Конструктивные типы направляющих фрезерного станка и их влияние на качество обработки
Опубликовано: 23.03.2019
Линейными направляющими фрезерного станка с ЧПУ называют опоры, на которых закреплён и вдоль которых возвратно-поступательно перемещается инструментальный портал. В целом, линейные направляющие аналогичны классическим подшипникам, но в отличие от них совершают не вращательное, а прямолинейное движение (что и отражено в названии). В технике линейные подшипники используются очень широко и являются составной частью большого числа машин и механизмов, в частности обрабатывающих станков.
Мастер-класс: вакуумное литье в силиконовые формы - литье пластика
Линейные направляющие современного станка с ЧПУ являются очень ответственным узлом, влияющим на скорость и точность обработки, затрачиваемую на техпроцесс мощность, а также долговечность станочного оборудования в целом. В связи с этим, к направляющим весьма строго предъявляются конструктивные требования, призванные обеспечить:
высокую жёсткость (независимо от собственной длины); низкий коэффициент трения; отсутствие деформаций, как статических, так и в процессе приложения динамической нагрузки; отсутствие деформаций от нагрева в процессе работы; низкий износ/изменение размеров в течение длительного периода эксплуатации; малую чувствительность к загрязнению; как можно меньшую потребность в смазке (и соответственно, зависимость от качества и чистоты смазки); минимальное влияние на суммарную погрешность инструмента; защиту компонентов оборудования от катастрофических повреждений в случае собственной поломки.Для выполнения этих — в целом, противоречивых — требований разработан целый ряд конструктивных типов направляющих, имеющих свои сильные и слабые стороны.
В общем случае, все конструктивные типы направляющих можно разделить на работающие в условиях трения качения или в условиях трения скольжения.
Первый тип представляет собой продольную балку (швеллер или рельсу) со специально обработанной поверхностью — отшлифованной и закалённой. На этот рельс устанавливается подвижная каретка, свободное перемещение которой обеспечивается за счёт наличия обоймы шариков (или роликов) — аналогично конструкции шарикоподшипника. Такая система обеспечивает очень низкий коэффициент трения при высокой несущей способности. В случае необходимости, блок шариков может смазываться через специальную масляную форсунку, а защита от внешней среды (пыли, стружки и пр.) осуществляется резиновыми уплотнителями-шторками. Для высоконагруженных станков используются специальные рельсовые направляющие, детали которых дополнительно подвергаются физико-химической обработке (закалке, азотированию и т. п.).
Направляющие второго типа, как правило, выполняются в виде круглого вала, на который одевается скользящая втулка (сплошная или разрезная). В свою очередь втулка является непосредственной частью сопрягаемого корпуса, т. е. инструментального портала. Такая конструкция обеспечивает приемлемую жёсткость только в условиях небольших нагрузок, зато отличается широким спектром размеров (диаметр несущего вала может составлять от 3 до 60 мм) и вариантами конструктивного исполнения (открытые, закрытые, парные, регулируемые и т. п.).
Влияние на техпроцесс
Каждый тип направляющих имеет свои сильные и слабые стороны. Меньшие потери на трение, а, следовательно, большую точность позиционирование и скорость перемещения инструмента обеспечивают линейные направляющие. Однако цена их существенно выше.
Круглые направляющие более просты и надёжны, но отличаются меньшей грузоподъёмностью — при повышении нагрузки возрастают потери на трение, нагрев и резко уменьшается ресурс узла. Поэтому данный тип направляющих применяется в основном для фрезерных станков «младших» серий. Напротив, в больших станках, где требуется безотказная работа и сохранение высокого качества фрезерования даже при длительной эксплуатации на предельных режимах, как правило, используются рельсовые направляющие.
Основными производителями направляющих являются тайваньская фирма «PMI-AMT», совместное предприятие «HIWIN» (Тайвань и Германия) и японская компания «THK». Большинство современных фрезерных станков с ЧПУ комплектуется как круглыми, так и рельсовыми направляющими именно этих, отлично зарекомендовавших себя на протяжении многих лет, производителей.