Vodítka, jejich typy a konstrukční vlastnosti – Stankoteka

Vedení stroje zajišťují pohyb a požadovanou vzájemnou polohu pracovních orgánů. Při provozu vnímají hmotnost pracovních částí a zatížení od řezných sil. Přesnost zpracování dosažená na stroji přímo závisí na vlastnostech vodítek.

Existuje soubor požadavků na vedení CNC strojů. Musí poskytnout:

• přesnost relativního pohybu pracovních orgánů a udržovat ji během stanovené doby provozu stroje;
• stanovená nosnost;
• minimální tření a opotřebení zařízení;
• vysoká statická a dynamická tuhost;
• rovnoměrný pohyb pracovních orgánů;
• Možnost nastavení mezery a napětí.

Vodítka by zároveň měla být snadno vyrobitelná a udržovatelná.

Typy vodítek

Používají se kluzná, valivá a kombinovaná vedení. Podle charakteru tření se kluzná vedení dělí na vedení polotekutého tření, kapalinového (hydrostatického a hydrodynamického) a plynového tření (aerostatické). Valivá vedení se dělí podle typu valivých těles na kuličková, válečková a jehlová.

Každý typ průvodce má své vlastní charakteristiky a omezení. V některých případech se používají kombinovaná vodítka, která ve svém designu kombinují vlastnosti různých typů.

Vodítka se také odlišují tvarem průřezu – obdélníkový, trojúhelníkový, lichoběžníkový (rybinový) a kulatý (válcový). Široce se používá kombinace různých forem.

Vlastnosti vodítek různých tvarů

Obdélníková vodítka se vyznačují jednoduchostí konstrukce a nastavením, jsou schopna odolat velkému zatížení a snadno se vyrábí.

Trojúhelníková vedení mají tu vlastnost, že automaticky vybírají mezeru pod vlivem vlastní hmotnosti jednotky, ale úhlové uspořádání pracovních hran komplikuje jejich výrobu a ovládání.

Lichoběžníková vedení jsou kompaktní, ale náročná na výrobu a ovládání. Jsou poměrně snadno nastavitelné, ale nejsou příliš přesné.

Kulatá (cylindrická) vodítka se používají zřídka. V mužském provedení nejsou příliš tuhé kvůli průhybu tyčí, proto se nejčastěji používají na krátké délky zdvihu. V ženské verzi vznikají potíže s výrobou půlkruhového profilu.

Vodítka realizující kapalinové a plynové tření

Výhodou kluzných vedení s polotekutým třením je jednoduchost a kompaktní konstrukce, vysoká nosnost a tuhost, dobré tlumicí vlastnosti a relativně nízké výrobní a provozní náklady.

Jednou z významných nevýhod tohoto typu vedení jsou vysoké ztráty třením. Navíc třecí síly nejsou konstantní: velikost statického tření se výrazně liší od třecí síly pohybu. Při nízkých rychlostech pohybu jednotek se objevují skoky, což je zvláště u CNC strojů nežádoucí. Značné tření urychluje opotřebení vodítek a snižuje jejich životnost.

Pro omezení těchto negativních vlivů se ve vedeních používají speciální oleje proti vyskočení a obložení z antifrikčních materiálů, jako je fluoroplast.

Vodítka s polotekutým třením je vhodné používat u velkých strojů, kde mají pohyblivé jednotky velkou hmotnost a nevyžadují vysokou přesnost zpracování a vysokou třídu drsnosti povrchu.

Vedení, ve kterých je implementováno kapalinové tření, nemají nevýhody spojené s opotřebením a trháním při pohybu. Dosahuje se toho buď hydrodynamickým efektem (efekt vyplavování plovoucí jednotky nahoru), nebo díky přívodu maziva pod tlakem mezi třecí plochy.

Hydrodynamická vedení se osvědčila u podélných hoblovacích a rotačních strojů se svými relativně vysokými posuvnými rychlostmi. V okamžiku zrychlení a zpomalení pohybující se jednotky dochází k narušení fluidního tření – to je nevýhoda hydrodynamických vedení.

V hydrostatických vedeních, ve kterých je olej přiváděn pod tlakem, je kapalinové tření realizováno bez ohledu na kluznou rychlost. Díky tomu jsou hydrostatická vedení široce používána, a to i v přesných obráběcích strojích a CNC zařízeních. Tento typ vodítka je obtížnější ovládat než ostatní popsané typy. K provozu potřebují zařízení na podávání, filtraci a sběr oleje.

Princip činnosti aerostatických vedení (s plynovým mazáním) je podobný jako u hydrostatických, avšak místo kapaliny je do pracovní mezery pod tlakem přiváděn vzduch. Vyznačují se minimálním třením, vysokou přesností polohování a odolností. Jejich nosnost, tuhost a dynamické vlastnosti jsou přitom poněkud nižší než u ostatních typů vodítek.

Pro stroje s vysokou přesností a vysokou třídou drsnosti, například v bruskách, je tedy účelnější použít vodítka s tekutým třením.

Vedení pomocí valivých prvků

Výhody rolovacích vodítek ve srovnání s již diskutovanými:

• nízké ztráty třením (nízká pohybová síla);
• hladký pohyb pracovního těla při nízkých rychlostech;
• vysoká přesnost instalačních pohybů;
• žádné plovoucí pracovní prvek při vysokých rychlostech pohybu;
• vysoká přesnost spolehlivost s dobrou ochranou proti znečištění;
• nízká tvorba tepla během provozu;
• snadnost mazání.

Použití kalených ocelových vodítek s předpětím umožňuje eliminovat mezery a poskytnout dostatečně vysokou tuhost při relativně velké nosnosti.

Ve vedeních lze použít kuličkové, válečkové a jehlové valivé prvky. Kuličková valivá tělesa mají oproti válečkovým menší styčnou plochu, což snižuje jejich nosnost a také celkovou tuhost. Tento typ valivých těles se častěji vyskytuje u malých strojů s relativně nízkou hmotností pohyblivých jednotek. Valivá valivá tělesa se používají ve velkých strojích a vysoce zatížených jednotkách.

Konstrukčně se vedení rozlišují na vedení bez zpětného vedení valivých těles a vedení s návratem přes speciální kanál nebo při válcování v uzavřeném prostoru.

Nevýhody těchto vodítek zahrnují vysokou cenu, pracnost výroby a složitost instalace.

Dnes jsou válečková vedení nejběžnější a nacházejí se téměř ve všech typech obráběcích strojů.

Kombinovaná vodítka

V CNC strojích lze použít kombinovaná valivé a kluzná vedení. Spojují výhody kluzných vedení (jednoduchost a kompaktní provedení, dobré tlumení vibrací, nižší cena) a valivých vedení (nízké ztráty třením, vysoká odolnost proti opotřebení, žádné přeorientování pracovního tělesa při zpětném chodu atd.). se také dědí od obou typů průvodců .

Někdy se k vytvoření uzavřených hydrostatických ložisek používá kombinace hydrostatických ložisek a valivých vedení. Odpružené válečky zajišťují spolehlivé uzavření hydrostatických ložisek i při absenci stálého vnějšího zatížení.

Ochranná zařízení vodicích kolejnic

Spolehlivá ochrana vodítek před nečistotami, malými třískami a abrazivním prachem je klíčem k jejich odolnosti. Jak již bylo uvedeno, válečková vedení jsou nejcitlivější na znečištění.

Jako ochranná zařízení se používají:

• stacionární lité nebo svařované štíty namontované na pohyblivém pracovním tělese;

• teleskopické štíty sestávající ze vzájemně pohyblivých štítů s těsněním ve spojích (používané u strojů s dlouhými zdvihy);

• ochranné pásky z různých materiálů (ocel, textilní vinyl, zesílený polyamid atd.);

• měchy ve tvaru harmoniky vyrobené z různých polymerních materiálů.

Volba ochranného zařízení závisí na konkrétních provozních podmínkách a konstrukčních vlastnostech vodítek a stroje jako celku.

Doporučení

Při výběru stroje je třeba věnovat zvláštní pozornost typu vodítek, protože přesnost a životnost zařízení závisí na této jednotce.

• Při výběru velkého stroje pro hrubé broušení, který nevyžaduje zvláštní přesnost, stojí za to zvážit vodítka s polotekutým třením, protože jsou pro tento typ práce vhodnější, a proto vydrží mnohem déle.
• Pokud je pro dokončovací a hrubovací práce vyžadována dostatečně vysoká přesnost, pak se vyplatí zvolit vodítka s valivými prvky.
• Pro dokončovací obrábění, které vyžaduje přesnost přesnosti a vysokou třídu drsnosti povrchu, by měla být zvolena vodítka s kapalinovým třením.