Как выбрать направляющие для станка с ЧПУ

Профильные линейные направляющие, своими руками сделанные или приобретенные – это роликовые или шариковые высокоточные подшипники качения, служащие в линейных перемещениях. Они обладают возможностью воспринимать силы, действующие в любых направлениях, исключая направление перемещения.

Виды линейных направляющих

Линейные направляющие бывают двух видов:

• с циркуляцией шариков;
• с циркуляцией роликов.

Шариковые направляющие делают двух-, четырех- и шестирядные. Они миниатюрные, пригодные для использования в ограниченном монтажном пространстве. Линейные направляющие изготавливаются с разными приводами. Среди них чаще встречаются зубчатый ремень или привод ШВП (шариковые винтовые передачи).

Роликовые исполняются в виде цилиндрических направляющих и направляющих с плоским сепаратором.

Все направляющие должны обладать главными свойствами:

• малым трением;
• высокой эффективностью;
• плавным линейным перемещением;
• способностью сохранять рабочие параметры.

Модули линейного перемещения

В последнее время в связи с развитием автоматизации большое значение приобрело применение модулей линейного перемещения, которые состоят из:

• прочного несущего профиля;
• точной направляющей системы;
• долговечного приводного механизма;
• серводвигателя с простым управлением.

В такой модульной составляющей находят свое применение направляющие как с подшипниками-шариками, так и с подшипниками-роликами. Рабочий привод осуществляется с помощью линейного двигателя, зубчатого ремня или шарикового винтового механизма.

Нашли свое применение и линейные столы, использующиеся при необходимости перемещения больших масс по осям. Благодаря габаритам, они воспринимают большие моментные нагрузки. В линейных столах используются:

• втулки линейного перемещения;
• направляющие с циркуляцией шариков.

Методика измерения точности

Если вы делаете линейные направляющие своими руками, вам нужно контролировать точность. Это делается довольно просто. На установленную базовую поверхность ставится рельс. В этом случае точность – выражение среднего значения показаний индикатора в центральной части измеряемой поверхности. Также точность линейных направляющих определяется измерением ширины и длины. При этом измеряется допуск на размер для каждого блока, что установлен на рельсе.

Жесткость и преднатяг

Во время работы профильные рельсовые направляющие подвергаются, ввиду приложенной нагрузки, воздействию упругой информации. Показания величины деформации зависят от типов элементов качения. Но так или иначе она становится меньшей, когда нагрузка увеличивается.

Для увеличения жесткости системы применяется преднатяг. Он уменьшает срок службы линейных направляющих, вызывая в них внутреннее напряжение, но при этом способен к поглощению деформирующих нагрузок при работе линейной направляющей в условиях сильной вибрации или ударной нагрузки. В связи с тем, что преднатяг вызывает упругую деформацию подшипников, они становятся зависимыми от негативного влияния ошибок при монтаже. Это говорит о том, что больше внимания следует обращать на точность обработки установочной поверхности.

Виды преднатяга:

• нормальный — применяется при наличии незначительных вибраций;
• легкий — используется при наличии легких вибраций и легком крутящем моменте;
• средний — применяется при ударных нагрузках и сильных вибрациях, а также при опрокидывающих нагрузках.

Монтаж рельсовых направляющих

Важно знать, что линейные рельсовые направляющие подвержены действию силы и момента. Для них должны определяться значения: допустимый статический момент и грузоподъемность, которые вычисляются при помощи формул. Рассчитывая номинальный ресурс шариковых и роликовых направляющих, надо использовать разные формулы.

При постоянной длине хода и частоте перемещений ресурс работы выражается через время. Обладая компактными монтажными размерами, профильные рельсовые направляющие имеют высокую грузоподъемность. Устанавливаемые в различных видах станков или в другом оборудовании, они монтируются двумя различными способами: в виде горизонтального рельса и способом боковой установки.

Так как комплектация осуществляется из двух параллельных рельсов, то расположение первого рельса исполняется на базовой стороне, а другого – на стороне регулируемой.

При работах с большими ударными нагрузками и вибрациями установка дополнительных боковых деталей – боковой прижимной пластины, установочных затяжных винтов, конического клина – способствует их устранению.

Установка же дополнительных прижимных деталей при работе с малой нагрузкой и небольшими скоростями перемещений не обязательна.

Линейные направляющие для станков ЧПУ

Что составляет систему линейных перемещений? Это комбинирование передачи и линейных направляющих.

Линейные направляющие для ЧПУ — это линейные подшипники, направляющие втулки, валы. Сами же направляющие должны решать три основные задачи:

• быть опорой для комплектования станка;
• при минимальном трении, с нужной точностью по заданной траектории обеспечивать движение деталей станка;
• принимать нагрузки, возникающие при рабочем процессе.

Линейные направляющие делятся в зависимости от способа крепления на станок. Это направляющие, осуществляющие полную поддержку — метод крепления к станине по всей длине направляющих, и частичную поддержку — метод концевого крепления.

Направляющие с полной поддержкой имеют большую грузоподъемность, в отличие от направляющих с частичной поддержкой. Иногда бывают варианты, когда по осям устанавливаются линейные направляющие — как с полной, так и с частичной фиксацией.

Представителями такой группы являются линейные цилиндрические направляющие. Они осуществляют возможность применения нескольких видов цилиндрических направляющих:

• направляющие полированные валы – является наиболее распространенным (высокая доступность, легкость в установке);
• шлицевые валы – высокая износостойкость и жесткость, способность принятия крутильных усилий с втулки. Используется при концевом монтаже направляющих;
• валы на опоре – это цилиндрические рельсы. Они используются в виде непосредственного крепления на станок.

Точность монтажной поверхности

Профильные рельсовые направляющие устанавливаются при помощи крепления на обработанную базовую поверхность. Метод крепления заключается в создании буртика на посадочной поверхности у становления по нему базовой поверхности или каретки. Исключение перекосов возможно при наличии канавки в углу самого буртика.

Существует прямая взаимосвязь между точностью поверхности рельса и точностью перемещения. От этого будет зависеть и точность всего оборудования. При этом точность обработанной монтажной поверхности обязательно соответствует заданной точности перемещения. Важно помнить, что нужно обязательно учитывать плоскостность блока, исключая при этом деформацию каретки.

Базовые поверхности

Чтобы обеспечить точную и более простую установку, необходимо создать базовые поверхности, которые должны располагаться на каретке и на рельсе с одной стороны.

При этом метка должна располагаться с противоположной стороны. Если достаточная точность не обеспечивается ввиду особенностей схемы монтажа, тогда осуществляется обработка базовых поверхностей и со второй стороны.

Защита от коррозии и смазка

Чтобы защитить направляющие от воздействия коррозии, их исполняют из нержавеющей стали. Есть вариант с нанесением специального защитного покрытия. Его применение осуществляется при необходимости в высокой степени защиты от коррозии.

Готовые заводские направляющие смазываются пластичной смазкой, выполненной на основе литиевого мыла. После этого они могут использоваться по назначению. Различные условия работы потребуют нужной периодичности добавления смазки такого же типа.

DmitrijПриспособления / Станки

Привет всем любителям помастерить, сегодня мы рассмотрим, как сделать надежную небольшую станину для болгарки. Благодаря станине можно будет резать материал ровно под прямой и под прямым углом, как торцовочной пилой. Автор устанавливает на болгарку диски как по дереву, так и по металлу, так что резать можно различные материалы. Самоделка изготовлена на основе линейных подшипников, которые отвечают за протяжку болгарки. Части рамы машины по большей части изготовлены из фанеры и ДСП. Если вас заинтересовал проект, предлагаю изучить его более детально!Материалы и инструменты, которые использовал автор:Список материалов:— фанера;- линейные подшипники и стальные стержни для них;- эпоксидный клей;- столярный клей;- саморезы;- болты и шайбы;- металлический хомут;- стальной стержень 95 мм;- пружина;- ДСП;- листовой алюминий или сталь;- кусок швеллера для упора.Список инструментов:— циркулярная пила;- дрель;- зажимы;- дисковая шлифовальная машина;- сверлильный станок;- болгарка;- инструменты для нарезания резьбы;- шуруповерт;- угольник, линейка, карандаш и пр.Процесс изготовления самоделки:Шаг первый. Изготовления узла протяжкиУзел протяжки изготовлен из линейных подшипников и крепких стальных стержней. Такой узел будет служить без люфтов довольно длительное время. Из фанеры нам нужно сделать два блока, в одном блоке мы намертво закрепим стержни, это в итоге будет стойка, которая будет крепиться к основе. Ну а второй блок будет подвижным, в нем будут установлены линейные подшипники.Все детали для блоков автор точно вырезал при помощи циркулярной пилы, ну а далее склеиваем фанеру с помощью столярного клея, а для уверенности все можно стянуть саморезами. Подшипники скольжения вклеиваем в блок при помощи эпоксидного клея, аналогично фиксируются и стальные стержни. Учтите, что сталь для хорошего склеивания нужно тщательно обезжирить и обработать наждачной бумагой. Чтобы подвижный блок не слетал со стержней, автор просверлил в одном стержне отверстие, нарезал резьбу и завернул винтик с шайбами. Шаг второй. Крепеж болгаркиКрепеж для болгарки также собираем из фанеры, он будет крепиться к протяжке шарнирно. Болгарка к крепежу крепится в двух местах, при помощи болта, а также при помощи металлического хомута в задней части. В итоге изготовленный крепеж остается шарнирно прикрепить к блоку протяжки, в качестве шарнира автор использовал прочный стальной стержень на 95 мм, на конце которого была нарезана резьба под гайку. Используем шайбы и затягиваем гайку так, чтобы в узле не было люфтов. Чтобы гайка не раскручивалась, рекомендуется применять гайку с пластиковым стопорным кольцом внутри. Шаг третий. ОсноваОснову автор решил вырезать из ДСП, к ней под прямым углом крепим стойку с протяжкой. Стойку нужно закрепить крепко и жестко, для крепления автор использовал столярный клей и винты по дереву. Шаг четвертый. Упор и пружинаНа крепеже для болгарки делаем упор, чтобы болгарка не падала носом на стол. В качестве упора автор завернул кусок резьбового стрежня и накрутил гайку. Под упором находится еще один небольшой блок из фанеры, в который ввернут винт. Благодаря этому винту можно регулировать глубину реза болгарки. Регулировочный блок крепим винтами и столярным клеем. Также обязательно устанавливаем пружину, которая будет поднимать болгарку вверх. Автору пришлось подключить пружинку через стальную пластину.Шаг пятый. Отделка столикаДля отделки столика используем листовой алюминий или оцинкованную сталь. Вырезаем нужный кусок и крепим его к основе при помощи винтов или саморезов. В завершении останется отполировать металл болгаркой и сгладить шляпки винтов.Шаг шестой. УпорДля такого станка обязательно понадобится упор, его можно сделать из куска швеллера, в итоге о такой упор можно будет упираться с обеих сторон. Если швеллера нет, его можно сварить из уголка. Для крепления упора сверлим отверстия и с обратной стороны ставим мебельные гайки. Вот и все, прикручиваем упор болтами и находим прямой угол. При желании вы можете разметить на столе углы, которые вы чаще всего используете.Вот и все, теперь станок готов, режет самоделка отлично, люфты практически отсутствуют. Работать болгаркой стало удобно и безопасно, особенно хорошо получается резать профильные трубы для сварки различных конструкций.На этом проект окончен, надеюсь, вам самоделка понравилась, и вы нашли для себя полезные мысли. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить подобное. Не забывайте делиться с нами своими идеями и самоделками! Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Содержание статьи:

В конструкции станка с ЧПУ используется несколько типов направляющих. Самодельные устройства нередко комплектуются рельсами из каретки печатной машинки, принтера или покупными. Качество и характеристики направляющих влияют на возможности станка с ЧПУ и точность обработки, поэтому экономить на их покупке не стоит.

Валы круглого сечения

круглые полированные валы

Наиболее широко применяемый и недорогой тип направляющих это полированные валы. Они просто монтируются, обрабатываются, купить такие детали не проблема. Валы производят из высокопрочной стали, в основном, шарикоподшипниковой, марок ШХ15 СГ, ШХ15, 95Х18-Ш. Они дополнительно подвергаются индукционному закаливанию верхних слоев, после чего полируются. Закалка индукционным методом повышает срок эксплуатации и снижает степень износа. Полированная поверхность позволяет двигаться каретке с минимальным трением за счет идеальной гладкости. Фиксируются валы своими руками, с двух концов, очень просто и быстро.

В продаже множество подделок, выполненных из металла низкого качества. Ведь проверить твердость стали на месте не представляется возможным.

Эта модель направляющих обладает рядом недостатков:

• нет фиксации на основании. Вал удерживается лишь за счет двух концевых крепежей, что значительно облегчает установку своими руками, но делает направляющие независимыми от столешницы. Это увеличивает вероятность неточностей при обработке, направляющие может повести, со временем они искривляются.
• провисают на длинных отрезках. В связи с провисанием валы длиннее 100 см в станкостроении не применяют. Следует также учитывать соотношение толщины и длины вала. Оптимальным считается соотношение 0,05, а лучше от 0,06 до 0,1.

Линейные подшипники на круглый вал

Используется два типа линейных подшипников для направляющих:

• шариковые втулки;
• подшипники скольжения.

Шариковые втулки или подшипники качения по сравнению с каретками рельс обладают двумя большими недостатками: малая грузоподъемность, большой люфт. Чтобы каретка не разворачивалась, нужно на каждую ось ставить по паре валов. Минусы шариковых подшипников качения:

• выдерживают малую нагрузку;
• невысокий ресурс работы — шарик прилегает к валу лишь в единой точке, поэтому здесь образуется высокое давление. Постепенно в месте соприкосновения пробивается канавка и вал необходимо своими руками менять;
• большой люфт — дешевые подшипники (а их большинство) производятся со значительным люфтом;
• легко забиваются опилкой и пылью.

Подшипники скольжения. Подшипники этого типа изготавливают из мягких металлов, капролона, они работают по принципу трения скольжения. Если при эксплуатации выдерживаются все допуски, грузоподъемность и точность такого подшипника не меньше, чем качения. Вместе с тем, ему не страшны опилки и пыль. Но это касается лишь бронзовых деталей, грамотно обработанных.

Постепенно изделие изнашивается и его необходимо периодически подгонять, чтобы убрать зазоры. Чаще всего при изготовлении направляющих своими руками, используются более доступные шариковые подшипники.

Шлицевые валы

шлицевые валы

Вал круглого сечения имеет продольные пазы, по которым двигаются шарики втулки. Конструкция обладает повышенной жесткостью по сравнению простыми шлифованными валами, более длительным сроком эксплуатации, способна воспринимать с втулки усилия кручения.

При этом они также просто устанавливаются на два крепления по концам. Благодаря конструкции можно обеспечивать натяжение вала, поэтому их используют при необходимости крепежа направляющих по концам.

Один из основных минусов шлицевых направляющих — их высокая цена, поэтому в обычных станках с ЧПУ они используются редко.

Цилиндрические валы

цилиндрический вал на основании

Конструкция цилиндрических валов позволяет удерживать уровень по всей длине, полностью исключая провисание под весом каретки или своим собственным. Такие направляющие называются еще линейными опорными валами, фиксируются они прямо к корпусу станка с ЧПУ через предусмотренные в опорах резьбовые отверстия. По таким направляющим могут двигаться каретки большого веса без провисания.

Минусы цилиндрических валов:

• малый срок эксплуатации;
• заметный люфт втулок.

Если подшипники линейного типа одинаково работают с нагрузками разного направления, то на цилиндрических валах каретки показывают меньшую стабильность. Это объясняется замкнутой поверхностью втулок, которой не обладают каретки. Поэтому следует быть готовым к тому, что аппарат с ЧПУ малого размера с увесистой кареткой на опорных валах будет работать с большей погрешностью, нежели такой же станок с ЧПУ на обычных круглых рельсах.

Технология изготовления цилиндрических рельс очень проста, поэтому их производят и известные фирмы, и кустарные мастерские. Этим объясняется разброс технических характеристик и цен. Зачастую каретки и рельсы одного изготовителя «ноу нэйм» не совпадают.

Профильные рельсовые направляющие

линейные направляющие

Такие направляющие устанавливаются в станках ЧПУ особой точности, фиксируются прямо к станине, они могут быть шариковыми и роликовыми.

Шариковые профильные направляющие

На профильных направляющих есть дорожки, по которым перемещается каретка. Поэтому нагрузка распределяется равномерно по длине дорожки: шарик каретки прилегает к рельсу по дуге. Рельсы-направляющие характеризуются геометрической точностью. При перемещении тяжелой каретки их прямолинейность не нарушается. Служат они долго и практически не дают люфт.

Минусы шариковых рельс:

• к местам крепления существуют высокие требования по прямолинейности и шероховатости;
• достаточно сложно монтируются на станок с ЧПУ.

В продаже можно найти модели кареток и направляющих с разными грузоподъемностью и преднатягом. Производство рельс дорого, технология сложна. Поэтому кустари не занимаются их изготовлением, а представленная на рынке продукция достаточно качественная. Достойные направляющие выпускают, например, под марками ТНК и Hiwin.

Роликовые профильные направляющие

Это одна из разновидностей профильных рельс с плоскими пазами качения. Опорные модули вместо шариков оснащаются роликами. Благодаря этой разнице направляющие получаются еще более жесткими, выдерживающими большие грузы и длительный срок эксплуатации. Такие рельсы устанавливают на интенсивно работающее оборудование для фрезеровки камня, прочных марок стали и чугуна.

Призматические рельсы и «ласточкин хвост»

Их устанавливают на металлообрабатывающих производствах, где требуется повышенная жесткость. Рельсы «ласточкин хвост» представляют собой два скользящих друг по другу, плоских элемента. Отличие конструкции в большой плоскости соприкосновения. Такие рельсы нельзя демонтировать, они являются частью станины. Их производство и ремонт довольно сложны, поменять их своими руками вообще невозможно. Поэтому конструкция используется только в профессиональных станках с ЧПУ.

Самодельные направляющие из того, что нашлось под рукой

направляющие из стального уголка

Простейшие направляющие можно собрать своими руками из металлического уголка, подшипников, гаек и болтов. Алюминиевые уголки для направляющих использовать не стоит — деталь придется менять очень часто. Ведь шарикоподшипники каретки будут выедать в ней дорожки. Предпочтительнее стальной уголок или кругляк. В зависимости от интенсивности использования его можно закалить или оставить, как есть. Но непременно следует отшлифовать, уменьшив трение. Наиболее простой и бюджетный вариант это направляющие из старого принтера.

Не следует подбирать слишком широкие подшипники, это бесполезно. Ширина «выедаемой» дорожки на направляющей не зависит от габаритов подшипника. Диаметр болтов должен совпадать с внутренним поперечником подшипника.

Чертежи, схемы и презентация самодельных направляющих в видеороликах:

Используемые источники:

• https://fb.ru/article/192708/lineynyie-napravlyayuschie-svoimi-rukami
• https://usamodelkina.ru/15505-protjazhka-dlja-bolgarki-na-linejnyh-podshipnikah.html
• http://stanokgid.ru/osnastka/napravlyayuschie-dlya-chpu-stankov-svoimi-rukami.html