Линейный вал и рельсовая направляющая – назначение и особенности выбора

Грамотно спроектированная система линейного перемещения позволяет обеспечить:

• точное направление рабочих узлов с минимальным трением и строго заданной подачу и в необходимую сторону;
• жёсткость для удержания подвижной части, в том числе, оснащенной дополнительным оборудованием;
• устойчивость к нагрузкам (статическим, динамическим и вибрационным), возникающим во время работы.

Правильно сделанный выбор  между линейным валом и рельсовой направляющей имеет большое значение и может значительно увеличить КПД оборудования, его износостойкость и точность. Последнее особенно важно для высокоскоростных станков, оснащенных ЧПУ.

Линейный вал – технические особенности и преимущества применения

Изделие имеет вытянутую цилиндрическую форму и обеспечивает перемещение рабочих узлов на основе втулок или шариковых подшипников, приводимых в движение ходовым винтом (чаще всего – трапецеидальным).

За счет высокой точности изготовления и чистоты поверхности валов во время движения обеспечивается минимальное трение, значительно увеличивающее срок  службы и снижение нагрузки на приводные механизмы. Линейные валы широко используются при производстве самых различных станков высокой точности.

Основные преимущества, линейных валов:

• доступная цена (в силу простоты производства);
• легкость монтажа (крепление осуществляется концевыми частями к опорам);
• высокая износостойкость (в зависимости от планируемых условий эксплуатации, они выпускаются из высокоуглеродистых или высоколегированных сталей, способных работать в агрессивных средах);
• наличие как полнотелых, так и облегченных (пустотелых) вариантов;
• возможность нормального функционирования при незначительном перекосе опор (особенно в случае использования моделей на основе самоцентрирующихся подшипников).

При этом, линейные валы не лишены и недостатков, главными из которых являются отсутствие непосредственного контакта со станиной (из-за особенностей монтажа, что сказывается на жесткости) и ограничение по максимальной длине. Установка слишком тяжелых перемещаемых узлов на слишком длинные цилиндрические направляющие способна вызвать прогибание последних. Это приведет к значительному падению точности обработки и общему снижению КПД.

Рельсовая направляющая – технические особенности и преимущества

Данный элемент линейной системы перемещения представляет собой профилированную полосу из легированной стали, оснащенную крепежными отверстиями и рядом дорожек по боковым сторонам, идущих по всей длине. Они служат направляющими для элементов качения каретки (шариков или роликов). Последние, в отличие от используемых совместно с валами, не имеют системы рециркуляции, что положительно отражается на легкости и плавности хода. Какие-либо люфты в собранной конструкции также минимизированы или полностью отсутствуют. Движение на каретку передается либо за счет ведущего винта, либо при помощи зубчатой рейки.

Благодаря гораздо большей жесткости, рельсовые направляющие применяются не только в станках (включая ЧПУ и автоматизированные линии), но и в химическом, медицинском и другом специализированном оборудовании. Среди их важных преимуществ перед валами следует отметить:

• отсутствие прогибания при любой длине;
• возможность автоматизированной подачи смазки в подвижный узел;
• стойкость к ударам, вибрации и перепадам температур. При этом изменение геометрии не так критично, как для валов;
• большую грузоподъемность и возможность перемещения рабочего узла с большей скоростью (до 5 м/с против максимально допустимых для цилиндрических направляющих 2 м/с ).

Однако названные выше преимущества, обусловленные особенностями конструкции, вызывают и ряд серьезных недостатков, о которых следует помнить. Так, рельсовые направляющие более сложны при монтаже и требуют высокой прямолинейности и малой шероховатости опорной поверхности, в противном случае точность подачи каретки и предельная скорость будут снижаться. Кроме того, их стоимость из-за большей сложности изготовления также существенно выше цены полированных валов, что обуславливает их использование, главным образом, в промышленном оборудовании.

Как сделать правильный выбор?

На основании всего сказанного стоит сделать следующие выводы:

• направляющие в виде валов проще в обслуживании, легче монтируются и совершенно не требовательны к качеству поверхности опорных плоскостей. Это делает их более универсальными. Особенности профиля позволяют использовать линейные валы даже в сильно запыленных средах без каких-либо последствий для рабочих характеристик;
• рельсовые направляющие более износостойки и не боятся нагрузок. Они отлично подойдут для эксплуатации в тяжелых условиях: например, если на каретку предполагается монтировать узлы большой массы, перемещающиеся при повышенных скоростях;
• оба варианта направляющих производятся как из высокоуглеродистых, так и из легированных сталей, что позволяет подбирать подходящие модели для работы и в нормальных, и в химически активных средах.