скорость или монтажная пластина прогибается.
Мы — китайский производитель и поставщик деталей для систем перемещения и передачи движения с ЧПУ. Наши линейные компоненты и другие детали для линейного перемещения рассчитаны на работу в составе согласованной оси. Мы поставляем направляющие, шариковые винты, шаговые и сервоприводы, планетарные редукторы, зубчатые рейки и шестерни, шпиндельные двигатели, а также сопутствующие детали для систем ЧПУ производителям оригинального оборудования и дистрибьюторам по всему миру.
Перед поставкой мы проверяем усилие, момент, ход, скорость, точность, условия эксплуатации, совместимость деталей, состав заказа и повторяемость спроса.
Рассмотрим типичный проект для производителя оригинального оборудования (OEM). Заказчик запрашивает модель HGR15, поскольку она подходит по ширине. Проверив высоту шпинделя, мы обнаруживаем, что увеличение шага между опорами или использование более длинного блока может обеспечить лучший контроль момента, чем применение более крупного размера. Затем мы анализируем шаг резьбы, скорость сервопривода, опоры и муфту. В результате получается более сбалансированная ось.
В описании нашей компании подробно изложена эта модель «из одних рук», которая позволяет сократить объем координационных работ с поставщиками и повысить согласованность технических требований при повторных заказах.
Идеальная линейная направляющая — это не самая дорогая. Это подходящая линейная направляющая, правильно установленная, надлежащим образом защищенная и подобранная с учетом всех характеристик оси.
Первый термин часто обозначает профилированную направляющую с рециркулирующим блоком; второй — подшипник с круглым валом. Профилированная конструкция, как правило, обеспечивает более эффективное сдерживание моментов.
Может ли одна направляющая обеспечивать поддержку всей оси станка?
Иногда. Две колеи, как правило, обеспечивают лучшую устойчивость платформы и контроль момента. Одна широкая колея может подойти при небольшой нагрузке.
Всегда ли конструкция с роликами обеспечивает более высокую точность, чем конструкция с шариками?
Нет. Ролики, как правило, обеспечивают большую жесткость, однако точность также зависит от класса, предварительной натяжки, качества основы, температуры и сборки. Линейные шариковые направляющие всё же могут обеспечивать высокую точность.
Как часто следует доливать смазку?
Универсального интервала не существует. Важную роль играют скорость, пробег, усилие, температура, загрязнение, состояние уплотнений и тип смазки. Следуйте рекомендациям по эксплуатации изделия и проверяйте сопротивление, уровень шума и состояние смазки.
Нет, не напрямую. У них разные конструкции, размеры и характеристики нагрузки. Любое изменение требует пересмотра схемы крепления и эксплуатационных характеристик.
