Линейные направляющие рельсового типа представляют собой специальный рельс, имеющий профиль сложной формы, оснащенный четырьмя или двумя канавками, выполняющими функцию дорожек качения, и оборудованные на нем один и более линейных подшипников – кареток.

Обычно рельсы изготавливаются из хромистой стали или нержавейки высококачественных сортов и с четырех сторон шлифуются посредством высокоточного шлифования. Твердость возрастает до 58 — 64HRC в ходе индукционной закалки. Прикрепление к станине выполняется через гладкостенные или резьбовые отверстия в рельсе.

Каретки (бегунки) классифицируются по типу рекомендованных производителем крепежных фланцев.  Такой тип предусматривает  крепление к каретке и со стороны рельса, и со стороны устанавливаемых деталей. 

Другой тип крепежа к каретке имеет  крепление только у бегунка.

Линейный подшипник отличается довольно сложной конструкцией, которая состоит из корпуса, механизма, позволяющего циркулировать элементам качения (роликам, шарикам), системы фиксации элементов качения в целях предотвращения их выскальзывания из каретки в ходе снятия ее с рельса, пылезащитных уплотнений, смазочного ниппеля. Модернизированные конструкции также предусматривают установку сепаратора между деталями качения и дополнительных прокладок для смазки.

В целях дополнительной антикоррозийной защиты система может быть обработана специализированным напыляемым составом или выполнена полностью из нержавеющей стали. Также предусмотрена возможность монтажа гофрированных рукавов и ряда уплотнений со скребками, не позволяющих повредить каретки крупной стружкой металла или дерева, а также прикипевшими сварочными брызгами.

Линейные направляющие характеризуются не только габаритными и присоединительными размерами, но и прочими параметрами: грузоподъемностью, классом точности и преднатягом. Показатель грузоподъемности отдельно взятого типоразмера линейных  подшипников дает возможность оценить в заданных условиях их ресурс эксплуатации. Класс точности является отражением величины допусков на размеры, согласно которыми изготовлены подшипники и рельсы, а также допусков в сборе всего цикла «каретка — линейная направляющая».

Преднатягом являются дополнительные напряжения, которые прилагаются к линейному подшипнику в ходе его производства. Это выполняется посредством установки шариков более крупного диаметра. Класс преднатяга влияет на изменение максимальной величины упругой деформации линейного подшипника в ходе приложения к нему нагрузки. И чем больше показатель преднатяга, тем меньшая деформация будет возникать от заданной силы. Иначе, преднатяг дает возможность усилить жесткость системы посредством приложения строго определенной постоянной дополнительной нагрузки.

Рама станка может быть сварной или сборной, либо  изготовленной методом литья.

При изготовлении методом литья создается жесткая и довольно тяжелая конструкция, к тому же, трудная в реализации для станков большого формата. В связи с этим чаще применяется в малых и средних станках или в станках, имеющих большой формат, при предъявлении к ним повышенных требований точности (фрезерных центрах обработки в области машиностроения). Применяется в станках фирмы  Suda (серия SD) и пр.

Стальная рама сборная-сварная является наиболее популярной конструкцией,  сочетающей в себе высокую жесткость и простоту исполнения, если сравнивать с  литой. Однако, жесткость конструкции при этом гораздо меньше. Яркий представитель — станки Suda (серия VG), Woodpecker (серия CAMARO) и пр.

Легкая стальная рама или сборная алюминиевая – это максимально  простая по реализации конструкция, однако в ней трудно достигнуть высокой жесткости, как на литых конструкциях и конструкциях сварного типа. Часто подобные конструкции применяются в недорогих станках, однако встречаются и в более дорогостоящих машинах (к примеру, германский станок VHFСАМ 2030 activepro, представленный фирмой BALTEXIМ на выставке «Реклама-2009»).

Что следует учесть при выборе рамы станка? Основная масса  фрезерных станков имеет известную закономерность: чем это более тяжелая и  жесткая  конструкция, тем более незначительной вибрации будет подвергаться станок,  и, как следствие, будет обладать большей точностью. Именно поэтому чаще всего предпочтение отдают литым конструкциям, а в случае большого формата  — стальным сварным  конструкциям, поскольку литые сборные являются сложными в исполнении, а поэтому редко применяются в крупноформатных станках.

 2. Реализация станков: напольные и настольные модели

Напольные модели (основная масса китайских станков крупного и среднего форматов).

Положительные моменты:

— увеличенная масса станка, стандартные опоры, изготовленные в заводских условиях, дают гарантию повышенной устойчивости оборудования к различным вибрациям, что ведет к повышению точности станка, по сравнению  с настольными конструкциями;

— традиционные напольные станки имеют большую  жесткость конструкции, что существенно  увеличивает показатель точности станка.

Отрицательные моменты:

— крупные габариты станка делают более сложными такелажные работы, хотя стоит сказать, что множество станков напольного типа оснащены отвинчивающейся подставкой, что значительно уменьшает их размеры при необходимости перемещения.

Настольные модели (к ним относятся все модели Roland, основная масса китайских малоформатных станков  и пр.).

Положительные моменты:

-небольшие габаритные размеры и масса существенно упрощают такелажные работы;

— компактность – возможность устанавливать на любом удобном рабочем месте.

Отрицательные моменты:

— невысокая виброустойчивость, если сравнивать с большими, тяжелыми напольными конструкциями;

— зависимость устойчивости станка от стола-подставки для него.

Особенности выбора станков исполнения следующие: оптимальным вариантом считаются напольные конструкции, независимые от вибраций стола, на котором они располагаются. К тому же, напольные конструкции, как правило, выше.

 3.  Подвижный или неподвижный портал станка

 Неподвижный портал

Положительный момент – отсутствие вибрации шпинделя при передвижении по оси Y.

 Подвижный портал:

Положительный момент – отсутствие вибрации стола при передвижении по оси Y.

Следует учесть тот факт, что неподвижный портал для трех и более станков координатного типа подразумевает подвижность рабочего стола. Следовательно, выбирая станок, мы определяемся, что является более критичным  — вибрация портала или вибрация стола. Основываться можно на сравнении веса стола и портала (инерционности элементов). Подвижный портал применяют для больших размеров стола, при малых форматах чаще используют подвижный стол. На практике производители обеих систем стремятся получить минимальную  вибрацию и погрешности, связанные с ними.

Особенности выбора подвижности портала следующие. Проще исходить из взаимной массы подвижных частей станка: часть с меньшим весом имеет меньшую инерцию,  а значит, способна внести  минимум погрешности в перемещения.  Фрезерно-обрабатывающие центры с тяжелым шпинделем и небольшим размером рабочего стола, а также граверы малого формата следует оснащать системами  с подвижным столом. Для станков крупного формата необходимо применять станки с подвижным порталом.

Источником питания или блоком питания является устройство, служащее для понижения напряжения бытовой сети до стандартных для управляющей электроники значений. На первый взгляд, все просто, однако не следует торопиться. Именно этот компонент существенно влияет на надежность функционирования двигателей, электровыгорание элементов управления и компьютера, на пропуск шагов, увод нуля. Основная часть возникающих вопросов касается именно данной тематики, и именно в данной области ведется основная масса споров.

Линейный источник питания представляет собой понижающий трансформатор, стабилизатор и выпрямитель. Задачей трансформатора является забор на себя бытового переменного напряжения 220W и  понижение его, к примеру, до 40W. Затем выпрямитель выполняет свою задачу – превращает это напряжение в 40W постоянное. И, в заключении, стабилизатор снижает и поддерживает созданное установкой значение, к примеру, 36W. Все в совокупности позволяет запитать драйвер ШД. Положительными моментами данного устройства являются простота, устойчивость к помехам, а также невысокая стоимость. Минусами являются громоздкость и  слишком большое тепловыделение.

Импульсный ИП первоначально выпрямляет напряжение в сети, а далее проводит его преобразование в переменное напряжение 380W 20кGz, после чего посредством трансформатора производит его понижение  до 36W.  Зачем вести работы  с высокой частотой и напряжением? Ответ здесь — габаритные размеры. Трансформатор на 500W линейного источника питания имеет массу 10 kg, при этом трансформатор той же мощности у импульсного источника — порядка 100 g. Итак, плюсами являются малый вес, различные защиты (от перегрузок, перегрева, чрезмерного напряжения, автоматический перезапуск в случае короткого  замыкания), мягкий пуск. Минусами являются генерация помех и довольно сложный ремонт в домашних условиях. Следует отдать предпочтение импульсным б

локам от компании MeanWell как максимально доступным и качественным. Плохо разработанный БП доставит пользователю массу проблем.

Выбирать мощность БП следует, исходя из общей мощности нагрузки, т.е. исходя из гипотезы, что все шаговые двигатели вращаются одновременно и образовывают максимальную нагрузку. Следует просуммировать  номинальные токи шаговых двигателей, добавить запас 20% — таким образом рассчитывается необходимая мощность БП. Почему же номинальный ток,  а не разделенный на 2, ведь у ШД функционирует то одна, то вторая  обмотка. Действительно, возможно применение ИП на меньшую мощность, однако  различные драйверы ШД применяют различные технико-схематические решения, поэтому целесообразно выбрать БП с запасом и не рисковать.  К примеру, из-за неверного подключения ШД или драйвера может произойти пуск сразу двух обмоток. В данном случае повезет, если включится защита от перегрузки и произойдет отключение БП, но тогда будет трудно найти причину неисправности. А если представить, что БП кратковременно, на время шага, снизит выходное напряжение до уровня, при котором величина

тока не будет более паспортной, т.е. произойдет переключение в режим стабилизации тока. При этом, когда шаг закончится, случится возврат номинального напряжения. В результате на драйвере будет появление скачка  питания, при этом его поведение так же невозможно определить. Еще более сложным будет понять причину происшествия и появления пропусков шагов.

Производим выбор схемы заземления. Безопасность

В бытовой сети напряжение переменного типа, что означает постоянное изменение полярности, т.е. ток идет через подключенную нагрузку, меняя н

аправление: такая смена бывает 50 раз в секунду (50Gz). При этом один провод  в электросети бытового типа носит название «нейтраль», второй при этом называется  «фаза». Провод нейтрали не может изменить существующее на нем напряжение, т.е. в случае исправной проводки он должен иметь потенциал грунта, на котором размещен Ваш дом. Таким образом, это безопасный провод, и в случае, если произвести измерение напряжения (теоретически) между ним и радиатором отопления (как правило, заземлены) или водяным краном  (заземлен, т.к. водопроводная труба проходит под землей), то вольтметр покажет значение, приближенное  к нулю (допускается 3-4W). Другой привод фазный, несущий «пульсирующее» напряжение, меняющее знак относительно нейтрали и земли. Это значит,  что проведя измерение напряжения между нейтралью и фазой и землей, номинальное напряжение сети окажется равным 220V.

Не стоит брать на себя ответственность и выполнять процедуры по выделению земли из нейтрали рассмотренным способом, ведь в результате ошибки на станок может быть подано фазное напряжение. Поэтому для проведения подобных работ следует обратиться к специалисту.

Сначала производим проверку работы измерительных средств. Не стоит рассчитывать, что напряжение отсутствует: если вольтметр неисправен, он показывает нуль. Как пример  — известный взрыв газа в жилом доме в Анекке, который полностью разрушил 8 этажное здание, произошел в следствие поисковых работ по утечке неисправным газоанализатором.Итак, профессионал закончил работы. Подключаем сеть, берем вольтметр переменного и постоянного тока, фазный индикатор и проверяем все потенциалы на точность включения и безопасность.

В функционирующей розетке между 2-мя отверстиями показатель вольтметра (переменный ток) должен быть 220V. Иначе следует выкинуть неисправный прибор. Если на приборе указанный результат, один щуп соединяем с клеммой заземления в

 розетке, вторым касаемся одного и другого отверстия. Один показатель должен равняться 220V — это фаза;   другой — не более 4V — это нейтраль. Тогда прибор исправен. Необходимо взять фазную отвертку (индикатор фазы) и коснуться ей земли. Если индикатор не сработал,  касаемся нейтрали;  если не сработал — касаемся фазы.

Свечение есть, индикатор исправен. Смело подходим к станку. Сначала следует коснуться фазным индикатором всего железа, корпуса, вторичных цепей, датчиков. Фаза НИГДЕ не должна индицироваться. Не должно появляться даже полусвечение индикатора. В случае обнаружения свечения, следует все отключить одной рукой и пригласить специалиста. Если свечения нет, сле

дует найти «контрольную» землю – отопительную трубу или трубу холодного водоснабжения. Одним концом присоединяем вольтметр к этой земле, вторым производим проверку в режиме ACV. Переключаем прибор на режим DCV — измерения постоянного напряжения.

Здесь напряжение не может превышать номинальное источника питания, т.е. он вырабатывает 24V, и неоткуда взяться 30V. В случае, когда напряжение вторичных цепей превышает номинальное, которое выдается  БП, то это является явным признаком ошибки соединения или пробоя. Следует искать, откуда появилось это напряжение. Не устранив данную проблему, не следует выполнять дальнейшие действия.

Итак, проведенные измерения дали возможность нам считать, что, по кр.мере, данный станок можно трогать голыми руками. Затем необходимо проверить низковольтные цепи. Перед тем, как компьютер начнет  формирование управляющих импульсов, стоит проверить, что механическая часть и электроника готовы их принять и произвести их обработку. При этом  шины данных компьютера и станка могут сильно конфликтовать, и прежде, чем связать эти кабели, следует произвести проверку потенциалов между ними. В случае соединения компонентов,  имеющих разные потенциалы, замыкание может сжечь  электронику и сам компьютер.

На данном этапе остановимся более подробно. Существуют постоянные и наведенные потенциалы. Наведенные представляют собой обычное статическое электричество, способное достигать сотни вольт, но при этом можно просто соединить подобные  потенциалы между собой, а далее, вызвав искру, потенциалы будут уровнены и не смогут причинять вреда. Потенциалы постоянные могут появиться в результате какой-либо коммутации источников напряжения. Данные потенциалы могут быть незначительными (в вольтах), но за ними находятся мощные источники тока  —  БП станка или компьютера. При соединении таких потенциалов между собой через перемычку станет идти ток, и это будет происходить до тех пор, пока или не произойдет перегорание перемычки,  либо источник тока не выйдет из строя. Опасными являются оба типа потенциалов. Однако, наведенные являются опасными только в период коммутации, в связи с чем коммутировать (стыковать-разъединять) кабели при отключенных компонентах запрещается. Совет здесь один: в ходе подключения станка к компьютеру необходимо сначала выдернуть из розетки оба устройства, а затем соединить между собой. Только теперь можно выполнить подключение к сети.

Произвести вычисление второго типа потенциалов — постоянных — сложнее. Высокое входное сопротивление современных цифровых вольтметров (положительная их характеристика) практически не влияет на потенциалы, т.е. не меняет их в ходе измерения. А значит, следует нагрузить данные потенциалы и проследить, как они будут меняться. Теоретически, нужно поступать таким образом: пусть обнаружена разность потенциалов в системе компьютер-станок 25V. Это может быть как  наводкой, так и ошибкой соединения.  Соединив земли, можно будет угадать,  была ли это  наводка, или что-то спалить в случае ошибки соединения. Во избежание неприятностей можно поступить так: допустимый ток ИП  в компьютере не  менее 5А.  Ток ИП станка – 10А, а значит, можно дать на данные источники дополнительную нагрузку 1А, что не нанесет практически никакого вреда. Таким образом, можно  посоветовать соединить между собой потенциалы, ограничивая при этом максимальный ток в перемычке одним ампером. Исходя из закона Ома, ток равняется напряжению, деленному на сопротивление. Отсюда следует, сопротивление исчисляется как напряжение, деленное на ток. В нашем случае это 25/1 = 25Om. Итак, соединив потенциалы посредством резистора в 25Om, мы сможем или выровнять потенциалы в случае, если они наведены, или принудим идти через перемычку, оснащенную резистором, безопасный ток в 1А. Когда потенциалы уровнялись, следует смело выключать все и соединять уже без резистора. Иначе, отключая  то один БП, то другой, находим, через какой происходит утечка. Таким образом, нужно думать, проверять и устранять разность потенциалов. Надеемся, что  разности потенциалов не было вообще, и Вам удалось безопасно соединить компоненты.

Итак, соединение выполнено, проверено и запитано. Далее следует начинать настройку программы управления.