В конструкції верстата з ЧПУ використовується кілька типів направляючих. Саморобні пристрої нерідко комплектуються рейками з каретки друкарської машинки, принтера або покупними. Якість і характеристики направляючих впливають на можливості верстата з ЧПУ і точність обробки, тому економити на їх покупку не варто.
Вали круглого перетину Найбільш широко застосовуваний і недорогий тип напрямних це поліровані вали. Вони просто монтуються, обробляються, купити такі деталі не проблема. Вали виробляють з високоміцної сталі, в основному, шарикопідшипникової, марок ШХ15 СГ, ШХ15, 95Х18-Ш. Вони додатково піддаються індукційному гартуванню верхніх шарів, після чого поліруються. Загартування індукційним методом підвищує термін експлуатації і знижує ступінь зносу. Полірована поверхня дозволяє рухатися каретці з мінімальним тертям за рахунок ідеальної гладкості. Фіксуються вали своїми руками, з двох кінців, дуже просто і швидко.
У продажу безліч підробок, виконаних з металу низької якості. Адже перевірити твердість сталі на місці не представляється можливим. Ця модель напрямних має низку недоліків: • немає фіксації на підставі. Вал утримується лише за рахунок двох кінцевих кріплень, що значно полегшує установку своїми руками, але робить напрямні незалежними від стільниці. Це збільшує ймовірність неточностей при обробці, направляючі може повести, з часом вони викривляються. • провисають на довгих відрізках. У зв'язку з провисання вали довше 100 см в верстатобудуванні не застосовують. Слід також враховувати співвідношення товщини і довжини вала. Оптимальним вважається співвідношення 0,05, а краще від 0,06 до 0,1.
Лінійні підшипники на круглий вал Використовується два типи лінійних підшипників для напрямних: • кулькові втулки; • підшипники ковзання. Кулькові втулки або підшипники кочення в порівнянні з каретками рейок володіють двома великими недоліками: мала вантажопідйомність, великий люфт. Щоб каретка не розгорталася, потрібно на кожну вісь ставити по парі валів. Мінуси кулькових підшипників кочення:
• витримують мале навантаження; • невисокий ресурс роботи - кулька прилягає до валу лише в єдиній точці, тому тут утворюється високий тиск. Поступово в місці зіткнення пробивається канавка і вал необхідно своїми руками змінювати; • великий люфт - дешеві підшипники (а їх більшість) виробляються зі значним люфтом; • легко забиваються тирсою і пилом.
Підшипники ковзання. Підшипники цього типу виготовляють з м'яких металів, капролона, вони працюють за принципом тертя ковзання. Якщо при експлуатації витримуються всі допуски, вантажопідйомність і точність такого підшипника не менш, ніж кочення. Разом з тим, йому не страшні тирсу і пил. Але це стосується лише бронзових деталей, грамотно оброблених. Поступово виріб зношується і його необхідно періодично підганяти, щоб прибрати зазори. Найчастіше при виготовленні напрямних своїми руками, використовуються більш доступні кулькові підшипники.
шліцьові вали Вал круглого перетину має поздовжні пази, за якими рухаються кульки втулки. Конструкція має підвищену жорсткість в порівнянні простими шліфованими валами, більш тривалим терміном експлуатації, здатна сприймати з втулки зусилля кручення. При цьому вони також легко монтуються на два кріплення по кінцях. Завдяки конструкції можна забезпечувати натяг вала, тому їх використовують при необхідності кріплення напрямних по кінцях.
Один з основних мінусів шліцьових напрямних - їх висока ціна, тому в звичайних верстатах з ЧПУ вони використовуються рідко. циліндричні вали Конструкція циліндричних валів дозволяє утримувати рівень по всій довжині, повністю виключаючи провисання під вагою каретки або своїм власним. Такі напрямні називаються ще лінійними опорними валами, фіксуються вони прямо до корпусу верстата з ЧПУ через передбачені в опорах різьбові отвори. За таким напрямних можуть рухатися каретки великої ваги без провисання.
Мінуси циліндричних валів: • малий термін експлуатації; • помітний люфт втулок. Якщо підшипники лінійного типу однаково працюють з навантаженнями різного спрямування, то на циліндричних валах каретки показують меншу стабільність. Це пояснюється замкнутою поверхнею втулок, якою не володіють каретки. Тому слід бути готовим до того, що апарат з ЧПУ малого розміру з важкою кареткою на опорних валах буде працювати з більшою похибкою, ніж такий же верстат з ЧПУ на звичайних круглих рейках. Технологія виготовлення циліндричних рейок дуже проста, тому їх виробляють і відомі фірми, і кустарні майстерні. Цим пояснюється розкид технічних характеристик і цін. Найчастіше каретки і рейки одного виробника «ноу нейм» не збігаються.
Профільні рейкові напрямні Такі напрямні встановлюються в верстатах ЧПУ особливої точності, фіксуються прямо до станини, вони можуть бути кульковими і роликовими. Кулькові профільні напрямні На профільних напрямних є доріжки, по яких переміщається каретка. Тому навантаження розподіляється рівномірно по довжині доріжки: кулька каретки прилягає до рейки по дузі. Рейки-напрямні характеризуються геометричною точністю. При переміщенні важкої каретки їх прямолінійність не порушується. Служать вони довго і практично не дають люфт.
Мінуси кулькових рейок: • до місць кріплення існують високі вимоги по прямолінійності і шорсткості; • досить складно монтуються на верстат з ЧПУ. У продажу можна знайти моделі кареток і напрямних з різними вантажопідйомністю і преднатягом. Виробництво рейок дорого, технологія складна. Тому кустарі не займаються їх виготовленням, а представлена на ринку продукція досить якісна. Гідні напрямні випускають, наприклад, під марками ТНК і Hiwin.
Роликові профільні напрямні Це один з різновидів профільних рейок з плоскими пазами кочення. Опорні модулі замість кульок оснащуються роликами. Завдяки цій різниці напрямні виходять ще більш жорсткими, що витримують великі вантажі і тривалий термін експлуатації. Такі рейки встановлюють на інтенсивно працююче обладнання для фрезерування каменю, міцних марок сталі і чавуну.
Призматичні рейки і «ластівчин хвіст» Їх встановлюють на металообробних виробництвах, де потрібна підвищена жорсткість. Рейки «ластівчин хвіст» представляють собою два ковзних один по одному, плоских елемента. Відмінність конструкції в великій площині дотику. Такі рейки можна демонтувати, вони є частиною станини. Їх виробництво і ремонт досить складні, поміняти їх своїми руками взагалі неможливо. Тому конструкція використовується тільки в професійних верстатах з ЧПУ.
Саморобні напрямні з того, що знайшлося під рукою Найпростіші напрямні можна зібрати своїми руками з металевого куточка, підшипників, гайок і болтів. Алюмінієві куточки для напрямних використовувати не варто - деталь доведеться міняти дуже часто. Адже шарикопідшипники каретки будуть виїдати в ній доріжки. Переважно сталевий куточок або кругляк. Залежно від інтенсивності використання його можна загартувати або залишити, як є. Але неодмінно слід відшліфувати, зменшивши тертя. Найбільш простий і бюджетний варіант це напрямні зі старого принтера.
Не слід підбирати дуже широкі підшипники, це марно. Ширина «виїдають» доріжки на направляючої не залежить від габаритів підшипника. Діаметр болтів повинен збігатися з внутрішнім діаметром підшипника.
