Лінійні направляючі для верстата ЧПУ

Лінійні направляючі для верстата ЧПУ

У фрезерному, плазмовому чи лазерному верстаті інструмент або заготовка переміщується в трьох напрямках: X, Y і Z. Привід на крокових двигунах, наприклад Nema34, через пасову передачу, гвинт або рейку штовхає рухому частину, а лінійні направляючі задають їй пряму траєкторію і беруть на себе вагу порталу та зусилля різання. Від направляючих залежать точність обробки, плавність ходу й відсутність люфту.

Порівняно з важільно шарнірними механізмами та направляючими складної форми лінійні направляючі з підшипниками кочення простіші, надійніші й економніші. Їх збирають із готових елементів, ріжуть у потрібну довжину й обслуговують періодичним змащуванням.

Як влаштована лінійна направляюча

Направляюча складається з двох частин: нерухомої опори (вала або рейки), яку кріплять до рами, і рухомої каретки, на яку ставлять портал, стіл або шпиндельний вузол. Усередині каретки замкненими доріжками циркулюють сталеві кульки. Вони котяться між кареткою та опорою, тому тертя мале, хід плавний, а ресурс великий.

У каретці профільної направляючої є торцеві кришки, які розвертають кульки на зворотний хід, ущільнення та скребки від пилу й стружки, а також маслянка для змащування. У підшипнику SBR кульки працюють у сепараторі всередині алюмінієвого корпусу.

Три типи лінійних направляючих

Для верстатів ЧПУ застосовують круглі вали, круглі вали на опорі та профільні рейкові направляючі, кожен тип зі своїми лінійними підшипниками.

Вал без опори підходить для коротких осей. На довгих осях верстата ставлять вал на опорі або профільну рейку, бо вони закріплені по всій довжині й не прогинаються між точками кріплення.

Круглий вал на опорі SBR

Це шліфований сталевий вал, встановлений на алюмінієву опору. В основі опори через рівні проміжки зроблено отвори, через які її прикручують до рами. Вал лежить на опорі по всій довжині й не провисає навіть на осях у кілька метрів.

Валом рухається відкритий лінійний підшипник SBR: лінійний кульковий підшипник в алюмінієвому корпусі з прорізом знизу, крізь який проходить опора. Регулювальні гвинти на корпусі вибирають зазор між підшипником і валом. Подовжені підшипники з літерою L у маркуванні (SBR16LUU, SBR20LUU) містять два підшипники в одному корпусі й витримують більше навантаження там, де немає місця для двох окремих кареток. Є й підшипники ковзання з бронзовими втулками: у них немає кульок і сепаратора.

Розміри в таблиці наведено за типовим кресленням SBR. Перед проєктуванням рами звіряйте їх із кресленням конкретної поставки.

Вал на опорі пробачає неточності рами й коштує дешевше за профільну рейку, тому його обирають для верстатів по дереву, пластику та м’яких матеріалах, плазмових і лазерних верстатів, плотерів.

Профільні рейкові направляючі серії HG

Профільна рейка точніша й жорсткіша за круглий вал. У серії HG, розробленій HIWIN, на рейці та в каретці є чотири доріжки дугового профілю. Кульки торкаються їх під кутом 45°, тому каретка тримає однакове навантаження вниз, угору і вбік. Дуговий профіль дає самовстановлення: направляюча компенсує невеликі похибки монтажу й зберігає плавний хід.

Рейки та каретки одного типорозміру взаємозамінні, будь-яку каретку можна поставити на будь-яку рейку того самого розміру. Щоб підняти вантажопідйомність і жорсткість, на рейку ставлять дві каретки або подовжену каретку. Каретки HG випускає HIWIN та інші виробники як аналоги HIWIN у тих самих приєднувальних розмірах. Аналог звіряйте з кресленням поставки, а не лише з каталогом HIWIN.

Маркування кареток і рейок HG

За маркуванням можна зрозуміти тип каретки, розмір і спосіб кріплення. Наприклад, HGW20CC розшифровується так: серія HG, каретка з фланцем, типорозмір 20, стандартна довжина, кріплення зверху або знизу.

Квадратна каретка HGH вужча й вища, вона підходить для тісних вузлів. Фланцева каретка HGW нижча й ширша, за даними HIWIN вона краще тримає перекидний момент завдяки меншій висоті та широкій опорній поверхні.

Розміри рейок HGR15, HGR20 і HGR25

Основні розміри рейок і рекомендований момент затягування болтів за каталогом HIWIN:

Для кріплення в чавун і алюміній HIWIN дає менші моменти затягування: для HG20 588 Н·см у чавун і 441 Н·см в алюміній. Рейка постачається довжиною 4 м і ріжеться в потрібний розмір.

Як вибрати направляючі для верстата

• Розмір 15 підходить для легких навантажень: верстати по дереву, гравери, лазерні верстати, 3D принтери.
• Розмір 20 закриває легкі й середні навантаження, зокрема фрезерування алюмінію, міді, латуні та гравіювання каменю.
• Розмір 25 беруть для важких порталів і великих прольотів.
• Вал на опорі SBR16 розрахований на гравери та легкі верстати, SBR20 і SBR25 на більші верстати.
• Якщо бракує висоти, ставлять фланцеву каретку, якщо потрібне велике навантаження на короткій базі, подовжену каретку HA або HC.

Класична схема осі: дві паралельні направляючі й по дві каретки на кожній. Чотири точки опори тримають портал без перекосу.

Монтаж лінійних направляючих

• Одну направляючу виставляють по базовій кромці рами, другу по першій, перевіряючи паралельність по всій довжині.
• Болти затягують динамометричним ключем з моментом із таблиці, по черзі від одного кінця рейки до іншого.
• Не знімайте каретку з рейки без монтажної оправки: у кареток без фіксатора кульки висипаються.
• Стики складених рейок на сусідніх направляючих розносять, щоб вони не збігалися по довжині осі.
• Після порізки торець рейки або вала зачищають від задирок, щоб каретка надягалася без зусилля.

Змащування та обслуговування

Крім періодичного змащування направляючі не потребують складного догляду. За рекомендацією HIWIN перед монтажем каретки заповнюють літієвим мастилом, а після встановлення додають мастило через маслянку каретки через кожні 100 км пробігу. Рейку й вал тримають чистими, а пил і стружку знімають до того, як вони потраплять під ущільнення. HIWIN рекомендує експлуатувати направляючі за температури нижче 100 °C, бо частина деталей каретки пластикова.

Ознаки зносу: з’являється люфт, хід стає нерівномірним, каретка шумить. У підшипниках SBR люфт вибирають регулювальними гвинтами, зношену каретку профільної направляючої замінюють новою того самого типорозміру.