Учёт при проектировании возможных погрешностей монтажа систем линейного перемещения

Насколько важно для проектировщиков и дизайнеров уметь адекватно учитывать в своих проектах опасность возникновения, при монтаже линейных направляющих, разного рода погрешностей? Весьма важно - прежде всего в тех случаях, когда спецификой решаемой задачи в принципе не выдвигается сверхстрогих требований к точности перемещений, для выполнения которых было бы оправданным использование - и безукоризненная установка - действительно высокоточных систем перемещения - например, направляющих с системами рециркуляции шариков.

Для решения большинства распространённых задач гораздо выгоднее проектировать системы перемещения, способные нормально функционировать несмотря на некоторую неидеальность их монтажа, чем добиваться полной идеальности последнего. При этом сами по себе огрехи монтажа, при непринятии адекватных мер борьбы с ними, являются одной из основных причин досрочного износа линейных направляющих и их выхода из строя. Направляющие, в принципе способные нормально работать годами, будучи смонтированными с выходом за пределы определённых для их установки геометрических допусков, могут не проработать и нескольких месяцев.

Чем уже поля геометрических допусков, подлежащих соблюдению при монтаже направляющих, тем выше требования к качеству изготовления несущих поверхностей, на которые эти направляющие планируется устанавливать, соответственно тем дороже обходится изготовление того оборудования, элементами которого являются и такие поверхности, и такие направляющие. Применение направляющих, имеющих ограниченные возможности автоматической компенсации геометрической неидеальности несущих конструкций, зачастую приводит к тому, что на этапе изготовления станин станков несущие поверхности, предусмотренные под установку таких направляющих, приходится неоднократно переделывать, потому как с первого раза обеспечить нужную плоскостность и/или ровность и/или взаимную параллельность таких поверхностей, требуемые для нормальной работы таких направляющих на таких поверхностях, с первой попытки не удаётся. Всё это увеличивает сроки изготовления оборудования, и удорожает последнее, а, следовательно, и увеличивает затратность всех тех проектов, в рамках которых планируется использовать изготавливаемое оборудование.

В подобной ситуации для проектировщика было бы разумным попытаться избежать всех проблем, связанных с возможными огрехами монтажа, ещё на стадии разработки проектного решения. В этой связи теоретически представимы два различных подхода:

• предусмотреть в проекте использование технологий, позволяющих полностью исключить риск как возникновения любых неидеальностей несущих поверхностей, так и ошибок самого монтажника;
•  предусмотреть в проекте использование направляющих, малочувствительных к огрехам монтажа - например, направляющих серий «Compact Rail» или «Compact Rail Plus» компании «Rollon».

В рамках первого подхода, проектировщику приходится прибегать к использованию высокоточных и сложных систем перемещения - в большинстве случаев основанных на шариковых подшипниках, и к высокоточной - а соответственно и дорогостоящей - машинной обработке несущих поверхностей. Да, установить высокоточную систему на специально подготовленную и изготовленную по высокому классу точности поверхность в некоторых случаях может быть просто и дёшево, и ошибиться монтажнику при этом трудно - но высокие затраты в данном случае просто «переезжают» из графы «монтаж» в графы «компоненты» и «изготовление оборудования», поскольку и высокоточные системы перемещения, и высокоточная машинная обработка поверхностей станин - вещи недешёвые.

В некоторых случаях даже высокоточной машинной обработки несущих поверхностей оказывается недостаточно, и установленные на них направляющие приходится разными способами дополнительно усиливать, придавая им - а точнее, их несущим поверхностям - добавочную жёсткость, необходимую во избежание прогиба под нагрузкой.
В рамках первого подхода проектировщикам также зачастую приходится мириться с необходимостью применения сложных методов монтажа, без которых не удаётся обеспечить необходимую точность последнего. В результате монтажникам приходится мучительно выравнивать направляющие с микронной точностью буквально миллиметр за миллиметром, используя для этой цели разного рода приспособления и проставки - часто самодельные

Однако у этого первого подхода есть альтернатива - она заключается в использовании линейных направляющих с функцией самоустановки (самоцентрирования). В отличие от систем с рециркуляцией шариков, в этих направляющих используются элементы качения сравнительно крупного размера, а также профили, допускающие смещение этих элементов качения относительно направляющей в определённых пределах без ущерба для эксплуатационных характеристик последней; также у таких направляющих предусматривается возможность простого регулирования преднатяга, позволяющая обеспечить более равномерное распределение нагрузки между подшипниками.
Отличным примером направляющих такого типа являются изделия серии «Compact Rail» компании «Rollon». Уникальная геометрия их профилей позволяет данным направляющим компенсировать геометрические огрехи монтажа величиной до 3,9 мм в осевом и до ±2 ° в радиальном направлении.

На практике это означает, что применительно к паре направляющих, отстоящих друг от друга на 500 мм, может быть автоматически скомпенсирована их допущенная при монтаже разновысотность величиной до 20 мм. Одновременно с этим способность роликов «плавать» в горизонтальном направлении позволяет паре направляющих автоматически компенсировать собственную взаимную непараллельность в горизонтальной плоскости - т.е. пара направляющих способна продолжать нормально работать даже в случаях, когда они установлены таким образом, что не параллельны друг другу, а сходятся или, наоборот, расходятся.
С точки зрения машиностроителя, подобные самоустанавливающиеся направляющие предоставляют ему бὀльшую свободу проектирования, и позволяют уменьшить затраты. С уменьшением строгости требований, предъявляемых к качеству монтажных поверхностей под установку линейных направляющих, упрощается процесс проектирования оборудования, и появляется возможность использовать как менее дорогостоящие материалы станин, так и менее затратные технологии изготовления последних.

Так, например, направляющие «Compact Rail» допускается монтировать даже непосредственно на поверхности, выполненные из листового металла и заведомо непригодные под установку на них традиционных линейных направляющих. Такая возможность позволяет проектировщику, в частности, исключить дорогостоящие операции машинной обработки монтажных поверхностей, и устранить зависимость конечного результата от точности соблюдения монтажником всех тонкостей сложной технологии, применяемой для монтажа высокоточных направляющих.