Ранее мы уже рассмотрели основные виды направляющих и направляющие скольжения. Пришла очередь рассмотреть направляющие качения.

Направляющие качения когда-то пришли на смену направляющим скольжения, когда к станкам начали предъявлять всё большие требования по точности, скорости, равномерности и т.д. Они действительно обладают множеством достоинств:
1. Равномерность движения при малых скоростях, отсутствие скачков, как в направляющих скольжения.
2. Высокая точность перемещений, позиционирования.
3. Высокая долговечность по точности.
4. На больших скоростях стол не всплывает.
5. Маленькие усилия перемещений.
6. Маленькое тепловыделение.
7. Меньшие габариты привода для перемещения узла по направляющим скольжения.
8. Простая система смазки.

Но также направляющие качения обладают и недостатками:
1. Высокая трудоемкость изготовления по сравнению с направляющими скольжения.
2. Высокая стоимость.
3. Низкое демпфирование при отсутствии движения, а также на малых скоростях.
4. Повышенная чувствительность к загрязнению.

Ввиду подобных достоинств направляющие качения получили широкое распространение в станках с ЧПУ и других прецизионных станках.

 

Виды направляющих качения

 

1. По виду тел качения данные направляющие бывают:
1.1. Шариковые. Которые бывают:
— с циркуляцией тел качения
— без циркуляции тел качения
1.2. Роликовые. Также бывают следующих видов:
— с циркуляцией тел качения
— без циркуляции тел качения
— роликовые опоры
1.3. Игольчатые.

2. По форме направляющих:
— С плоскими гранями.
— Цилиндрические (шариковые втулки).

3. По виду перемещения:
— Прямолинейного движения.
— Кругового движения.

4. По способу создания натяга:
— Без предварительного натяга. Натяг образуется только весом узла станка. Это наиболее простые и дешевые направляющие качения по сравнению с направляющими, предусматривающие натяг. Но их используют только в станках или его узлах, где нет больших опрокидывающих моментов, и возможности отрыва узла от направляющих.
— С предварительным натягом, с помощью специальных устройств.
— С частичным предварительным натягом, в которых натяг создается только в горизонтальном направлении, а в вертикальном – весом узла.

Направляющие качения с предварительным натягом обеспечивают отсутствие зазора, более высокую жесткость и демпфирующую способность в сравнении с направляющими качения без натяга.

Основные виды направляющих качения представлены на рисунке ниже:

Здесь: а-г это направляющие без натяга, д-ж – с частичным предварительным натягом в одном направлении, а-р – с предварительным натягом в двух направлениях.

Натяг осуществляется винтами, клиньями или эксцентриками.

В качестве материала используются стальные закаленные направляющие 60…62 HRC и чугунные СЧ21-40 с твердостью 200…220 HB. Стальные закаленные обеспечивают более высокие нагрузки, износостойкость, а также стойкие к повреждениям. Однако более трудоемки в изготовлении по сравнению с чугунными. В большинстве случаев их выполняют накладными.

Чугунные направляющие используют при средних нагрузках, также они обладают меньшей износостойкостью и стойкостью к повреждениям, чувствительны к динамическим нагрузкам. Зато менее трудоемки в изготовлении. В основном чугунные направляющие качения используют в направляющих без натяга с малыми и средними нагрузками, также в станках с длинными направляющими. Требуют особо тщательной защиты.

В больших станках жесткость направляющих качения без натяга достаточно большая, и предварительный натяг не требуется в крупных станках особенно нормальной точности, тем более направляющие с натягом более дорогостоящие. Направляющие с предварительным натягом нужны для станков с высокой точностью и высокой жесткостью, в виду отсутствия зазоров. Отсутствие зазоров важно для станков с возвратно-поступательными движениями в том числе и станков с ЧПУ.

Роликовые или шариковые направляющие назначают в зависимости от нагрузки. Шариковые направляющие имеют более низкую нагрузочную способность и жёсткость, поэтому их применяют в узлах с небольшим весом и небольшими силами резания. По мере эксплуатации шарики могут накатать дорожку в направляющих, что скажется на точности станка. Если ход большой, лунка будет накатана по всей длине и это меньше будет оказывать влияние по точности, но при коротких ходах будут прерывистые лунки и это уже скажется существенно. Роликовые направляющие воспринимают большие нагрузки в 20-30 раз по сравнению с шариковыми при равных размерах. Однако в роликовых направляющих возможны перекосы при установке в связи с чем происходит снижение точности, повышение износа, а возможно и заклинивание. Для устранения возможности перекосов, необходимо ограничить зазор по торцам роликов и образующей. В плане перекосов роликовые уступают шариковым направляющим, поэтому если нужна высокая плавность хода, то необходимо выбирать шариковые опоры.

Направляющие качения обладают хорошими характеристиками трения, равномерности и плавности хода на малых скоростях, долго сохраняют точность, кроме того отличаются малым тепловыделением. Однако, направляющие качения для станков более трудоемки в изготовлении, а поэтому и более дорогие по сравнению с направляющими скольжения.

 

Направляющие качения с циркуляцией тел качения

 

Для перемещения узлов станка на длинные расстояния применяют направляющие качения, в которых тела качения (шарики или ролики) перемещаются по замкнутому каналу, т.е. происходит их циркуляция. Такие направляющие представляют собой законченные узлы.

По виду масла для роликовых направляющих особой зависимости нет. Силы трения при консистентной смазке немного ниже, чем при использовании жидких масел. Для смазки роликовых направляющих используют консистентные смазки. Однако, у них есть минусы в виде скопления пыли, абразива при недостаточной защите. Периодической смазки вполне достаточно, расход не большой.

 

Рельсовые направляющие качения

 
Направляющие качения пришли на смену направляющим скольжения для точных станков, таких как координатно-расточные, шлифовальные и т.д., и стали успешным решением. Однако, со временем появилась необходимость работы на высоких скоростях, и обычной конструкции направляющих качения стало недостаточным для удовлетворения современным требованиям.

Дальнейшее развитие направляющих качения для прецизионной и высокоскоростной обработки привело к созданию так называемых рельсовых направляющих качения. Их принципиальную схему можно представить следующим образом.

Где 1 –рельс, 2- опорные дорожки для шариков или роликов, 3 – подвижная каретка повторяющая опорные поверхности рельса, 4 – продольные каналы для возврата шариков или роликов, 5 – крышки, которые обеспечивают замкнутое перемещение шариков по каналу, 6 – ограничители, которые не дают выпасть шарикам при съезде направляющих, 7 и 8 – опорные поверхности рельса и каретки, 9, 10 – отверстия для крепления рельса и каретки.

Сегодня данные направляющие стали наиболее предпочтительными для высокоскоростных станков с ЧПУ. Налажено их производство, разумеется Японскими, Немецкими компаниями, а также подтянулись и Тайваньские, Китайские и другие производители.

Также, возможно Вам будет интересно почитать:
Направляющие для станков. Скольжения или качения
направляющие скольжения
Модернизация станков с ЧПУ
Наладка токарного станка с ЧПУ