Принципиальная конструкция рельсовых направляющих качения приведена на рис. 4.
 Рис. 4. Принципиальная конструкция рельсовой направляющей качения |
Рельс (1) с двух сторон имеет продольные параллельные опорные дорожки (2) для тел качения (шарики или ролики). Форма и количество дорожек определяются типом тел качения и эксплуатационными характеристиками системы.
На рельсе смонтирована подвижная каретка (3), имеющая внутренние продольные опорные поверхности (их количество и форма соответствуют опорным дорожкам рельса) и продольные каналы (4) возврата тел качения. По торцам каретки закреплены торцовые плиты, или крышки (5), обеспечивающие замкнутое перемещение тел качения с опорных дорожек каретки в каналы возврата и обратно. В каретке так же смонтированы ограничители (6), предохраняющие тела качения от выпадения при аварийном смещении каретки с рельса. Рельс и каретка имеют опорные поверхности, соответственно, (7) и (8), для установки на неподвижный и подвижный узлы станка, и монтажные отверстия (9) и (10) для их закрепления.
Наибольшее распространение в промышленности и, в первую очередь, в точном машиностроении и в станкостроении получили шариковые рельсовые направляющие качения, у которых радиус кривизны дорожек близок к радиусу шариков.
Поверхность контакта шариков при приложении нагрузки в этом случае получается не меньше поверхности контакта роликов в системе роликовых направляющих (в особенности при наличии таких погрешностей монтажа, как непараллельность, разновысотность, извернутость). В результате нагрузочная способность у соответствующих исполнений шариковых направляющих при тех же размерах может быть и выше, чем у роликовых направляющих. Так, например, японская компания ТНК, изготавливающая как шариковые, так и ограниченное количество роликовых направляющих, приводит такое сопоставление нагрузочной способности 25-го типоразмера с удлиненной кареткой SNR25LC, имеющихС=57 кНиС0=101 кН, с роликовыми направляющими того же типоразмера SRG25LC, имеющих С=34,2 кН и С0=75 кН.
Кроме того, у шариковых направляющих даже при определенных монтажных погрешностях не может произойти блокировки (заедания) каретки, что часто случается у роликовых направляющих при таких же и даже меньших погрешностях из-за перекоса роликов.
У имеются два конструктивных принципа контакта шариков с сопряженными поверхностями рельса и каретки: контакт по двум точкам (при круговом контуре дорожек, см. рис. 4 а1) и контакт по четырем точкам (при контуре дорожек типа «стрельчатая арка», см. рис. 4 б1). Круговой контур дорожек имеет преимущество по сравнению с арочным по следующим основным причинам.
При приложении нагрузки и при преднатяге у кругового контура, границы контактной зоны, определяемой диаметрами d1 и d2 (точки В и А на рис. 4 а2), близки к диаметру шариков. Их окружные скорости по отношению к оси вращения шарика мало отличаются друг от друга, вследствие чего дифференциальное проскальзывание поверхности шарика относительно дорожки достаточно мало. Это обеспечивает плавное и легкое движение каретки. При такой же нагрузке при готическом контуре границы контактных зон (точки В и А на рис. 4 б2) имеют большую разницу расстояний от оси вращения шарика, вследствие чего резко увеличивается дифференциальное проскальзывание (см. рис. 4 б3), что приводит к увеличению трения, сопротивления движению каретки и уменьшению долговечности системы.
Из-за монтажных перекосов рельса и каретки при действии боковой нагрузки при круговом контуре положение точек контакта А и В немного смещается, что не приводит к нарушению плавности перемещения и уменьшению долговечности. При готическом контуре в этих условиях контактные зоны изменяются существенно, что приводит к увеличению трения, усилия сопротивления движению и уменьшению долговечности. Вследствие сказанного в контуре типа "стрельчатая арка" возрастают требования к точности монтажа рельса и каретки.
В круговом контуре при контакте шарика с дорожками рельса и каретки в двух точках под действием нагрузки шарик деформируется плавно и без существенного искажения своей формы. В контуре типа «стрельчатая арка» контакт шарика происходит в четырех точках, под действием нагрузки его форма искажается сильнее, «шарообразность» теряется. Это приводит к тому, что свободное качение затрудняется, а силы сопротивления движению каретки возрастают. Кроме того, для увеличения преднатяга в контуре типа «стрельчатая арка» требуется значительно большее усилие, чем в круговом контуре, это может существенно влиять на снижение несущей способности и долговечности направляющих. В силу изложенных обстоятельств и некоторых других, являющихся их следствием, круговой контур контактных дорожек рельса и каретки с касанием шарика в двух точках в настоящее время получил преимущественное распространение. Внешний вид рельса с установленной кареткой такого типа приведен на рис. 5.
Рис. 5. Внешний вид рельсовой направляющей качения с кареткой.
Модельный ряд рельсовых направляющих качения различных производителей содержит десятки и даже сотни типоразмеров. Выбор серии и нужного типоразмера рельсовых направляющих и кареток производится по аналогии с выбором подшипников качения — на основании инженерных расчетов. При этом необходимо учитывать размеры и тип станка (машины, механизма), характер применения, особенности технологического цикла, температурный режим и другие параметры, определяющие технические требования к системам рельсовых направляющих.
Продукция основных компаний-производителей компонентов систем линейных перемещений и линейных направляющих в частности достаточно хорошо известна отечественным машиностроителям. Фирменные каталоги были доступны в научно-технических библиотеках, которые сегодня постепенно заменяет Интернет. Образцы продукции регулярно демонстрируются на различных выставках, таких как московские «Металлообработка» и «Машиностроение». В течение многих лет в России использовались направляющие ТНК, Rexroth, INA, Thomson, Schneeberger, NSK и др., например, в составе серийно выпускаемой продукции и экспериментальных моделей станков Ивановского завода тяжелого станкостроения (традиционно INA и Rexroth), Стерлитамакского станкостроительного и Савеловского машиностроительного заводов (Rexroth и THK).
В Российской Федерации рельсовые направляющие качения сопоставимого качества, к сожалению, не производятся. На Липецком станкостроительном заводе в порядке эксперимента начато освоение технологии изготовления шариковых рельсовых направляющих качения (РНК) — мелкими сериями по предварительному заказу. В настоящее время завод может производить четыре модели таких направляющих (СМ25ТА, СМ25ТУ, СМ45ТАи СМ15), однако недостаточное количество типоразмеров и конструктивных исполнений, ограниченность их технических параметров (классы точности P, SP и UP не изготавливаются) пока что не позволяют им занять сколько-нибудь заметное место на российском рынке компонентов для машиностроения. Информация об этой продукции, ее характеристиках и возможностях производства, включая руководство по эксплуатации (2-29849377-РЭ), имеется на значительном количестве предприятий, однако в станкостроении, в машиностроении и в промышленности вообще преимущество остается за иностранными компаниями.
SBC производит цилиндрические, роликовые V-образные и шариковые рельсовые направляющие качения и каретки к ним, а так же дополнительное оборудование и компоненты. На этой элементной базе изготавливаются линейные модули и готовые системы линейных перемещений. Продукция компании SBC имеет современный технический уровень, представлена в каждой категории несколькими отдельными сериями с десятками типоразмеров для различных применений и, вследствие более приемлемой стоимости и сроков поставки, может оказаться более предпочтительной для отечественных потребителей по сравнению с продукцией других фирм, перечисленных выше.
