Линейные направляющие для станка ЧПУ

Линейные направляющие для станка ЧПУ

В фрезерном, плазменном или лазерном станке инструмент либо заготовка перемещается в трёх направлениях: X, Y и Z. Привод на шаговых двигателях, например Nema34, через ременную передачу, винт или рейку толкает подвижную часть, а линейные направляющие задают ей прямую траекторию и принимают на себя вес портала и усилие резания. От направляющих зависят точность обработки, плавность хода и отсутствие люфта.

По сравнению с рычажно шарнирными механизмами и направляющими сложной формы линейные направляющие с подшипниками качения проще, надёжнее и экономичнее. Их собирают из готовых элементов, режут в нужную длину и обслуживают периодической смазкой.

Как устроена линейная направляющая

Направляющая состоит из двух частей: неподвижной опоры (вала или рельса), которая крепится к раме, и подвижной каретки, на которую ставят портал, стол или шпиндельный узел. Внутри каретки по замкнутым дорожкам циркулируют стальные шарики. Они катятся между кареткой и опорой, поэтому трение мало, ход плавный, а ресурс большой.

В каретке профильной направляющей есть торцевые крышки, которые разворачивают шарики на обратный ход, уплотнения и скребки от пыли и стружки, а также маслёнка для смазки. В подшипнике SBR шарики работают в сепараторе внутри алюминиевого корпуса.

Три типа линейных направляющих

Для станков ЧПУ применяют круглые валы, круглые валы на опоре и профильные рельсовые направляющие, каждый тип со своими линейными подшипниками.

Вал без опоры подходит для коротких осей. На длинных осях станка ставят вал на опоре или профильный рельс, потому что они закреплены по всей длине и не прогибаются между точками крепления.

Круглый вал на опоре SBR

Это шлифованный стальной вал, установленный на алюминиевую опору. В основании опоры через равные промежутки сделаны отверстия, через которые она прикручивается к раме. Вал лежит на опоре по всей длине и не провисает даже на осях в несколько метров.

По валу движется открытый линейный подшипник SBR: линейный шариковый подшипник в алюминиевом корпусе с прорезью снизу, через которую проходит опора. Регулировочные винты на корпусе выбирают зазор между подшипником и валом. Удлинённые подшипники с буквой L в маркировке (SBR16LUU, SBR20LUU) содержат два подшипника в одном корпусе и выдерживают большую нагрузку там, где нет места для двух отдельных кареток. Есть и подшипники скольжения с бронзовыми втулками: в них нет шариков и сепаратора.

Размеры в таблице приведены по типовому чертежу SBR. Перед проектированием рамы сверяйте их с чертежом конкретной поставки.

Вал на опоре прощает неточности рамы и обходится дешевле профильного рельса, поэтому его выбирают для станков по дереву, пластику и мягким материалам, плазменных и лазерных станков, плоттеров.

Профильные рельсовые направляющие серии HG

Профильный рельс точнее и жёстче круглого вала. В серии HG, разработанной HIWIN, на рельсе и в каретке есть четыре дорожки дугового профиля. Шарики касаются их под углом 45°, поэтому каретка держит одинаковую нагрузку вниз, вверх и вбок. Дуговой профиль даёт самоустановку: направляющая компенсирует небольшие погрешности монтажа и сохраняет плавный ход.

Рельсы и каретки одного типоразмера взаимозаменяемы, любую каретку можно поставить на любой рельс того же размера. Чтобы поднять грузоподъёмность и жёсткость, на рельс ставят две каретки или удлинённую каретку. Каретки HG выпускает HIWIN и другие производители как аналоги HIWIN в тех же присоединительных размерах. Аналог сверяйте с чертежом поставки, а не только с каталогом HIWIN.

Маркировка кареток и рельсов HG

По маркировке можно понять тип каретки, размер и способ крепления. Например, HGW20CC расшифровывается так: серия HG, каретка с фланцем, типоразмер 20, стандартная длина, крепление сверху или снизу.

Квадратная каретка HGH уже и выше, она подходит для стеснённых узлов. Фланцевая каретка HGW ниже и шире, по данным HIWIN она лучше держит опрокидывающий момент за счёт меньшей высоты и широкой опорной поверхности.

Размеры рельсов HGR15, HGR20 и HGR25

Основные размеры рельсов и рекомендованный момент затяжки болтов по каталогу HIWIN:

Для крепления в чугун и алюминий HIWIN даёт меньшие моменты затяжки: для HG20 588 Н·см в чугун и 441 Н·см в алюминий. Рельс поставляется длиной 4 м и режется в нужный размер.

Как выбрать направляющие для станка

• Размер 15 подходит для лёгких нагрузок: станки по дереву, граверы, лазерные станки, 3D принтеры.
• Размер 20 закрывает лёгкие и средние нагрузки, включая фрезеровку алюминия, меди, латуни и гравировку камня.
• Размер 25 берут для тяжёлых порталов и больших пролётов.
• Вал на опоре SBR16 рассчитан на граверы и лёгкие станки, SBR20 и SBR25 на станки побольше.
• Если не хватает высоты, ставят фланцевую каретку, если нужна большая нагрузка на короткой базе, удлинённую каретку HA или HC.

Классическая схема оси: две параллельные направляющие и по две каретки на каждой. Четыре точки опоры держат портал без перекоса.

Монтаж линейных направляющих

• Одну направляющую выставляют по базовой кромке рамы, вторую по первой, проверяя параллельность по всей длине.
• Болты затягивают динамометрическим ключом с моментом из таблицы, по порядку от одного конца рельса к другому.
• Не снимайте каретку с рельса без монтажной оправки: у кареток без фиксатора шарики высыпаются.
• Стыки составных рельсов на соседних направляющих разносят, чтобы они не совпадали по длине оси.
• После порезки торец рельса или вала зачищают от заусенцев, чтобы каретка надевалась без усилия.

Смазка и обслуживание

Кроме периодической смазки направляющие не требуют сложного ухода. По рекомендации HIWIN перед монтажом каретки заполняют литиевой смазкой, а после установки добавляют смазку через маслёнку каретки через каждые 100 км пробега. Рельс и вал держат чистыми, а пыль и стружку снимают до того, как они попадут под уплотнения. HIWIN рекомендует эксплуатировать направляющие при температуре ниже 100 °C, потому что часть деталей каретки пластиковая.

Признаки износа: появляется люфт, ход становится неравномерным, каретка шумит. В подшипниках SBR люфт выбирают регулировочными винтами, изношенную каретку профильной направляющей меняют на новую того же типоразмера.