Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Лазерные установки для резки листового металла серии Trumpf TruLaser являются одними из наиболее распространённых в промышленности. Качество и скорость резки в значительной степени определяются конструкцией системы перемещения режущей головки, включающей линейные направляющие, приводы осей и подшипниковые узлы. Именно эти компоненты обеспечивают точность позиционирования, динамику разгона и торможения портала, а также долговечность станка в условиях интенсивной эксплуатации.
В данной статье подробно рассмотрены конструктивные решения, применяемые в моделях TruLaser 1030, 3030, 5030 и TruLaser Cell 7040 (fiber-версии). Акцент сделан на роликовых рельсовых направляющих (производства INA, Bosch Rexroth), реечных передачах с косозубой шестернёй, линейных прямых приводах (linear direct drives), шарико-винтовых передачах оси Z и подшипниках опорных роликов портала.
Компания Trumpf выпускает несколько серий 2D-лазеров для раскроя листового металла, каждая из которых ориентирована на определённый сегмент задач. Основные различия между сериями касаются динамики перемещения, типа привода и максимальной скорости позиционирования.
Компактные машины начального уровня с рабочей зоной 3000 x 1500 мм. Конструкция привода зависит от поколения. В ранних модификациях (L46, 2012–2016 гг.) привод осей осуществляется необслуживаемыми трёхфазными серводвигателями переменного тока (AC servo). В более поздних модификациях применяется комбинация моментного привода (torque drive) с линейными прямыми приводами (direct linear drives), аналогичная серии 3000. Максимальная одновременная скорость позиционирования для ранних модификаций составляет 140 м/мин. Масса базовой машины (TruLaser 1030 fiber) — около 9 400 кг.
Универсальные станки среднего класса. В fiber-модификациях (L49, L81) применяется портальный привод (gantry drive) в сочетании с линейными прямыми приводами. По данным из документации конкретной модификации L49, ось X приводится моментным двигателем прямого действия (torque drive), а оси Y и Z — линейными прямыми приводами. Максимальная одновременная скорость позиционирования составляет 170 м/мин для fiber-модификаций. Рабочая зона стандартного формата — 3000 x 1500 мм, также доступны расширенные форматы 4000 x 2000 мм (TruLaser 3040) и 6000 x 2500 мм (TruLaser 3060). Масса — около 11 700 кг. Система ЧПУ — Siemens Sinumerik 840D SL.
Высокопроизводительные станки, спроектированные для максимальной динамики. Привод осей реализован на основе технологии линейных двигателей в сочетании с моментными двигателями (torque motors). В технической документации модификаций L56 и L68 указано: «Axis drive using linear motor and torque motor technology». Максимальная одновременная скорость позиционирования — до 265 м/мин для fiber-модификации L68 (данные из Technical Data Sheet Trumpf). Точность позиционирования Pa — порядка 0,05 мм, средний разброс позиционирования Ps — не более 0,03 мм. Масса — около 12 000 кг. Система ЧПУ — Siemens Sinumerik 840D SL.
Пятиосевой лазерный комплекс для 3D-обработки (резка, сварка, лазерная наплавка). Скорость линейных осей X/Y/Z достигает 100 м/мин, одновременная скорость — до 173 м/мин (данные из Machineryline и официальной страницы Trumpf). Машина оснащена 5 осями: X, Y, Z, B (±135°), C (n x 360°). Точность позиционирования линейных осей — 0,08 мм, ротационных — 0,015°. Система управления — TruControl 1000.
Точность позиционирования измеряется и подтверждается в соответствии со стандартом VDI/DGQ 3441 (статистическая оценка точности позиционирования станков). Данные являются приблизительными; точные значения содержатся в спецификации конкретного заказа.
Для обеспечения точного и плавного перемещения портала лазерных станков Trumpf TruLaser используются профильные рельсовые направляющие с роликовыми каретками. Это один из ключевых элементов, определяющих точность и ресурс работы станка. В конструкции применяются направляющие ведущих производителей — Bosch Rexroth и INA (Schaeffler Group).
В отличие от шариковых рельсовых систем, роликовые направляющие обладают существенно более высокой грузоподъёмностью и жёсткостью при сопоставимых габаритах. Это обусловлено линейным контактом ролика с дорожкой качения (в противоположность точечному контакту шарика), что увеличивает площадь контакта и, соответственно, несущую способность. Для портальных систем лазерных станков это критически важно, поскольку портал испытывает значительные динамические нагрузки при высоких ускорениях.
Системы роликовых рельсов Bosch Rexroth серии RSHP (Roller Rail Systems — High Performance) разработаны специально для станкостроения и промышленной автоматизации. Согласно каталогу Bosch Rexroth, кромки роликов специально профилированы для обеспечения плавного входа в зону нагружения. Это гарантирует постепенное увеличение нагрузки на каждый ролик, что повышает поперечную устойчивость, точность позиционирования и грузоподъёмность. Каретки оснащены оптимизированными уплотнениями и системой подачи смазки.
Роликовые каретки Bosch Rexroth для данных систем обеспечивают высокую жёсткость во всех направлениях нагружения — радиальном, обратно-радиальном и боковом. Компоненты Bosch Rexroth обладают свойством взаимозаменяемости: тела качения и дорожки в каретках и рельсах одного формата могут быть заменены без проблем, независимо от класса точности (по данным каталога Bosch Rexroth).
Портал станков TruLaser представляет собой жёсткую балку (gantry), установленную на двух продольных рельсах Bosch Rexroth, закреплённых на станине вдоль оси X (продольная ось станка). Перемещение режущей головки по оси Y (поперечное) осуществляется по направляющим, установленным непосредственно на портальной балке. Ось Z (вертикальная) имеет малый ход (76–115 мм для 2D-машин) и оснащена компактными направляющими.
Рельсы монтируются с высокой точностью на прецизионно обработанных посадочных поверхностях станины. Крепёжные отверстия выполнены со стандартным шагом, обеспечивающим взаимозаменяемость и модульную масштабируемость. Правильный монтаж исключает концентрации напряжений и предотвращает несоосность, которая могла бы привести к преждевременному износу или снижению точности перемещения.
Привод осей X и Y является критически важным узлом, определяющим производительность лазерного станка. В станках Trumpf TruLaser применяются два принципиально разных подхода: традиционный привод через серводвигатель с механической передачей (в ранних моделях серии 1000) и прямой линейный электропривод (linear direct drive) в сочетании с моментными двигателями (в сериях 3000 и 5000, а также в новых поколениях серии 1000).
Реечная (зубчато-реечная) передача состоит из закалённой зубчатой рейки, закреплённой на станине вдоль оси перемещения, и приводной шестерни, связанной с серводвигателем через прецизионный редуктор. Данный тип привода широко применяется в лазерных станках различных производителей, хотя в станках Trumpf TruLaser серий 3000 и 5000 используются преимущественно прямые линейные приводы.
Рейки для высокоскоростных станков выполняются косозубыми (helical). В отличие от прямозубых, косозубые рейки имеют увеличенную площадь контакта зубьев, что обеспечивает более плавную и бесшумную передачу усилия. Для привода портала по оси X обычно используется двусторонняя схема (dual drive) — два серводвигателя с шестернями по обеим сторонам портала. Такая схема исключает перекос портала при разгоне и торможении.
В станках серий TruLaser 3000 (fiber-модификации), TruLaser 5000 и в новых поколениях TruLaser 1000 применяются линейные прямые приводы — бесконтактные электромагнитные двигатели, преобразующие электрическую энергию непосредственно в линейное перемещение без промежуточных механических передач.
Ключевые преимущества линейных приводов в лазерных станках:
Отсутствие механического люфта. В отличие от реечной передачи, линейный двигатель не имеет зубчатого зацепления, что полностью исключает обратный люфт (backlash). Это критически важно для обеспечения точности при контурной резке сложных профилей.
Высокая динамика. Линейные приводы обеспечивают высокие ускорения, что позволяет достигать скоростей позиционирования свыше 200 м/мин. Для серии TruLaser 5030 fiber (L68) максимальная одновременная скорость составляет 265 м/мин (по данным Technical Data Sheet Trumpf).
Минимальное обслуживание. Отсутствие механического контакта между статором и подвижной частью (форсером) исключает износ приводного узла. Необходимо лишь обслуживание направляющих.
Компания Trumpf использует фирменные обозначения для описания схем привода. В технической документации встречаются следующие формулировки:
«Torque drive combined with linear direct drives» — применяется в TruLaser 3030 (CO2 и ряде fiber-модификаций), TruLaser 5030, а также в новых поколениях TruLaser 1030 fiber. Под torque drive подразумевается высокомоментный двигатель прямого привода, а linear direct drives — линейные электроприводы.
«Gantry drive in combination with linear direct drives» — применяется в TruLaser 3030 fiber (L81). Портальный привод с двусторонней синхронизацией на базе линейных двигателей.
«Axis drive using linear motor and torque motor technology» — формулировка для TruLaser 5030 fiber (L56, L68). Полностью прямоприводная система: линейные двигатели и моментные двигатели для всех осей.
«Drives with maintenance-free AC servo» — формулировка для ранних модификаций TruLaser 1030 fiber (L46). Необслуживаемые трёхфазные серводвигатели переменного тока с механической передачей.
Ось Z в лазерных станках для 2D-резки имеет относительно малый ход — от 76 мм (TruLaser 1030 fiber L46) до 115 мм (TruLaser 3030, 5030). Для TruLaser Cell 7040 ход оси Z составляет 750–1000 мм. Для привода вертикального перемещения режущей головки в 2D-станках используется шарико-винтовая передача (ШВП), обеспечивающая точное и плавное позиционирование.
ШВП состоит из ходового винта с прецизионной резьбой специального профиля и гайки с рециркулирующими шариками. Шарики перекатываются по дорожкам качения между винтом и гайкой, обеспечивая преобразование вращательного движения серводвигателя в линейное перемещение с минимальным трением. КПД шарико-винтовой передачи составляет 90–95% (справочные данные по машиностроению).
Ось Z лазерного станка не требует высоких скоростей перемещения, однако предъявляет жёсткие требования к точности позиционирования. Вертикальное положение фокусирующей линзы напрямую влияет на качество реза. Наименьший программируемый шаг ЧПУ составляет 0,001 мм (1 мкм). Для обеспечения такой точности применяются высокоточные шлифованные ШВП — класса точности C3 по JIS B1192 (эквивалент P3 по DIN ISO 3408-3) или выше.
Помимо основных линейных направляющих, в конструкции портала лазерных станков Trumpf TruLaser используются опорные ролики, установленные на игольчатых и радиально-упорных подшипниках. Эти подшипники воспринимают нагрузки от массы портала и динамические силы при разгоне и торможении.
Игольчатые роликовые подшипники INA (Schaeffler Group) применяются в узлах, где необходима высокая радиальная грузоподъёмность при минимальных радиальных габаритах. Игольчатые ролики имеют длину, значительно превышающую их диаметр (соотношение L/D обычно от 2,5 до 10 в зависимости от серии), что обеспечивает увеличенную площадь контакта и высокую несущую способность при компактных размерах.
В портальных системах лазерных станков игольчатые подшипники INA используются в опорных роликах системы перемещения портала, узлах крепления кареток к порталу и механизмах натяжения.
Конические роликовые подшипники INA способны воспринимать комбинированные нагрузки — как радиальные, так и осевые. Они устанавливаются парами (по схеме «O» или «X»), что обеспечивает высокую жёсткость и устойчивость опорного узла.
Станки серии TruLaser управляются различными системами ЧПУ в зависимости от серии и поколения: Siemens Sinumerik 840D SL (для серий 3000 и 5000, а также для ряда модификаций серии 1000), проприетарное ЧПУ Trumpf с интерфейсом Touchpoint HMI (для части модификаций серии 1000) или TruControl 1000 (для TruLaser Cell 7040). Приводы осей работают под управлением цифровых сервоусилителей с замкнутым контуром регулирования по положению, скорости и току.
В модификации L46 (2012–2016) применяются необслуживаемые (maintenance-free) бесщёточные трёхфазные серводвигатели переменного тока. Эти двигатели работают в паре с высокоразрешающими энкодерами, обеспечивающими обратную связь по положению. Данная конструкция обеспечивает максимальную скорость одновременного позиционирования 140 м/мин.
Линейные двигатели, применяемые в сериях 3000 и 5000, представляют собой синхронные электродвигатели с постоянными магнитами. Статор (магнитная рейка) закреплён на станине, подвижная обмотка (форсер) — на портале. Система обратной связи реализована на основе высокоточных линейных измерительных систем (оптических или магнитных линеек).
Моментные двигатели — это прямоприводные вращательные двигатели с большим крутящим моментом при низких оборотах. В станках TruLaser они используются для привода осей, где требуется поворотное движение или работа через минимальную механическую передачу. Отсутствие редуктора исключает обратный люфт и снижает инерционность привода. Согласно документации конкретной машины TruLaser 3030 fiber (L49), моментный привод используется для оси X, а линейные прямые приводы — для осей Y и Z.
Ресурс и точность лазерного станка напрямую зависят от регулярности и качества технического обслуживания системы перемещения. Ниже приведены основные рекомендации, базирующиеся на общих требованиях каталогов производителей компонентов.
Роликовые рельсовые направляющие Bosch Rexroth требуют регулярного пополнения смазки. Каретки оснащены штуцерами для централизованной или ручной смазки. Рекомендуемый интервал определяется руководством по эксплуатации конкретного станка и зависит от интенсивности эксплуатации и условий окружающей среды. Применяются специальные смазки, совместимые с уплотнениями кареток (тип смазки указан в каталоге Bosch Rexroth для конкретной серии направляющих).
Периодически необходимо проверять: отсутствие задиров и повреждений на рабочих поверхностях рельсов, состояние уплотнений кареток, отсутствие загрязнений на дорожках качения, плавность хода (отсутствие рывков и заеданий). При обнаружении повреждений рельс или каретка подлежат замене.
Шарико-винтовая передача оси Z требует контроля осевого люфта, проверки преднатяга гайки, смазки (обычно пластичной смазкой через штуцер на гайке) и проверки биения винта.
Линейные двигатели не имеют изнашиваемых механических частей. Обслуживание сводится к поддержанию чистоты магнитной рейки и рабочего зазора, проверке состояния линейной измерительной системы (защита от загрязнений) и контролю температурного режима (при наличии водяного охлаждения — проверка контура).
Для обслуживания и ремонта систем перемещения лазерных станков Trumpf TruLaser компания Иннер Инжиниринг предлагает оригинальные и аналогичные комплектующие ведущих производителей:
В станках Trumpf TruLaser для направления портала по осям X и Y применяются профильные роликовые рельсовые направляющие производства Bosch Rexroth (серия RSHP) и INA (Schaeffler Group). Роликовые системы обеспечивают высокую грузоподъёмность и жёсткость за счёт линейного контакта роликов с дорожками качения, что необходимо для работы с тяжёлыми порталами при высоких динамических нагрузках.
TruLaser 3030 fiber использует портальный привод (gantry drive) в сочетании с моментными и линейными прямыми приводами, достигая максимальной одновременной скорости 170 м/мин. TruLaser 5030 fiber (L68) оснащён полностью прямоприводной системой на базе линейных двигателей и моментных двигателей, достигая скоростей до 265 м/мин. Серия 5000 изначально проектировалась для максимальной производительности и динамики.
Линейные двигатели обеспечивают полное отсутствие обратного люфта (backlash), высокие ускорения и минимальное обслуживание. В механических передачах (реечных, ремённых) неизбежно присутствуют зазоры и механический износ. Для высокоскоростных серий 3000 и 5000 линейные приводы обеспечивают оптимальное сочетание скорости и точности контурной резки.
Точность позиционирования (отклонение Pa) для моделей TruLaser 3030 и 5030 составляет порядка 0,05 мм, средний разброс позиционирования (Ps) — не более 0,03 мм. Для TruLaser 1030 fiber (L46) Pa составляет 0,10 мм. Для TruLaser Cell 7040 точность линейных осей — 0,08 мм, ротационных — 0,015°. Точность измеряется по стандарту VDI/DGQ 3441. Данные являются приблизительными; обязывающими являются только значения в спецификации заказа.
Для оси Z (вертикальное перемещение режущей головки) в 2D-станках TruLaser применяется шарико-винтовая передача (ШВП) или линейный прямой привод (в зависимости от модификации). ШВП обеспечивает точное позиционирование и работает совместно с системой автоматического контроля высоты ControlLine, которая отслеживает расстояние от сопла до листа.
Интервал смазки направляющих определяется руководством по эксплуатации конкретного станка и зависит от интенсивности работы и условий окружающей среды. При повышенной запылённости (например, при резке с кислородом) интервал сокращается. Необходимо использовать смазки, рекомендованные производителем направляющих (Bosch Rexroth), совместимые с уплотнениями кареток.
Замена роликовых направляющих на шариковые не рекомендуется. Роликовые системы выбраны производителем исходя из расчётных нагрузок, жёсткости и динамики портала. Шариковые направляющие при том же типоразмере обладают существенно меньшей грузоподъёмностью и жёсткостью, что приведёт к снижению точности и ресурса станка.
В портальных узлах станков TruLaser применяются игольчатые роликовые подшипники INA для радиально нагруженных опорных роликов и конические (радиально-упорные) роликовые подшипники INA для узлов с комбинированными нагрузками. Оба типа относятся к продукции Schaeffler Group.
Станки TruLaser 3030 и 5030 управляются системой Siemens Sinumerik 840D SL. Ранние модификации TruLaser 1030 fiber (L46) используют проприетарное ЧПУ Trumpf, некоторые модификации (L49) — Sinumerik 840D SL, новейшие поколения — интерфейс Touchpoint HMI. Пятиосевой TruLaser Cell 7040 оснащён системой TruControl 1000.
Torque drive (моментный привод) — это прямоприводный высокомоментный вращательный двигатель, работающий без механического редуктора. Он обеспечивает высокий крутящий момент при низких оборотах и исключает обратный люфт. В станках Trumpf TruLaser моментные двигатели используются в комбинации с линейными прямыми приводами для обеспечения максимальной динамики и точности перемещения портала.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего информирования технических специалистов. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации, представленной в данном материале.
Конкретные технические характеристики, комплектация и конструктивные решения лазерных станков Trumpf TruLaser могут отличаться в зависимости от модификации (L46, L49, L56, L68, L81, L88, L95 и др.), года выпуска, региона поставки и заказанных опций. Для получения точных данных по конкретной машине необходимо обращаться к официальной документации производителя — компании TRUMPF SE + Co. KG (Дитцинген, Германия).
Все работы по обслуживанию, ремонту и модернизации оборудования должны выполняться квалифицированным персоналом в строгом соответствии с руководством по эксплуатации и действующими нормами безопасности.
1. TRUMPF SE + Co. KG. Technical Data Sheets: TruLaser 1030 fiber / 1040 fiber / 1060 fiber; TruLaser 3030 fiber / 3040 fiber / 3060 fiber; TruLaser 5030 fiber / 5040 fiber; TruLaser Cell 7040. Официальная техническая документация производителя (trumpf.com).
2. TRUMPF SE + Co. KG. Operator's Manual TruLaser 3030/3040 (B813en). Руководство оператора.
3. TRUMPF SE + Co. KG. «TruLaser: Cost-effective cutting through thick and thin». Каталог продукции 2D-лазерных станков.
4. Bosch Rexroth AG. Roller Rail Systems RSHP — Product Catalog. Технический каталог роликовых рельсовых систем (boschrexroth.com).
5. Bosch Rexroth AG. Ball Rail Systems BSHP — Product Catalog. Технический каталог шариковых рельсовых систем.
6. Schaeffler Technologies AG & Co. KG (INA). Medias — Product Catalog. Каталог игольчатых и конических роликоподшипников INA.
7. DIN ISO 3408 (части 1–5). Шарико-винтовые передачи — терминология, номинальные размеры, условия приёмки, жёсткость, грузоподъёмность.
8. JIS B1192-2013. Ball screws. Стандарт точности шарико-винтовых передач (Японский промышленный стандарт).
9. VDI/DGQ 3441. Statistische Prüfung der Arbeits- und Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen. Статистическая оценка точности позиционирования станков.
10. Siemens AG. SINUMERIK 840D sl — System Overview. Техническое описание системы ЧПУ (siemens.com).
11. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. — М.: Машиностроение.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.