Объяснение конструкции жесткой направляющей
Жесткой направляющая — это часть станка, которая обрабатывается (или отливается и шлифуется) в основании станка. Это также может быть сделано на колонне, суппорте или столе. Когда они соединяются, соприкасающиеся поверхности ползуна и направляющей образуют большую прямоугольную площадь контакта. После черновой обработки направляющая закаливают высокочастотной или сверхвысокочастотной закалкой до твердости выше HRC 50. Затем ее шлифуют или скребут вручную, чтобы сделать прямой и ровной.
Поскольку рельс и отливка являются либо одним цельным элементом, либо соединены болтами, площадь контакта большая, что обеспечивает отличную жесткость на изгиб и демпфирование. Движение создается за счет трения, которое возникает, когда две поверхности скользят друг по другу. Масло создает масляную пленку между поверхностями, а давление воды (статическое или динамическое) поддерживает нагрузку.
Объяснение конструкции по линейной направляющей
Линейная направляющая — это тип роликовой направляющей, которая производится компаниями, специализирующимися на изготовлении деталей для машин. Комплект состоит из сплава, называемого закаленной сталью, часто полированной, и рециркулирующего каретки, называемой блоком. Внутри блока находятся шарикоподшипники или цилиндрические ролики, которые движутся по кругу. При движении этого металлического блока ролики перемещаются между зоной нагрузки и обратным каналом, переходя от скольжения к качению, чтобы уменьшить трение.
Линейные рельсы крепятся болтами к литью машины. Это позволяет выравнивать, подкладывать прокладки, предварительно нагружать или заменять их без разборки машины. Площади контакта качения меньше, чем у коробчатых направляющих, поэтому общая жесткость зависит от размера подшипника, предварительной нагрузки и расстояния между параллельными рельсами. Однако современные роликовые направляющие могут выдерживать удивительно высокие статические и динамические нагрузки.
Показатели производительности: точность, скорость, нагрузка и жесткость
Точность и точность – жесткие направляющие и линейные направляющие
Жесткие направляющие могут быть очень точными, если на них имеется стабильная масляная пленка и направляющая поверхность правильно отшлифована вручную. Однако они могут иногда заклинивать и проскальзывать (процесс, называемый «фрикционное трение»), если смазка не идеальна или если объект начинает движение из состояния покоя. Это заклинивание может затруднить измерение небольших изменений уровня, особенно после длительного использования.
Линейные направляющие значительно снижают вероятность заклинивания или проскальзывания. При предварительной нагрузке каретки зазор уменьшается, но трение качения остается неизменным. Современные роликовые направляющие обычно обеспечивают повторяемость ±5 нм на 1 мм на коммерческих вертикальных обрабатывающих центрах (VMC). Однако вручную зачищенные жесткие направляющие могут смещаться до ±10 нм по мере износа, если их не зачищать регулярно.
Скоростные характеристики — какая направляющая движется быстрее?
Текучие элементы могут снизить коэффициент трения с примерно 0,1 (для плавного скольжения в масле) до примерно 0,003–0,005. Это означает, что эти направляющие могут двигаться очень быстро, со скоростью более 60 миллиметров в минуту, на обычных направляющих, но направляющие могут выдерживать только те уровни нагрузки, которые они могут выдержать без поломки. Машины с жесткими направляющими обычно ограничиваются скоростью 15–25 м/мин, чтобы тепло и износ оставались в приемлемых пределах.
Вопросы несущей способности и жесткости
Жесткие направляющие отлично подходят для тяжелой резки, поскольку имеют большую площадь контакта. При работе с 1-тонной стальной формой или удалении 12-миллиметровой стружки из инконеля важно, чтобы колонна, суппорт и стол были устойчивы к скручиванию и колебаниям. Прямоугольная коробка распределяет режущую силу на большую площадь.
Линейные рельсы, особенно шариковые, передают нагрузку на отдельные точки соприкосновения. Роликовые рельсы могут повысить производительность, но для того, чтобы они соответствовали твердым рельсам на 1,5-миллиметровой станине, часто требуется два рельса на ось, расположенные на большом расстоянии друг от друга, а также увеличенные каретки и толстый стол.
Основные различия между линейными рельсами и твердыми направляющими
| Характеристика | Линейная направляющая (роликовая) | Призматическая направляющая (жёсткая) |
|---|---|---|
| Коэффициент трения | 0.003–0.005 (качение) | 0.08–0.12 (скольжение) |
| Скорость быстрого перемещения | Обычно 40–120 м/мин | Обычно 10–25 м/мин |
| Статическая нагрузка (на одну пару) | До 150 кН (роликовый тип) | До 400 кН (крупный коробчатый тип) |
| Жёсткость на 1 мм хода | Средняя до высокой (зависит от размера) | Очень высокая |
| Амортизация ударов | Средняя | Отличная |
| Риск проскальзывания (stick-slip) | Почти ноль | Возможен, если нет масляной плёнки |
| Интервал смазки | 250–500 ч (смазка/паста) | 8–24 ч (разбрызгивание масла или насос) |
| Монтаж и юстировка | Прикрутил, подложил шайбы — и в работу | Точная ручная притирка и подгонка |
| Стоимость замены/модернизации | Средняя: замена рельса/каретки | Высокая: перешлифовка или притирка вручную |
| Типичные применения | 3C, медицина, авиакосмос (алюминий) | Пресс-формы, тяжёлая обработка стали |
Техническое обслуживание и срок службы: в чем разница между жесткой направляющей и линейной направляющей при повседневном использовании?
Требования к смазке и характер износа
Жесткая направляющая: убедитесь, что обеспечена стабильная подача масла под давлением. При недостаточной смазке поверхность паза может быть повреждена за несколько минут. Износ чаще всего наблюдается в местах изменения направления. Чтобы вернуть деталь в исходное состояние, часто приходится полировать ее с помощью специального станка, а затем наносить Turcite или Rulon для восстановления формы.
Этодлительный и дорогостоящий процесс, который трудно выполнить.
Шум и нагрев
Роликовые направляющие работают тише — многие говорят, что жесткое движение по направляющим сопровождается «грохотом» при высокой скорости подачи, в то время как линейные направляющие издают мягкий «жужжащий» звук. Это различие важно, если в вашем цеху работают 18-часовые смены с минимальной защитой слуха.
Анализ затрат: первоначальные инвестиции по сравнению с общей стоимостью владения
- Первоначальная цена — небольшой вертикальный фрезерный станок с коробчатыми направляющими может стоить на 5–15 % дороже, чем аналогичная линейная версия, с учетом затрат на литье, шлифовку и монтаж. Однако высококачественные роликовые направляющие и монтажное оборудование могут компенсировать эти дополнительные затраты при более высоких скоростях.
- Эксплуатационные расходы — по мере износа Hard Rail потребляет больше масла и требует более длительной замены скребков. Линейные направляющие требуют меньшего количества смазки, но блоки служат ограниченное время, обычно 2–5 лет при трехсменной работе.
- Конец срока службы — скребковые работы на 1 м коробчатой направляющей могут обойтись в десятки тысяч долларов; однако замена линейных направляющих часто является более экономичным вариантом, поскольку их цена в два раза ниже, а заводская точность восстанавливается за одну ночь.
Распространенные заблуждения и часто задаваемые вопросы
«Жесткие направляющие устарели». Неверно. Ведущие производители, такие как DMG MORI, по-прежнему используют коробчатые направляющие на пятиосевых портальных станках, которые обрабатывают титановые лонжероны.
«Линейные направляющие не выдерживают больших нагрузок». Частично верно. Шариковые направляющие имеют ограниченную нагрузку, но роликовые направляющие с 45-миллиметровыми направляющими превышают статическую нагрузку 100 кН, что достаточно для многих операций по обработке пресс-форм.
「Жесткие рельсы всегда вибрируют меньше」 Только если масляная пленка в хорошем состоянии. Недостаточно смазанные коробчатые направляющие сильно вибрируют; предварительно нагруженные линейные рельсы отлично гасят вибрации при микропошаговой подаче.
「Линейные рельсы не требуют обслуживания」 Они требуют меньшего количества смазки, но все же необходимо проверять скребки направляющих и заменять каретки каждые несколько лет.
