ABC: elementarz CNC Systemy ruchu liniowego



Systemy ruchu liniowego



Systemy ruchu liniowego to jedne z ważniejszych systemów w maszynach cnc.

Bez łożysk liniowych maszyny CNC  a w szczególności frezarki CNC byłyby mało użyteczne, żeby nie powiedzieć bezużyteczne.

Systemy ruchu liniowego połączone są z systemem napędu poszczególnych osi. Jednostkami napędowymi są silniki krokowe lub serwomotory.

Wybierzmy się więc na zakupy i obejrzyjmy co mają nam do zaproponowania współcześni wytwórcy.

Systemy przeniesienia ruchu liniowego spełniają trzy podstawowe zadania:

1.       Utrzymują podzespoły maszyny pozwalając im się przemieszczać, np. łożyskowanie liniowe osi X podtrzymuje całą suwnicę wraz z wózkiem poruszającym się wzdłuż osi Y oraz mechanizm osi Z. Do tego z uwzględnieniem sił bezwładności. A wszystko to ma się poruszać bezszelestnie i bez tarcia.

2.       Realizują precyzyjny ruch posuwisty zapewniając minimalne tarcie. Precyzja to największe wyzwanie stawiane systemom ruchu liniowego.

3.       Przenoszą obciążenia pochodzące od sił obróbki. Od charakteru i kierunku tych sił najczęściej zależy jakiego rodzaju system zastosujemy.

Nie ułatwia nam zadania fakt, że zazwyczaj każda z osi ma inne wymagania dotyczące obciążeń, ale bez paniki.

Systemy ruchu liniowego składają się z prowadnic i łożysk liniowych. W pierwszej chwili wydaje się, że ich różnorodność jest wielka, jednak w rzeczywistości udaje się je wszystki dość szybko ogarnąć, choć realizacje konstrukcyjne, faktycznie mogą być różne. Tak czy inaczej systemy ruchu liniowego to lwia część kosztu maszyny. Nierzadko sam taki system do jednej maszyny to koszt 10 tysięcy dolarów i więcej. Jest to najistotniejszy element podczas kupowania nowej maszyny. Jest to również największe wyzwanie podczas konstruowania maszyny własnej produkcji.

Rodzaje systemów ruchu liniowego.

Jeśli mielibyśmy podzielić wszystkie systemy tylko na dwie kategorie byłyby nimi:

- systemy podparte

- systemy podparte na podporach znajdujących się na końcach.

Systemy w pełni podparte dają dużą sztywność, zwyczajowo mogą przenosić dużo większe obciążenia niż te podparte tylko na końcach.  Choć systemy podparte są znacznie lepsze dla wielu zastosowań, bardziej rozpowszechnione są systemy podparte na końcach. Systemy podparte na końcach są prostsze w montażu, są prostsze konstrukcyjnie. Jeśli myślimy o samodzielnej budowie maszyny z zastosowaniem własnych komponentów, powinniśmy raczej myśleć o w pełni podpartych systemach ruchu liniowego. To pełne podparcie wielokrotnie rekompensuje a nawet przewyższa systemy na podporach końcowych. Wielokrotnie domowi twórcy maszyn dają się zwieść pozorną taniością łożysk liniowych. Ale jak się okaże, że tych łożysk ma być 12, czy czasami 16, jak się policzy jak długie podpory muszą być, do tego wysokiej jakości, a jakość kosztuje, to tworzy się całkiem spora kwota, a wartość użytkowa często jest mniejsza niż dobrze wykonany domowy system w pełni podparty. Sztywności nigdy za wiele, więc sugerowałbym odrzucenie systemów na podporach końcowych przy budowie dwóch głównych osi.

Godne przemyślenia są natomiast podczas budowania mechanizmu osi Z. Uwagi te dotyczą zarówno systemów kupnych jak i domowej konstrukcji.



Typowe ralizacje łożyskowania dla maszyn CNC na podporach końcowych



Systemy podparte przenoszenia ruchu liniowego mają tę zasadniczą zaletę, że podparta szyna korzysta z dobrodziejstw sztywności całego korpusu, nic się nie ugina, nie odkształca, można stosować mniejsze szyny, gdyż i tak cały ciężar tego zadania bierze na siebie korpus maszyny.

Problemem jest fakt, że łożysko nie może obejmować szyny po całym obwodzie. A więc krytycznym elementem staje się samo łożysko, którego wykonanie w tym wariancie przynosi nieco kłopotów. Ale te kłopoty są do przejścia a zwiększenie sztywności całego układu niezaprzeczalne.

Systemy podparte mogą być realizowane na wiele sposobów. Najprostsze są identyczne jak systemy podparte na końcach wzbogacone o przerwę w łożysku na poprowadzenie podpory.



Systemy ruchu liniowego CNC na w pełni podpartej szynie

 Inny rodzaj, to wszelkiego rodzaju wózki jeżdżące po w pełni podpartych szynach. Z punktu widzenia wszelkich technik „zrób to sam” właśnie „wózki” są najbardziej obiecującym kierunkiem.

Poniżej przedstawiam kilka fotek systemów podpartych. Jedna z ilustracji przedstawia wózek wykorzystany w ploterze laserowym, za który ostatnio się wziąłem, a który opiszę wkrótce.

Procedura projektowania w stylu „zrób to sam” wygląda tak, że najpierw zapoznaję się z tym, co ma do zaoferowania handel. Następnym krokiem jest zaprojektowanie maszyny z części handlowych, politycznie poprawnie. Następnie zastanawiam się co mogę zrobić i jak to zrobić korzystając z warunków ubogiego warsztatu. W pewnym momencie robienie wszystkiego „po swojemu” wchodzi w krew. Własnoręcznie wykonane łożysko przecież jest dla nas bezcenne.