Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Координатно-измерительные машины (КИМ) мостового типа являются основным инструментом контроля качества в высокоточном производстве. Машины ведущих производителей -- Carl Zeiss Industrial Metrology и Hexagon Manufacturing Intelligence -- обеспечивают погрешность измерения длины от 0,2 + L/1000 мкм (Zeiss XENOS) до 0,5 + L/500 мкм (Leitz PMM-C Xi), где L -- измеряемая длина в миллиметрах. Достижение субмикронной точности возможно лишь при использовании прецизионных компонентов: аэростатических направляющих, шарико-винтовых передач высших классов точности, прецизионных подшипников и высокоразрешающих линейных энкодеров.
В данной статье подробно рассмотрены конструктивные решения по направляющим, приводам и системам обратной связи, применяемые в моделях КИМ Zeiss (CONTURA, ACCURA, PRISMO) и Hexagon (Global, Leitz PMM-C), с указанием классов точности комплектующих и стандартов, которым они соответствуют.
Аэростатические подшипники (air bearings) являются основным типом направляющих в большинстве мостовых КИМ. Принцип действия основан на подаче сжатого воздуха через систему калиброванных отверстий (дросселей) в плоской поверхности подшипника. Между подшипником и направляющей поверхностью (как правило, гранитной) формируется воздушная плёнка, обеспечивающая бесконтактное перемещение подвижных узлов.
Ключевое преимущество аэростатических направляющих -- полное отсутствие механического трения. Это исключает износ, нагрев от трения и связанные с ним термические деформации, обеспечивает плавное перемещение без рывков и вибрации.
В мостовых КИМ аэростатические подшипники устанавливаются на всех трёх осях (X, Y, Z). Zeiss использует четырёхстороннюю компоновку воздушных подшипников (4-sided air bearings) на осях КИМ CONTURA, PRISMO, MICURA и ACCURA. Такая схема охватывает направляющую с четырёх сторон, обеспечивая максимальную жёсткость и устойчивость к опрокидывающим моментам.
В КИМ Hexagon серий Global и Leitz PMM-C применяются предварительно нагруженные воздушные подшипники (preloaded air bearings) на всех осях. Предварительный натяг создаёт стабильный зазор воздушной плёнки и исключает колебания при динамических нагрузках.
Для корректной работы аэростатических направляющих критически важно качество сжатого воздуха. Согласно спецификациям Zeiss CONTURA, качество воздуха должно соответствовать ISO 8573-1, класс 4: максимальный размер частиц 15 мкм, концентрация не более 8 мг/м3, точка росы под давлением не выше +3 C, содержание масла не более 5 мг/м3. Давление подачи: 6-8 бар. Расход: до 50 нл/мин (CONTURA X900/1200) или до 120 нл/мин (CONTURA X700/1000).
Роликовые линейные направляющие применяются в КИМ, предназначенных для работы в производственном цехе, где поддержание качества сжатого воздуха затруднено, а также в крупногабаритных портальных машинах (серии Zeiss MMZ, Hexagon DEA) с повышенной грузоподъёмностью.
Ведущие производители прецизионных роликовых направляющих для метрологического оборудования: THK (Япония), HIWIN (Тайвань) и Schneeberger (Швейцария). Направляющие выпускаются в классах точности: нормальный (N), высокий (H), прецизионный (P), сверхпрецизионный (SP) и ультрапрецизионный (UP).
Направляющие с перекрёстными роликами THK (серии VR, VRT) обеспечивают высокую жёсткость благодаря чередованию осей вращения роликов под углом 90 градусов. Роликовые каретки HIWIN и линейные роликовые направляющие THK серий SRG и SRN обеспечивают прямолинейность перемещения до единиц микрометров на длине 1 м в высших классах точности.
Шарико-винтовые передачи преобразуют вращательное движение серводвигателя в линейное перемещение подвижных узлов КИМ. В Leitz PMM-C от Hexagon привод осей реализован на рециркуляционных ШВП с центрально расположенным шпинделем, что обеспечивает быстрое измерение при сохранении позиционной точности. Альтернативные решения -- ременные приводы (Hexagon Global) и линейные двигатели (Zeiss XENOS).
Точность ШВП определяется стандартами JIS B 1192 (Япония) и DIN ISO 3408 (Европа). По JIS B 1192 для позиционирующих ШВП установлены классы C0, C1, C3 и C5, для транспортных -- C7 и C10. В стандарте DIN ISO 3408 аналогичные классы обозначаются числами 1, 3, 5 для позиционирующих (P) и 7, 10 для транспортных (T). Чем меньше число, тем выше точность. Класс C0 является наивысшим в системе JIS и не имеет прямого аналога в DIN ISO 3408.
* Значения v300p для C0-C5 приведены для типичных диаметров винтов (до 50 мм) и зависят от номинального диаметра. Точные значения -- по JIS B 1192-3:2018.** Для C7, C10 точность определяется погрешностью хода v300 на 300 мм.
Для КИМ высшего класса применяются прецизионные ШВП THK и решения от HIWIN серий DFSH и DFSV с предварительным натягом для устранения осевого люфта.
Для устранения осевого зазора в прецизионных ШВП применяется предварительный натяг (preload). Натяг создаётся двойной гайкой или смещением шариковых дорожек. Согласно JIS B 1192, момент натяга и его колебания нормируются для каждого класса точности.
В КИМ подшипники используются в опорах ШВП, поворотных столах и шпиндельных головках щупов. Система классификации ABEC (ABMA) устанавливает пять классов: ABEC 1, 3, 5, 7 и 9. Эквивалентные стандарты: ISO 492 (классы Normal, 6, 5, 4, 2), DIN 620 (P0, P6, P5, P4, P2), JIS B 1514. Чем выше номер ABEC, тем жёстче допуски. В ISO и DIN -- наоборот: чем меньше число, тем выше точность.
Значения радиального биения по ABMA Standard 20 для диаметров внутреннего кольца 1-18 мм.
В опорах ШВП используются радиально-упорные шариковые подшипники с углом контакта 15-25 градусов, установленные попарно по схеме "спина к спине" (DB) или "тандем" (DT). Среди производителей суперпрецизионных подшипников: NSK, SKF, Schaeffler/FAG, GMN, Barden и SNFA.
Для узлов КИМ также применяются высокоскоростные роликовые подшипники, двухрядные роликовые подшипники и кассетные роликовые подшипники.
Линейные энкодеры обеспечивают обратную связь по положению каждой оси КИМ. В современных машинах используются оптические энкодеры на стеклянных или стеклокерамических шкалах с шагом штрихов от 4 до 20 мкм. Ведущие производители: Dr. Johannes Heidenhain GmbH (Германия) и Renishaw plc (Великобритания). Hexagon применяет шкалы METALLUR в серии Global с разрешением 0,005 мкм (5 нм). Leitz Infinity использует шкалы с разрешением 0,001 мкм (1 нм).
Стеклянные шкалы (боросиликатное стекло) имеют КТР около 8 x 10-6 K-1. Стеклокерамические шкалы (ZERODUR от Schott, ROBAX) -- КТР практически нулевой: 0 +/- 0,1 x 10-6 K-1. Zeiss CONTURA использует "плавающие" стеклокерамические шкалы, не требующие дополнительной температурной компенсации. В Zeiss PRISMO и PRISMO fortis применяются шкалы ZERODUR.
Zeiss CONTURA -- универсальная мостовая КИМ среднего класса. Диапазоны: от 7/7/6 до 12/24/10 (X/Y/Z, дм). E0 от 1,5 + L/350 мкм.
Модульная мостовая КИМ для средних и крупных деталей. Диапазоны: от 9/12/8 до 20/42/15. E0 от 1,2 + L/350 мкм. Мост из стали и алюминия с покрытием CARAT. Воздушные подшипники на всех осях. Доступна опция работы без сжатого воздуха (механические подшипники качения).
Флагманская линейка для измерений с допусками в 1 мкм и менее. Диапазоны: от 7/9/5 до 16/42/10. E0 от 0,9 + L/350 мкм (PRISMO), от 0,5 + L/500 мкм (PRISMO ultra). Скорость сканирования до 300 мм/с.
XENOS: карбидокремниевая (SiC) керамика, линейные приводы на всех осях, виртуальный центральный привод по Y. E0 по Carl Zeiss IMT.
Серия Global -- универсальные мостовые КИМ с конфигурациями Touch+, Scan+, Optics, Speed, Precision, Flexibility.
Ультраточные КИМ с замкнутой рамной конструкцией (closed-frame). Гранитное основание, неподвижный портал из чугунных стоек, гранитная траверса.
E0 по данным Hexagon (hexagon.com/products/leitz-pmm-c-line).
Аэростатические направляющие не имеют изнашиваемых деталей, однако требуют регулярного контроля качества сжатого воздуха: замена фильтров, контроль точки росы, проверка герметичности магистралей.
ШВП требуют периодической смазки. Для классов C0-C1 используются одобренные производителем консистентные смазки. Признаки износа: увеличение люфта, рост шума, повышение момента трения.
Оптические шкалы чувствительны к загрязнению. Запрещается касаться поверхности шкал и сканирующих головок.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Автор не несёт ответственности за любые действия, предпринятые на основании изложенной информации. Технические характеристики оборудования могут изменяться производителями без предварительного уведомления. Для получения актуальных спецификаций обращайтесь к официальным представителям производителей. Автор не несёт ответственности за возможные неточности и последствия их использования. Перед принятием инженерных решений сверяйтесь с актуальной технической документацией и действующими стандартами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.