О цилиндрических направляющих
Сегодня линейные или цилиндрические направляющие являются основными видами направляющих, активно использующихся для организации работы высокоскоростных станков и центров обработки, имеющих программное управление.
Цилиндрические направляющие имеют сравнительно простую схему работы, основанную на взаимодействии цилиндрической или призматической направляющей с телами качения. Последние организуют движение каретки посредством движения фасонных роликов или роликового или шарикового тела качения. В результате правильной работы механизма получается суппорт или стол станка-автомата. Направляющие могут функционировать путем скольжения и качения, что по своей сути схоже с подшипником вращения.
Каждое предприятие предъявляет особые требования к направляющим в зависимости от того, какие свойства работы актуальные для той или иной работы. Например, направляющие, встроенные в систему транспортировки, должны быть высокоскоростными и точными. Более жестким должно быть оборудование в сфере измерений и металлорезки. Для того, чтобы оборудование идеально справлялось со своей задачей необходимо подобрать системы с правильными параметрами. Вполне рациональное решение получить грамотную консультацию специалиста. Кроме того, даже если вы считаете, что ни один из типов направляющих не может идеально справиться с поставленной задачей, к каждой направляющей специалист может подобрать подходящую программу принадлежностей.
У каждого типа направляющих имеются отдельные свойства, которые и выделяют ее среди других типов и позволяют использовать для оптимизации работы конкретных конструкций в определенных условиях работы. Сложно говорить о том, каких именно правил нужно придерживаться, чтобы выбрать подходящую направляющую: чаще всего это сочетание конкретных факторов, будь то нагрузка, ускорение, скорость, ход, монтаж, воздействие температур, вибраций и пр.
Линейные направляющие качения могут быть профильными (рельсовыми), круглыми, цилиндрическими на профиле, плоский профиль направляющих или на ходовых роликах, устройствами для линейного перемещения с приводом. Существуют также отдельные направляющие, которые используются для работы в ограниченном рабочем пространстве (такое характерно для точной механики и мехатроники). Тогда применяются миниатюрные направляющие, имеющие малые габариты и трение, большую грузоподъемность. В таких устройствах возможна циркуляция тел качения или плоский сепаратор.
В комплектацию направляющих входят каретка (линейный блок), рельс или цилиндрический и подшипник вал линейного типа. Для того, чтобы устройство с приводом, предназначенное для линейного перемещения, функционировало необходима одно- или многокоординатная система, содержащая линейные направляющие, электромеханический привод и систему управления.
Линейные направляющие главным образом отвечают за неограниченное перемещение по фиксированным опорам. Если направляющая имеет плоский сепаратор, то благодаря свойствам кинематики направляющие могут применяться в случаях, когда диапазоны перемещений ограничены. Подшипники способны воспринять моменты, создающиеся по всей оси, и силу, возникающую по всем направлениям. Если направляющие круглые и имеют линейные подшипники, то они способны воспринять нагрузки по двум направлениям. Некоторые же виды подшипников линейного типа способны компенсировать перекосы вала. Чаще всего направляющие имеют установленный предтяг или производитель предполагает, что его можно будет регулировать во время использования. Это необходимо для того, чтобы в работе достигалась точность и жесткость, даже при использовании конструкций со строгими показателями точности.
Для того, чтобы установить типоразмер направляющей, необходимо для начала определить тип и величину нагрузки. Также покупатель должен знать, какое оборудование ему нужно в соответствии с показателями надежности и срока службы. В большинстве практик при условии, что размер подшипников будет одинаковым, роликовые подшипники работают с более высокой нагрузкой в отличие от подшипников с шариками. Аналогичное правило для линейных направляющих: шариковые используются при работе с малыми, средними нагрузками и высокодинамичными перемещениями. Роликовые же предназначены для больших нагрузок. Если необходимо воспринимать очень высокие нагрузки, то лучше отдать предпочтение направляющим с плоским сепаратором, с циркуляцией роликов и линейными опорами качения.
Линейная направляющая скольжения функционирует за счет скольжения подвижной части системы по валу или рельсу, находящимся в неподвижности. Антифрикционный слой может наноситься на фиксированную или подвижную деталь – это определяет тип направляющей. За смазывание отвечают смазки, которые содержит антифрикционный материал.
Линейные направляющие скольжения также организуют неограниченное перемещение по фиксированным линейным опорам. Они могут быть нескольких видов: миниатюрные направляющие скольжения, линейные подшипники скольжения, имеющие антифрикционное покрытие INA, круглые направляющие, M/V – направляющие. В комплектацию миниатюрных направляющих скольжения входит рельс-каретка с антифрикционным покрытием, не нуждающимся в обслуживании. Линейный подшипник состоит из круглой направляющей втулки с антифрикционным покрытием, которая также не требует частого обслуживания и располагается в корпусе из алюминия. M/V–направляющие представляют собой систему рельсов, где поверхность скольжения в некоторых местах состоит из антифрикционных накладок. Основные особенности направляющих скольжения – это малое трение, высокая статическая грузоподъемность, нечувствительность к попаданию грязи и ударам, отсутствие шумового загрязнения, работа без заеданий. Если оборудование не предполагает обслуживание, то его не нужно смазывать – это особенно актуально для работы во внештатных условиях. Специфические свойства данного типа направляющих определяют их широкую сферу применения: отсутствие необходимости обслуживания значительно расширяет границы использования и упрощают процесс эксплуатации.
Срок эксплуатации определяется нагрузкой, скоростью, ускорением, температурой, а также временем использования и рядом других факторов. Однако всегда стоит обращать внимание на уровень загрязнения и коррозии, если оборудование работает без смазки. Если же смазки недостаточно, то она может скатываться. Степень долговечности у всех направляющих индивидуальна. Это обусловлено также и внешними воздействиями, выявить которые можно только в процессе эксплуатации.
В целом можно выявить очевидные преимущества линейных направляющих качения:
— передвижение осуществляется с высокой точностью;
— потери на трении находятся на низком уровне, что снижает негативное воздействие на работу системы сил трения;
— в системе отсутствуют зазоры и есть возможность создания преднатяга;
— все элементы соединения и подвижные сопряжения имеют высокую жесткость;
— передвижение и ускорение осуществляется на высокой скорости;
Однако существуют и некоторые недостатки данного вида направляющих, которые также стоит учитывать.
— производство с использованием линейных направляющих качения трудозатратно и имеет высокую стоимость, что, конечно, влияет на стоимость оборудования;
— возможность загрязнения;
— статическое состояние отмечается низким уровнем демпфирования.
Как говорилось ранее, важную роль в работе линейных направляющих играют подшипники и валы различных типов. В зависимости от рабочих характеристик существует большое количество видов валов и подшипников. Наибольшее распространение получили вал — SF и SFC, валы на профиле — SBS и TBS. SF – прецизионный вал, материалом для создания которого служит высокоуглеродистая подшипниковая сталь, поверхность также может дополнительно обрабатываться, шлифуется. Вал SFC отличается хромированным покрытием. Важным элементом является опора из алюминия. SBS и TBS имеют комплектацию рельс-вал, где соединяется рельс из алюминия и вал. Также осуществляется комбинация с открытым корпусом из алюминия. Основным материалом для вала является высококачественная сталь, имеющая отшлифованную закаленную поверхность. Таким образом получается высокоточный элемент с твердой поверхностью. Это необходимо для увеличения жесткости. Валы необходимо подбирать в зависимости от особенностей среды, в которой используется элемент. Например, для того, чтобы защитить направляющие от коррозии, которую может вызывать химически активная среда, элементы необходимо подвергать хромированию. Точность валов колеблется между h6 и h7 в диаметре. Индукционная закалка обеспечивает равномерность твердости по всей поверхности, шлифовка же придает точность размеру.
Подшипники также имеют свою классификацию в зависимости от предназначения и общих характеристик. Модуль SC представляет собой подшипник в корпусе имеет стандартную длину, четыре монтажных отверстия и не содержит фланец. Подшипники в корпусе открытого типа для вала на профиле относятся к сериям SBR и TBR. Они используются с направляющими на опоре, основное отличие между двумя подшипниками состоит в отсутствии фланца у SBR. Шариковые втулки LM, LMK и LMF применяются как подшипники качения в линейных системах перемещения. Серия LM относится к классическому варианту подшипников. Две другие серии оснащены квадратным или круглым фланцем.
Ранее западные разработки в области цилиндрических направляющих шагнули далеко вперед по сравнению с предприятиями, расположенными на территории постсоветских стран. Это привело к тому, что большая часть поставок данного оборудования шла с Запада. Несмотря на то, что сейчас можно найти направляющие отечественного производства, лидерами в этой области остаются зарубежные предприятия. В частности ТНК КО – компания, расположенная в Японии и специализирующаяся на разработке и изготовлении линейных направляющих качения, основу работы которых составляют циркулирующие ролики и шарики. Азиатским конкурентом японского производителя является корейская компания SBC Lineral CO. В Европе лидирующие позиции занимает Schaeffler KG, расположенная в Германии. Представительства этой компании сейчас расположены во всех крупных городах Восточной Европы: Москве, Киеве, Минске, Риге, Вильнюсе. В России же это направление деятельности активно развивается Липецким станкозаводом.
Наиболее положительные отзывы получают линейные направляющие от производителя Schaeffler KG. Они просты в использовании, нетрудозатратны, имеют фасонные ролики. Несущая шина имеет специальные скалки в форме лилиндра, которые и образуют направляющую с перемещающейся по ней кареткой с фасонными роликами. Сегодня на предприятии Schaeffler KG осуществляется производство 7 типов цилиндрических направляющих. Основные различия между ними состоят в особенностях конструкции, диаметре скалок и расстоянии между их осями.
