Таблица 1. Подбор типоразмера рельса Таблица 2. Классы преднатяга и точности Таблица 3. Защита от грата и пыли Оглавление статьи Таблица 1. Подбор типоразмера профильных рельсов под массу портала и динамику Класс станкаРазмер рабочей зоны, мМасса портала, кгРекомендуемый типоразмер HGСкорость, м/мин Лёгкие (тонкий лист)1,5×3,0 и менеедо 150HGR/HGH 25до 80 Средние универсальные2,0×4,0200–400HGR/HGH 30, по оси X — 30 или 3580–140 Тяжёлые (волоконные 6–12 кВт)2,0×6,0, 2,5×6,0400–700HGR/HGH 35, по оси X — 35 или 45140–200 Скоростные с линейными двигателями2,5×6,0 и более500–900HGR/HGH 45 либо QH-серия200–300 и более Плазменно-кислородные3,0×12,0 и более500–1500HGR/HGH 35 или 45 с защитойдо 60 (плазма) / 30 (газ) Типоразмер привязан к каталогу HIWIN HG; для других производителей — эквиваленты THK SHS/HSR, Schneeberger MONORAIL BM/MR и др. Точный подбор — расчётом по статической и динамической грузоподъёмности с учётом моментных нагрузок. Таблица 2. Классы преднатяга и точности HIWIN HG для лазерного раскроя ПараметрОбозначениеОписаниеПрименение в лазере и плазме Лёгкий преднатягZ0Зазор близок к нулю или лёгкий преднатяг (0 — 0,02·C); минимальное сопротивление перемещениюЛёгкие лазерные станки без жёстких требований к жёсткости Средний преднатягZAОколо 0,02–0,05·C динамической грузоподъёмности; повышенная жёсткостьСтандарт для большинства лазерных и плазменных порталов среднего класса Высокий преднатягZBОколо 0,05–0,08·C; максимальная жёсткость, повышенный момент сопротивленияТяжёлые порталы с высокими динамическими нагрузками, прецизионная резка Точность нормальнаяCПараллельность и высота — базоваяСерийные раскройные машины Точность повышеннаяHУменьшенные допуски по высоте и параллельностиЛазерный раскрой средней и высокой точности Точность прецизионнаяPСужены допуски на параллельность и параметр работыПрецизионные станки, оптические направляющие, шлифование По данным каталога HIWIN Linear Guideway HG Series. Для типоразмеров до HG20 преднатяг ZB не рекомендуется. Таблица 3. Системы защиты направляющих от грата, окалины и пыли Элемент защитыФункцияРекомендация Двойное уплотнение каретки (DD)Контактные манжеты с двух торцов блокаСтандарт для лазерных и плазменных порталов Нижнее уплотнение (ZZ, ZZB)Защита нижней поверхности блока от просыпавшейся окалиныОбязательно при обработке с падением шлака Металлические скребкиУдаление крупных частиц (грата, окалины, брызг) с поверхности рельса до подхода к манжетеОбязательны на плазменных и тяжёлых лазерных станках Гофрозащита (телескопические гофры)Полная изоляция рельса от зоны обработкиПрименяется на портале по оси X и направляющих балки Стальные щёткиДополнительная очистка перед скребком и манжетойОпция для тяжёлых условий Колпачки болтовых отверстий рельсаЗащита посадочных отверстий от попадания мелкой стружкиОбязательны после монтажа Обозначения уплотнений приведены по системе HIWIN: DD — double dust seal, ZZ — bottom seal, KK — комбинация двойных уплотнений со скребком. Содержание статьи Конструкция портала лазерного и плазменного станка Профильные рельсы HG и аналоги для лазерных станков Подбор типоразмера под массу портала и динамику Класс преднатяга и точности Защита от грата, окалины и пыли Замена кареток: процедура и контроль Часто задаваемые вопросы Конструкция портала лазерного и плазменного станка Портал лазерного и плазменного раскройного станка — мостовая балка, перемещающаяся над раскройным столом по двум продольным осям. Каждая ось приводится синхронно (двумя серво-двигателями с ШВП или зубчато-реечными передачами, либо линейными двигателями) и опирается на профильные линейные направляющие. По оси Y вдоль балки движется суппорт лазерной головы или плазменного резака, по оси Z — каретка с резаком и системой автофокуса. Направляющие портала определяют точность позиционирования, повторяемость траектории, ускорение/торможение и шумовибрационные характеристики. Современные раскройные станки серийного класса достигают скоростей перемещения по оси X порядка 140–200 м/мин и ускорений 1,5–3 g; на конструкциях с линейными двигателями высшего класса скорость доходит до 300 м/мин и более. Эти режимы требуют высокой жёсткости рельса, преднатяга кареток и эффективной защиты полости качения. Профильные рельсы HG и аналоги для лазерных станков Базовая платформа для линейных осей промышленных станков — профильные рельсовые направляющие с шариковыми или роликовыми каретками. В каталоге HIWIN это серии HG и QH (с синхронным возвратом шариков); THK предлагает аналоги SHS (4-точечный контакт) и HSR (4-рядный), Schneeberger — MONORAIL BM (шариковая) и MONORAIL MR (роликовая). Серия HIWIN HG Каретки HG имеют четыре дорожки качения с угловым контактом под 45°, что обеспечивает одинаковую несущую способность во всех четырёх направлениях нагружения. По форме блока — HGH (квадратный) и HGW (фланцевый для моментных нагрузок). Ряд типоразмеров — 15, 20, 25, 30, 35, 45, 55, 65. Маркировка содержит размер, тип, число кареток и рельсов, класс преднатяга (Z0/ZA/ZB), класс точности (C/H/P/SP/UP) и опции уплотнений. Миниатюрные направляющие MG Серия HIWIN MG — миниатюрные шариковые направляющие с типоразмерами 7, 9, 12, 15 мм. На портале лазерного станка не применяется из-за ограниченной несущей способности; область применения — вспомогательные оси, кабельные суппорты, элементы защитных кожухов, измерительные модули малых габаритов. Перелинковка по теме Каталоги направляющих и кареток: Рельсы и каретки, HIWIN, Направляющие HIWIN, Каретки HIWIN, THK. Подбор типоразмера под массу портала и динамику Типоразмер выбирается расчётом на статическую и динамическую грузоподъёмность с учётом массы портала, моментных нагрузок при разгоне-торможении, числа кареток на ось и требуемого ресурса. Базовые формулы — по каталогу производителя и ISO 14728-1 (динамика), ISO 14728-2 (статика). Оценка ресурса Расчётный пробег по ISO 14728-1 для шариковых направляющих: L = (C/P)3 · 50 км, где C — динамическая грузоподъёмность каретки, P — эквивалентная нагрузка. По каталогу HIWIN базовая динамическая грузоподъёмность для HGH30CA составляет приблизительно 48,5 кН (для HGH20CA — около 27,1 кН, для HGH25CA — около 34,9 кН). При P = 8 кН для HG30 получаем (48,5/8)3 · 50 ≈ 11 200 км. Поправочные коэффициенты на температуру, преднатяг, твёрдость и качество смазки уменьшают расчётный ресурс в 1,5–4 раза. Моментная нагрузка существенно влияет на ресурс: учитываются моменты MR (вокруг продольной оси), MP (питч) и MY (рыскание). Для тяжёлых порталов применяют по две каретки на каждом конце рельса (четыре каретки на ось). Класс преднатяга и точности Преднатяг кареток создаётся применением шариков увеличенного диаметра (oversized balls). По каталогу HIWIN преднатяг разделён на три класса: Z0 — лёгкий (0 — 0,02·C), ZA — средний (0,02 — 0,05·C) и ZB — высокий (0,05 — 0,08·C). Согласно техдокументации HIWIN, преднатяг увеличивает жёсткость каретки за счёт устранения внутреннего зазора и расширения числа одновременно нагруженных шариков; повышение преднатяга со среднего до высокого ориентировочно удваивает жёсткость и снижает прогиб под нагрузкой примерно вдвое. Для лазерных и плазменных порталов средней массы стандартом является преднатяг ZA. Для тяжёлых высокодинамичных порталов с большой консольной выработкой балки применяют ZB. Для типоразмеров менее HG20 высокий преднатяг ZB производитель не рекомендует — растёт момент сопротивления и нагрев каретки. Классы точности Каталог HIWIN HG предусматривает классы точности C (нормальный), H (повышенный), P (прецизионный), SP и UP. Для лазерных раскройных станков базовое исполнение — H, для прецизионных — P. Класс точности задаёт допуски параллельности кареток на одном рельсе, парности рельсов в составе оси и постоянства высоты блока. Защита от грата, окалины и пыли Зона раскроя — агрессивная среда: грат, брызги расплавленного металла, окалина, абразивная пыль, испарения СОЖ. Без надлежащей защиты даже жёсткая каретка приходит в негодность за месяцы. Многоступенчатая защита Внешний барьер — телескопические гофры или стальные кожухи по оси X над направляющими портала. Защищают рельс от прямого попадания грата. Скребки и стальные щётки в составе каретки или на отдельных кронштейнах. Удаляют налипшие частицы до подхода к манжетам. Двойные манжеты (DD) с торцов каретки и нижнее уплотнение (ZZ) — финальный барьер. Опция KK объединяет всё: двойные манжеты, нижнее уплотнение и металлический скребок. Колпачки болтовых отверстий рельса — исключают попадание мелкой стружки в зону крепления. Регулярная смазка через прессмаслёнки или централизованную систему. Вытесняет загрязнения из зоны качения. Что разрушает направляющие быстрее всего Капли расплавленного металла, попадающие на дорожку рельса, оставляют точечные дефекты, по которым через 50–200 часов работы развивается катастрофический питтинг. Эксплуатация плазменного или лазерного станка без защитных гофр и скребков ускоряет износ многократно. Дополнительные материалы По известным конструкциям: Trumpf TruLaser, Bystronic, Amada, HSG, Bodor, Schneeberger RNG, ШВП и направляющие для ЧПУ, Подшипники для плазменной и лазерной резки. Замена кареток: процедура и контроль Подготовка и демонтаж Полная остановка, отключение питания и пневматики, блокировка пуска (LOTO). Перевод портала в технологическое положение, доступ к каретам. Снятие защитных кожухов, гофр, кабеленесущих цепей. Маркировка положения портала. Освобождение приводной системы — ослабление гайки ШВП или отсоединение зубчатой рейки. Подъём портала такелажными средствами с фиксацией на технологических опорах. Демонтаж изношенной каретки с рельса с применением монтажного приспособления (caret holder), исключающего рассыпание шариков. Очистка поверхности рельса от старой смазки и грата. Монтаж новой каретки Установка новой каретки с использованием монтажной втулки производителя; нельзя снимать каретку с фиксирующей вставки до полной её посадки на рельс. Установка портала, выравнивание по маркировке. Затяжка крепёжных болтов в порядке от опорного (reference) к свободному (free) рельсу моментом по таблице производителя. Контроль параллельности рельсов и кареток. Допуски — по каталогу для выбранного класса точности. Закладка смазки и приработка на пониженной скорости. Опорный и свободный рельс В двухрельсовой схеме один рельс назначается опорным (reference): его положение фиксируется упорной планкой или штифтами и задаёт геометрию оси. Второй (free) выставляется по опорному с допуском параллельности из каталога. Нарушение последовательности ведёт к перекосу кареток и быстрому износу. Часто задаваемые вопросы Какой типоразмер направляющих ставить на оси X портала волоконного лазера 6 кВт? Для тяжёлого портала волоконного лазера 6–12 кВт типичный выбор — HGR/HGH 35 или 45 (или эквивалент THK SHS 35/45, Schneeberger MONORAIL BM/MR 35/45). Конкретный размер определяется расчётом по статической и динамической грузоподъёмности с учётом массы портала и моментных нагрузок при ускорении до 2–3 g. Какой класс преднатяга выбрать — ZA или ZB? Для большинства лазерных и плазменных порталов средней массы — ZA (средний преднатяг). Для тяжёлых высокодинамичных порталов и при работе с высокой точностью контура — ZB. Для типоразмеров менее HG20 высокий преднатяг производитель не рекомендует из-за роста момента сопротивления и нагрева каретки. Можно ли применять направляющие миниатюрной серии MG на лазерном станке? На основной оси портала — нет. MG (HIWIN миниатюрная серия 7–15 мм) имеет ограниченную несущую способность и не выдержит динамические моменты от массы портала. Допустимое применение — вспомогательные оси: суппорты кабеленесущих цепей, подвижные элементы защитных кожухов, измерительные модули малых габаритов. Что обозначает суффикс KK в маркировке каретки HIWIN? KK — комбинированная защита: двойные манжеты с торцов блока (DD), нижнее уплотнение (ZZ) и металлический скребок. Это рекомендованное исполнение для лазерных, плазменных, газокислородных и шлифовальных станков, где на рельс попадают абразив, шлак, окалина или брызги расплавленного металла. Как часто менять каретки на портале лазерного станка? Замена производится по результатам диагностики, а не по календарю. Признаки выработки: рост момента сопротивления при ручном перемещении, посторонние шумы, ухудшение точности контура, рост вибрации и токопотребления приводов. Расчётный пробег определяется по каталогу производителя по формуле L = (C/P)3 · 50 км с учётом коэффициентов условий эксплуатации. Зачем нужен опорный и свободный рельс? В двухрельсовой схеме оси геометрия задаётся опорным рельсом (reference), который фиксируется упорной планкой или штифтами. Свободный рельс (free) монтируется по опорному с допуском параллельности, заданным в каталоге. Это компенсирует погрешности базы и тепловые деформации балки. Можно ли поставить каретку без монтажной втулки? Нет. Без монтажной втулки производителя (caret holder) шарики выпадут при снятии каретки с заводской заглушки, и собрать каретку без специнструмента и риска повреждения дорожек невозможно. Втулку снимают только после полной посадки каретки на рельс. Какие скорости и ускорения характерны для лазерных порталов? Современные лазерные раскройные станки серийного промышленного класса достигают скоростей перемещения по оси порядка 140–200 м/мин и ускорений 1,5–3 g; на конструкциях с линейными двигателями высшего класса скорость доходит до 300 м/мин и более. Эти режимы требуют преднатяга ZA или ZB и тщательной защиты от грата. Наверх