Рейкові направляючі та каретки типу HIWIN для верстата ЧПУ

Рейкові направляючі та каретки для верстата ЧПУ

Рейкова лінійна направляюча складається з профільної рейки та каретки, усередині якої циркулюють кульки. За даними HIWIN коефіцієнт тертя такої пари в 50 разів менший, ніж у направляючої ковзання, а тертя спокою мало відрізняється від тертя руху, тому стіл рушає без проковзування. Каретка охоплює рейку й тримає навантаження вгору, вниз і вбік. У парі з точною кульково гвинтовою передачею це дає високу точність позиціювання, довгий ресурс і високу швидкість переміщення.

Нижче розібрано параметри, за якими вибирають рейкові направляючі серії HG та їхні аналоги: клас точності, попередній натяг, ресурс, вимоги до монтажної поверхні, захист від пилу й змащування. Цифри наведено за каталогом HIWIN.

З чого складається каретка

HIWIN ділить будову каретки HG на три системи:

• система циркуляції: корпус каретки, рейка, торцеві кришки й сепаратор, який утримує кульки, коли каретку знімають з рейки;
• система змащування: маслянка або штуцер для підключення централізованої подачі масла;
• система захисту від пилу: торцеві ущільнення, нижнє ущільнення, заглушки отворів рейки, подвійні ущільнення й скребок.

Заглушки закривають отвори під болти в рейці, щоб у них не набивалася стружка, і ставляться врівень з поверхнею рейки, інакше за них чіплятимуться ущільнення каретки.

Класи точності

HIWIN випускає серію HG у п’яти класах точності. Клас визначає допуск висоти H від основи рейки до верху каретки та розкид цієї висоти між каретками в одному комплекті.

HIWIN радить вибирати клас за точністю обладнання, в якому працює направляюча. Рейки аналоги HIWIN у цьому розділі випускаються в нормальному класі C.

Попередній натяг Z0, ZA і ZB

Попередній натяг створюють кульками збільшеного розміру: між кулькою та доріжкою з’являється від’ємний зазор, люфт зникає, а жорсткість зростає. За даними HIWIN натяг подвоює жорсткість і вдвічі зменшує пружну деформацію під навантаженням. Величину натягу задають у частках динамічної вантажопідйомності C каретки.

Для розмірів, менших за HG20, HIWIN рекомендує натяг не вище ZA, щоб надмірний натяг не скорочував ресурс. Взаємозамінні рейки й каретки випускають лише з натягом Z0 і ZA, натяг ZB буває тільки в підібраних на заводі комплектах.

Радіальна жорсткість каретки в Н/мкм за каталогом HIWIN:

Ресурс: як його рахувати

Номінальний ресурс L це шлях, який пройдуть без викришування доріжок 90 % однакових направляючих в однакових умовах. Для кулькових направляючих HIWIN дає формулу:

L = (C / P)³ x 50 км, де C динамічна вантажопідйомність каретки, P чинне навантаження.

Навантаження входить у формулу в третьому степені. Якщо навантаження дорівнює C, ресурс 50 км. Якщо навантаження зменшити вдвічі, ресурс зросте у 8 разів, до 400 км. Перевести кілометри в години допомагає друга формула: Lh = L x 1000 / (Ve x 60), де Ve середня швидкість у м/хв. Наприклад, 400 км за середньої швидкості 10 м/хв дають 667 годин руху. За температури понад 100 °C, недостатньої твердості доріжок і ударів реальний ресурс нижчий за розрахунковий.

Вантажопідйомність C у каталозі HIWIN наведено для оригінальних кареток. Для аналогів виробник свою вантажопідйомність указує не завжди, тому ресурс аналога за цією формулою можна оцінити лише орієнтовно.

Вимоги до монтажної поверхні

Завдяки дуговому профілю доріжок направляюча HG пробачає невеликі похибки основи, але лише в межах допусків. Що вищий натяг, то суворіші вимоги. За каталогом HIWIN:

P це допуск паралельності базових поверхонь двох рейок, S1 допуск різниці висот поверхонь під рейки. Допуск S1 пропорційний відстані між рейками. Упори E1 і E2 потрібні, щоб притиснути рейку й каретку до базової кромки, а радіус заокруглення в куті упору не має перевищувати 0.5 мм для HG15 і HG20 та 1 мм для HG25, інакше рейка або каретка впруться в заокруглення й стануть з перекосом.

Захист від пилу

Стружка й пил на рейці потрапляють під ущільнення та скорочують ресурс. За кодом у маркуванні каретки HIWIN видно, які ущільнення на ній стоять:

Кожне ущільнення додає тертя й подовжує каретку. Для верстатів по дереву й для плазми з великою кількістю пилу корисні скребок і подвійні ущільнення, а крім того гофрозахист або щітки на осі.

Скільки мастила закладати

Під час першого набивання каретку заповнюють пластичним мастилом в об’ємі з таблиці, стан мастила перевіряють кожні 100 км пробігу або раз на 3...6 місяців. Для масляного змащування HIWIN рекомендує в’язкість 30...150 сСт. У таблиці також наведено опір одного торцевого ущільнення, який додається до зусилля зсуву каретки.

Де застосовують рейкові направляючі

Рейки й каретки ставлять в обробні центри, токарні верстати з ЧПУ, шліфувальні й точні фрезерні верстати, обладнання для різання металу, автоматичні пристрої, транспортне й вимірювальне обладнання, скрізь, де потрібна висока точність позиціювання. У верстатах ЧПУ для дерева, пластику, алюмінію й каменю рейкові направляючі замінюють вали на опорі, коли потрібна більша жорсткість і точність.