Круглий вал на опорі SBR для верстата ЧПУ
Вал на опорі SBR це лінійна направляюча зі шліфованого круглого вала й алюмінієвої опори, на якій вал лежить по всій довжині. Опора кріпиться до рами верстата, а валом ходять відкриті лінійні підшипники SBR. Каретки ставлять одинарні або спарені по довжині, кульки в них циркулюють замкненими доріжками, тому опір руху малий, а знос невеликий.
Нижче розібрано, як вал з’єднаний з опорою, навіщо взагалі потрібна опора й наскільки гнеться вал без неї, як вибрати діаметр, розрахувати довжину вала, підготувати відрізок після порізки й виставити два вали паралельно.
Як влаштований вал на опорі
Опора SBR це алюмінієвий профіль з вертикальною стінкою та двома полицями внизу. Вал лежить на верхній кромці стінки й притягнутий до неї знизу гвинтами, які проходять крізь опору та вкручуються в різьбові отвори вала. За кресленнями SBR16 і SBR20 це гвинти M5 із кроком 150 мм.
Полиці опори завтовшки 5 мм мають отвори Ø5.5 мм під болти M5, якими опору прикручують до рами. У SBR16 отвори в полицях рознесені по ширині на 30 мм. Стінка опори вузька, тому її пропускає проріз у корпусі відкритого підшипника, і каретка проходить вал від торця до торця, не зачіпаючи кріплення.
Навіщо валу опора: розрахунок прогину
Вал без опори закріплений лише по кінцях і під навантаженням гнеться як балка. Прогин посередині прольоту рахують за формулою f = F x L³ / (48 x E x I), де I = π x d⁴ / 64 це момент інерції круглого перерізу. Для сталевого вала з модулем пружності E = 210 ГПа та сили F = 500 Н посередині прольоту виходить:
| Вал без опори | Проліт 500 мм | Проліт 1000 мм |
|---|
| Ø12 мм | 6.09 мм | 48.73 мм |
| Ø16 мм | 1.93 мм | 15.42 мм |
| Ø20 мм | 0.79 мм | 6.32 мм |
Розрахунок не враховує власну вагу вала, тому реальний прогин довгого вільного вала ще більший. Видно, що при подвоєнні прольоту прогин зростає у 8 разів, а при переході з Ø16 на Ø20 мм зменшується у 2.44 раза, бо жорсткість пропорційна четвертому степеню діаметра.
Вал на опорі передає навантаження на опору й раму по всій довжині та не провисає між точками кріплення. Тому довгу вісь верстата роблять на валу з опорою, а точність осі визначає рівність рами, до якої опору прикручено.
Який діаметр вибрати
- SBR12: короткі осі й компактні вузли з невеликим навантаженням, невеликі гравери. На сайті продається відрізком 250 мм, під підшипник SBR12UU.
- SBR16 (SA16): гравери й верстати для дерева та пластику з відносно невеликими навантаженнями. Підшипники SBR16UU і SBR16LUU.
- SBR20 (SA20): середні навантаження, верстати для дерева, пластику й алюмінію. Підшипники SBR20UU і SBR20LUU.
Якщо навантаження на вісь велике або потрібна висока точність, замість круглого вала ставлять профільну рейкову направляючу.
Як розрахувати довжину вала
Довжина вала дорівнює робочому ходу осі плюс довжина пакета кареток, тобто відстань від зовнішнього торця першої каретки до зовнішнього торця останньої. Зверху додають запас під упори й кінцеві вимикачі. Приклад для ходу 1000 мм і двох кареток SBR20UU з проміжком 100 мм:
| Доданок | Значення |
|---|
| Робочий хід осі | 1000 мм |
| Перша каретка SBR20UU, довжина L | 50 мм |
| Проміжок між каретками | 100 мм |
| Друга каретка SBR20UU, довжина L | 50 мм |
| Разом без запасу | 1200 мм |
До 1200 мм додайте місце під упори з обох кінців. Що далі рознесені каретки, то краще стіл опирається перекосу, але то довший потрібен вал за того самого ходу.
Порізка й підготовка торців
Вали SBR16 і SBR20 постачаються заготовками 4000 мм і продаються кратно 1 м, відрізки під довжину осей отримують порізкою. Порізка болгаркою виконується з точністю 1 мм, ширина різу 1...1.5 мм іде у стружку, тому під час розкрою однієї заготовки на кілька відрізків її враховують у розрахунку залишку.
Після порізки на торці вала залишаються задирки й окалина. Їх знімають напилком і притуплюють гостру кромку вала, щоб під час надягання каретки не пошкодити ущільнення й кульки. Каретку надягають на вал із торця, без перекосу й без зусилля.
Монтаж двох валів на раму
- Підготуйте рівну опорну поверхню рами й очистьте її від стружки та фарби.
- Перший вал прикрутіть болтами M5 через отвори опори, виставивши його за лінійкою або натягнутою струною.
- Другий вал поставте на потрібній відстані й затягніть болти злегка.
- Установіть стіл на каретки обох валів, проженіть його по всій довжині й затягуйте болти другого вала по ходу стола: каретки самі виставлять вал паралельно першому.
- Перевірте, що стіл іде по всій довжині плавно й без заїдань, а відстань між валами однакова в кількох точках.
Де застосовують вали на опорі
Система з вала на опорі й лінійних підшипників SBR застосовується у верстатах з ЧПУ: фрезерних, плазморізальних, лазерних, а також у плотерах, 3D принтерах і вимірювальному обладнанні. У машинобудуванні її ставлять там, де потрібне лінійне переміщення й точне позиціювання за помірної ціни вузла.
