Was sind die Maschinenführungen und wie wählt man sie aus?

Führungsschienen sind der wichtigste Teil von Werkzeugmaschinen, da die Genauigkeit der Werkzeugbewegung von ihnen abhängt. Aus dem Artikel erfahren Sie, welche Rund- und Linearführungen für CNC-Maschinen besser zu wählen sind - Rollen-, Kugel- oder andere Aluminiumführungen.

Jede gegenseitige Bewegung von Werkstück und Werkzeug erfolgt entlang von Führungen - einer Art Schienen. An ihnen läuft der Arbeitskörper der Maschine oder eines Gerätes mit darin befestigtem Werkstück. Und da sich diese Bewegungen direkt auf die Qualität des Produkts auswirken, müssen die Führungen eine Reihe von Anforderungen erfüllen.

• Steifigkeit und Härte. Bei der Metallbearbeitung treten große Schnittkräfte auf - 100 kg oder mehr. Es ist unmöglich, den Arbeitskörper der Maschine mehr als die angegebene Qualität "gehen" zu lassen. Daher bestehen die Führungen aus legierten Stahlsorten - ШХ-15, 95Х18, gefolgt von einer Wärmebehandlung sowie verschiedenen Keramikarten.

• Geringe Reibungskraft. Bei der Bearbeitung komplexer Teile auf CNC-Maschinen bewegt sich das Werkzeug mit Rucken und Beschleunigungen. Und durch erhöhte Reibung geht die Genauigkeit seiner Bewegungen verloren.

• Beständig gegen Verschleiß. Bei einfachen Modellen von Holzbearbeitungsmaschinen sind die Führungen einstückig mit dem Bett gegossen und bei CNC-Maschinen mechanisch mit diesem verbunden. Aber in allen Fällen ist die Reparatur ein schwieriges und verantwortungsvolles Geschäft.

Da es viele Arten und Modelle von Maschinen gibt, sind die Anleitungen für sie unterschiedlich.

Die formgebenden Bewegungen jeder Maschine sind Rotations- und Linearbewegungen. Sie brauchen die entsprechenden Anleitungen.

• Rundtische werden häufig in Rundtischen eingesetzt, bei denen das Werkstück von allen Seiten bearbeitet wird. Sie finden sich in Fräs- und 5-Achs-Maschinen.

• Kraftköpfe und Bremssättel von Drehmaschinen und Mehroperationsmaschinen mit CNC bewegen sich linear vertikal und horizontal.

• Schräge werden für spezielle Werkzeugmaschinen benötigt.

Je einfacher es ist, Führungen herzustellen, desto billiger sind sie, aber sie bieten nicht immer die erforderliche Genauigkeit der Bewegungen. Daher ist es notwendig, die Form des Querschnitts richtig zu wählen.

• Rechteckig, gleichzeitig mit dem Bett gegossen, das Einfachste. Oft in preiswerten Tischgeräten zu finden.

Sie unterscheiden sich nicht durch hohe Arbeitsgenauigkeit, da durch Verschleiß ein Spiel zwischen Schiene und Buchse entsteht. Aber sie können repariert werden, sie sind leicht zu polieren.

• Dreieckig oder prismatisch, genauer gesagt, denn dank der abgeschrägten Kanten gibt es keine Lücken. Sie waren im Werkzeugmaschinenbau weit verbreitet, werden aber nach und nach durch andere Typen ersetzt.

• Polierte zylindrische Wellen - einfach und üblich, einfach an der Maschine zu installieren oder zu ersetzen. Induktionshärten und Oberflächenfinish sorgen für Verschleißfestigkeit und niedrigen Reibungskoeffizienten. Es gibt jedoch einen Nachteil - die Befestigung entlang der Kanten führt zum Durchhängen unter dem Eigengewicht oder unter der Masse des Bremssattels. Ein wenig, führt aber schon zu Produktfehlern. Daher werden solche Führungen nicht länger als 1 m ausgeführt, und das Verhältnis des Durchmessers zur Länge der Welle sollte mindestens 0,05 und vorzugsweise 0,06 bis 0,1 betragen.

• Keilwellen bessere Biege- und Verwindungsfestigkeit. Und die Buchse, die sich entlang der Welle bewegt, kann sich nicht von selbst drehen, was der gesamten Maschine mehr Steifigkeit verleiht. Die Nachteile von Keilwellen sind die gleichen wie die von polierten Wellen.Und noch etwas - die Keilwelle lässt sich nur schwer richtig an der Maschine montieren, daher sind sie selten.

• Zylinderschiene - Dies sind gewöhnliche Rundführungen, die jedoch über die gesamte Länge mit dem prismatischen Träger verschweißt sind. Dies erhöht die Steifigkeit. Wenn die Maschine mit großen Werkstücken arbeitet, werden diese Führungen mit dem Bett gebogen, damit sich die relative Position des Werkzeugs oder Werkstücks nicht ändert. Dadurch steigt die Genauigkeit. Und solche Schienen sind preiswert.

• "Schwalbenschwanz" in schweren Werkzeugmaschinen eingesetzt, die Steifigkeit und Stabilität bei wechselnden und statischen Belastungen erfordern. Sie sind in einem Stück mit dem Bett gegossen, wodurch sie bei Abnutzung schwer zu reparieren sind. Nur ein Hersteller oder eine sehr diskrete Person, die von Hand arbeitet, wird die Hobel über die gesamte Länge schleifen können. Aber solche Schienen dienen lange Zeit.

• Stahl-Aluminium-Profile - am zuverlässigsten in der Arbeit. Dank der Rillen, in denen sich die Kugeln oder Rollen bewegen, halten solche Führungen die Last gut, spielen nicht, verdrehen oder verbiegen sich nicht.

Die Qualität der Maschine wird nicht nur von den Schienen selbst, sondern auch von deren Gegenhülse beeinflusst. Im Maschinenbau werden sie zu einem Begriff zusammengefasst - Leitfäden. Reibung, Positioniergenauigkeit und alles, was die Bewegung beeinflusst, hängt von der Konstruktion dieses Paares ab. Daher werden die Führungen unterschiedlich gemacht: gleitend, rollend und kombiniert.

In ihnen fährt die Bremssattelbuchse auf Kugeln oder Rollen entlang der Schiene. An der Hülse sind spezielle Schraubrillen angebracht, dank denen die Kugeln, wenn sie den Rand erreichen, in ihre ursprüngliche Position zurückkehren. Es ähnelt einem Lager. Diese Lösung hat viele Vorteile.

• Gute dynamische Eigenschaften und geringe Reibung - der Bremssattel kann schnell beschleunigen und stoppen. Dies ist für die Präzisionsbearbeitung von Kleinteilen wie Ausschnitten und Nuten unerlässlich.

• Geringe Wärmeableitung - die Schienen werden nicht durch thermische Effekte verformt. Dies ist besonders gut für hochpräzise (Präzisions-)Geräte.

• Pflegeleicht - Bei Verschleiß genügt es, die Kugeln auszutauschen. Sie sind weicher als die Führungsschiene und verschleißen daher schneller.

Aber es gibt einen Nachteil - eine geringe Dämpfungsfähigkeit. Dadurch werden die beim Schneiden entstehenden Vibrationen unveränderlich auf das Bett übertragen. Dies verringert die Bearbeitungsgenauigkeit und führt zu Ausschuss. Schwingungen treten beispielsweise auf, wenn das Material beim Schruppen ungleichmäßig ist.

Die Rollenführungen unterscheiden sich geringfügig im Design. Sie sind Rolle und Kugel.

• Rollen halten höheren Belastungen stand als Kugelrollen. Die auftretende Reibung an den Rollenenden mindert jedoch die dynamischen Eigenschaften.

• Kugellager eignen sich besser für Präzisionsarbeiten, vertragen aber keine hohen Schnittdaten.

Bei schwierigen Bedingungen werden andere Konstruktionen benötigt.

In ihnen gleitet die Hülse entlang der Schiene entlang der Schmiermittelschicht. Aufgrund der großen Auflagefläche können sie ernsthaften Belastungen standhalten, einschließlich Stoßbelastungen, daher werden sie häufig in den anfänglichen Verarbeitungsmodi verwendet. Bei diesen Führungen ist die Haftreibungskraft jedoch viel höher als die Bewegungsreibungskraft, daher bewegen sich die Knoten bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht gleichmäßig, sondern in Sprüngen.

Um dies zu kompensieren, kommen verschiedene technische Lösungen zum Einsatz.

• Hydrodynamische haben ein einfaches und zuverlässiges Design. Bei ihnen wird Öl durch die Schmiernuten zwischen Schiene und Buchse angesaugt, die die Reibflächen trennen. Diese Rillen sind über die gesamte Länge der Schiene vorhanden. Diese Führungen haben eine hohe Steifigkeit und gute Dämpfungseigenschaften. Nachteile - sie funktionieren nur bei hohen Geschwindigkeiten gut, sonst gibt es keinen hydrodynamischen Effekt. Außerdem verschlechtern sich die Betriebsbedingungen während der Beschleunigung und Verzögerung.Diese Führungen werden häufig in Hobel- und Karussellmaschinen verwendet.

• Hydrostatische haben diese Nachteile nicht. In ihnen wird die Schmierung unter Druck von einer Pumpe geliefert, daher befindet sich auf der Oberfläche immer ein Ölfilm mit einer Dicke von 10-50 Mikrometer und manchmal 100 Mikrometer.

Sie haben jedoch gravierende Nachteile - sie benötigen eine Ausrüstung zum Umwälzen und Filtern des Öls, eine Erwärmung erfolgt während des Betriebs und es sind spezielle Vorrichtungen erforderlich, um den Bremssattel in der gewünschten Position zu fixieren. Außerdem ist das System schwer zu warten.

Hydrostatische Führungen werden häufig in schweren und einzigartigen hochpräzisen CNC-Werkzeugmaschinen verwendet. Sie sind offen und geschlossen. Offene Enden (ohne Streifen) sind einfacher in der Konstruktion und werden unter stabilen Betriebsbedingungen und einer großen Bremssattelmasse verwendet. Geschlossene sind biege- und kippsicherer, erfordern jedoch eine sorgfältige und teure Konstruktion.

• Aerostatische verwenden Luft anstelle von Öl. Daher zeichnen sie sich durch geringe Reibung, hohe Präzision und Langlebigkeit aus. Und wenn Sie die Luftzufuhr entfernen, wird der Bremssattel im Gegensatz zu hydrostatischen Geräten sicher fixiert. Aber ihre Steifigkeit und Dynamik sind schlechter, außerdem treten aufgrund der geringen Luftdichte Schwankungen auf. Auch die Luftwege müssen regelmäßig gereinigt werden.

Diese Führungen haben sich bei leichten Werkzeugmaschinen bewährt. Sie werden in Koordinatenmessgeräten, Leiterplattenmaschinen und ähnlichen Geräten eingesetzt.

Es werden Halb- oder Flüssigschmierung, gemischte Roll-Gleit-Reibung und andere Lösungen verwendet. Sie bieten eine hohe Steifigkeit und einen reibungslosen Betrieb. Aber sie haben eine kurze Lebensdauer.

Die Hauptaufgabe besteht darin, sicherzustellen, dass sich zwischen den reibenden Teilen nur Öl befindet. Dafür werden die Führungen mit speziellen Vorrichtungen geschützt.

• Der gewellte Gummischutz gibt kein Kühlmittel ab (Schneidflüssigkeit) auf Metallprodukte gelangen, schützt es vor Staub und kleinen Ablagerungen. Mit scharfen Spänen oder großen Gegenständen, zum Beispiel, wenn das Werkstück auf das Bett fällt, kommt es jedoch nicht zurecht.

• Rollschutz ist zuverlässiger. Wenn sich der Bremssattel bewegt, rollt er sich auf und entfaltet sich andererseits. Daher werden die Führungen immer mit einem Metallband abgedeckt, wenn auch dünnwandig.

• Teleskopisch ist am zuverlässigsten. Der dicke Kasten dehnt sich auf die volle Länge der Führungen aus und schließt diese allseitig ab.

Denken Sie jedoch daran, dass je massiver der Schutz ist, desto mehr Aufwand ist erforderlich, um ihn zu falten. Und je stärker die Reibung. Daher sollten Sie die Teleskopversion nicht für schwache oder präzise Maschinen verwenden, die hohe dynamische Qualitäten benötigen. Es wird jedoch auch nicht empfohlen, beim Schutz zu sparen.

• Führungen müssen manchmal von Hand gereinigt werden. Dies erfordert einen Schaber.

• Und wenn während des Betriebs zu viel Schmutz entsteht, ist es ratsam, den Abstreifer am Bremssattel zu befestigen.

Und die Technik liebt Pflege.

• Ein Lappen ist ideal, um Schmutz und altes Öl von Oberflächen zu entfernen.

• Und Öl zum Schmieren von Oberflächen schützt Teile vor Korrosion. Darüber hinaus müssen die Führungen regelmäßig in Öl gespült werden, um sie von Oxiden zu reinigen.

Aber wenn diese Tools nicht funktionieren, können Sie jederzeit neue Anleitungen kaufen.

Bei der Reparatur können Sie einfach die gleichen Führungen kaufen. Oder Sie können die Maschine aufrüsten. Betrachten Sie einfach einige Punkte.

• Die Führungen sind vorinstalliert. Sie wird durch den Durchmesser der Kugeln oder Rollen im Schlitten reguliert. Bei Drehmaschinen mit CNC in der X- und Y-Achse sollte die Störkraft beispielsweise 0,08C betragen. Und für die Z-Achse sollte es 0,13C betragen. Dann ist die hohe Steifigkeit der gesamten Konstruktion gewährleistet.

• Die Führungen müssen der Genauigkeitsklasse der gesamten Maschine entsprechen.

Bestimmen Sie die Art des Produkts.

• Für weiche Werkstücke unter 1 m Länge eignen sich polierte Wellen.

• Um Metall oder große Holzstücke zu schärfen, benötigen Sie Profilschienen.

Und schließlich kaufen Sie Komponenten nur in vertrauenswürdigen Geschäften.