Рельсовые направляющие и каретки типа HIWIN для станка ЧПУ

Рельсовые направляющие и каретки для станка ЧПУ

Рельсовая линейная направляющая состоит из профильного рельса и каретки, внутри которой циркулируют шарики. По данным HIWIN коэффициент трения такой пары в 50 раз меньше, чем у направляющей скольжения, а трение покоя мало отличается от трения движения, поэтому стол трогается без проскальзывания. Каретка охватывает рельс и держит нагрузку вверх, вниз и вбок. В паре с точной шарико винтовой передачей это даёт высокую точность позиционирования, долгий ресурс и высокую скорость перемещения.

Ниже разобраны параметры, по которым выбирают рельсовые направляющие серии HG и их аналоги: класс точности, преднатяг, ресурс, требования к монтажной поверхности, защита от пыли и смазка. Цифры приведены по каталогу HIWIN.

Из чего состоит каретка

HIWIN делит устройство каретки HG на три системы:

• система циркуляции: корпус каретки, рельс, торцевые крышки и сепаратор, который удерживает шарики, когда каретку снимают с рельса;
• система смазки: маслёнка или штуцер для подключения централизованной подачи масла;
• система защиты от пыли: торцевые уплотнения, нижнее уплотнение, заглушки отверстий рельса, двойные уплотнения и скребок.

Заглушки закрывают отверстия под болты в рельсе, чтобы в них не набивалась стружка, и ставятся заподлицо с поверхностью рельса, иначе об них будут цепляться уплотнения каретки.

Классы точности

HIWIN выпускает серию HG в пяти классах точности. Класс определяет допуск высоты H от основания рельса до верха каретки и разброс этой высоты между каретками в одном комплекте.

HIWIN советует выбирать класс по точности оборудования, в котором работает направляющая. Рельсы аналоги HIWIN в этом разделе выпускаются в нормальном классе C.

Преднатяг Z0, ZA и ZB

Преднатяг создают шариками увеличенного размера: между шариком и дорожкой появляется отрицательный зазор, люфт исчезает, а жёсткость растёт. По данным HIWIN преднатяг удваивает жёсткость и вдвое уменьшает упругую деформацию под нагрузкой. Величину преднатяга задают в долях динамической грузоподъёмности C каретки.

Для размеров меньше HG20 HIWIN рекомендует преднатяг не выше ZA, чтобы избыточный натяг не сокращал ресурс. Взаимозаменяемые рельсы и каретки выпускают только с преднатягом Z0 и ZA, натяг ZB бывает лишь в подобранных на заводе комплектах.

Радиальная жёсткость каретки в Н/мкм по каталогу HIWIN:

Ресурс: как его считать

Номинальный ресурс L это путь, который пройдут без выкрашивания дорожек 90 % одинаковых направляющих в одинаковых условиях. Для шариковых направляющих HIWIN даёт формулу:

L = (C / P)³ x 50 км, где C динамическая грузоподъёмность каретки, P действующая нагрузка.

Нагрузка входит в формулу в третьей степени. Если нагрузка равна C, ресурс 50 км. Если нагрузку уменьшить вдвое, ресурс вырастет в 8 раз, до 400 км. Перевести километры в часы помогает вторая формула: Lh = L x 1000 / (Ve x 60), где Ve средняя скорость в м/мин. Например, 400 км при средней скорости 10 м/мин дают 667 часов движения. При температуре выше 100 °C, недостаточной твёрдости дорожек и ударах реальный ресурс ниже расчётного.

Грузоподъёмность C в каталоге HIWIN указана для оригинальных кареток. Для аналогов производитель свою грузоподъёмность указывает не всегда, поэтому ресурс аналога по этой формуле можно оценить лишь ориентировочно.

Требования к монтажной поверхности

Благодаря дуговому профилю дорожек направляющая HG прощает небольшие погрешности основания, но только в пределах допусков. Чем выше преднатяг, тем строже требования. По каталогу HIWIN:

P это допуск параллельности базовых поверхностей двух рельсов, S1 допуск разницы высот поверхностей под рельсы. Допуск S1 пропорционален расстоянию между рельсами. Упоры E1 и E2 нужны, чтобы прижать рельс и каретку к базовой кромке, а радиус скругления в углу упора не должен превышать 0.5 мм для HG15 и HG20 и 1 мм для HG25, иначе рельс или каретка упрутся в скругление и встанут с перекосом.

Защита от пыли

Стружка и пыль на рельсе попадают под уплотнения и сокращают ресурс. По коду в маркировке каретки HIWIN видно, какие уплотнения на ней стоят:

Каждое уплотнение добавляет трение и удлиняет каретку. Для станков по дереву и для плазмы с большим количеством пыли полезны скребок и двойные уплотнения, а кроме того гофрозащита или щётки на оси.

Сколько смазки закладывать

При первой набивке каретку заполняют пластичной смазкой в объёме из таблицы, состояние смазки проверяют каждые 100 км пробега или раз в 3...6 месяцев. Для масляной смазки HIWIN рекомендует вязкость 30...150 сСт. В таблице также указано сопротивление одного торцевого уплотнения, которое добавляется к усилию сдвига каретки.

Где применяют рельсовые направляющие

Рельсы и каретки ставят в обрабатывающие центры, токарные станки с ЧПУ, шлифовальные и точные фрезерные станки, оборудование для резки металла, автоматические устройства, транспортное и измерительное оборудование, везде, где нужна высокая точность позиционирования. В станках ЧПУ для дерева, пластика, алюминия и камня рельсовые направляющие заменяют валы на опоре, когда нужна большая жёсткость и точность.