A szerszámgépek erőjátéka a következő: a forgácsolás során keletkező erőket a szerszámon illetve a készüléken keresztül a szerszámgép mozgó szerkezeti egységei, illetve a hajtásrendszer veszi fel. Végül a mozgó vázelemek az erőket a gépváznak adják át, mely a talajba juttatja, vezeti le azokat. A mozgó szerkezei egységek, illetve az álló szerkezeti egységek közötti relatív elmozdulást lineáris csapágyak, vezetékek veszik fel. A vezetékezés kialakítása egy kulcsfontosságú kérdés konstrukciós szempontból, mivel ez jelentősen meghatározza a gép pontosságát, gyorsaságát és merevségét. Alábbi cikkemben két fő vezetékezési rendszert ismertetnék: a csúszóvezetékezés és az LM-típusú vezetékezést.
Csúszóvezetékezés története, fejlődése
A csúszóvezetékezés egy fajta lineáris siklócsapágy (a köznapi értelemben vett vezetékezés nem más, mint csapágyazás szerkezettani szempontból, csak forgó-gördülőmozgás helyett lineáris haladó mozgást vezet meg). Kialakítása a következő: a mozgó és az álló szerkezeti egység között létrehozzák a megfelelő futófelületet és felfekvő felületeket, így biztosítva, hogy a rendszer csak egy irányban (egy mozgástengely) mentén legyen mozgásképes (lásd 1.és 2. ábra).
A legelső szerszámgépeket is csúszóvezetékezzéssel alakították ki. Az öntött vázelemekben kimunkálták a megfelelő felületeket. Később, a technológiai igények növekedésével nagyobb pontosságra volt szükség. A futó felületek érdességének csökkentésével csökkent a súrlódás a felületek között, így növelték a rendszer hatásfokát és pontosságát (lásd 2. ábra).
Különbséget kell tennünk azonban két súrlódás között. Az egyik a csúszó súrlódás, mely mozgás közben jelentkezik, illetve a másik a tapadási súrlódás, mely álló helyzetben jellemzi a két súrlódó pár kölcsönhatását (angolszász szakirodalomban a statikus illetve a dinamikus súrlódás a megnevezése, találóan). Az öntvény, illetve acélok esetén a tapadási súrlódási együttható mindig magasabb, mint a csúszási. Ennek következtében öntvény-öntvény súrlódópárok esetében a csúszóvezetékeken indításkor gyakran fellépett az úgynevezett akadozó csúszás (angolul: slip-stick) jelensége, mely a mozgó rendszer szaggatott, akadozó mozgását eredményezte, különösen gyorsító-lassító szakaszoknál. A felületi érdesség csökkentésével ez a hatás csökkenthető volt egy bizonyos határig. Azonban ha túl sima felületet állítottak elő, az öntvény érdesség csúcsai kis méretük miatt nagyobb felületen érintkezett, így az azonos anyagi tulajdonságok miatt fellépett a felületek közötti adhézió, mely nagyobb gondot okozott, mint maga a súrlódás (megj.: ha két raportert (mérőhasábot) sima felületük mentén erővel összecsúsztatunk, akkor a két felület annyira összetapad, hogy a felső hasábbal megtarthatjuk az alsót. Ez az azonos felületek közötti adhéziós hatás miatt van, hasonló a helyzet öntvénypárok esetén is). Az akadozó csúszás jelenségét a polimertechnika fejlődésének köszönhetően tudták hatékonyan kezelni. A csúszóvezetékek érintkező felületeit PTFE réteggel (Politetrafluoretilén – teflon) burkolták be, melyet epoxi gyantával rögzítettek az öntvény felületén (lásd 3. ábra).
Napjainkban külön termékek jelentek meg kifejezetten csúszóvezeték burkolási megoldásokkal, melyek nemcsak teflon réteget jelentenek, de akár teflon mátrixú, színes- és könnyűfém erősítőanyagú kompozitokat. A teflon – öntvény tapadási és csúszási súrlódási együtthatója közel azonos (de nem egyenlő!). A teflon mátrixú bevonó rétegben általában bronz- illetve zink ötvözeteket raknak erősítő anyagként, hogy növeljék a teflon siklási tulajdonságát, illetve a teherviselő képességét. Kész termékként, tekercselt formában kaphatóak, olyan márkanevek alatt mint: Turcite A és B, Rulon (lásd 4.ábra).
A slip-stick jelenségét így a szerszámgépgyártók tudták csökkenteni, teljesen kiküszöbölni azonban nem sikerült. A siklási tulajdonságok javítása érdekében a szilárdkenésű vezetékeket (kenőanyag: teflon) vegyítették a hidrodinamikus elven működő siklócsapágyakkal, vagyis a teflon réteg közé vékony kenőolaj réteget jutattak, mely növelte a rendszer hatásfokát. Általában ennek a rétegnek a vastagsága 8-10 mikron, felső kategóriás szerszámgépek esetén 3-4 mikron. A másik megoldási módszer a hidrosztatikus vezetékezés, mely abban különbözik, hogy külső energiaforrás segítségével állítják elő a kenőanyag nyomását, pl.: a kenőolaj folyamatos, adott nyomású adagolásával, ritkán nagynyomású levegő befújatásával a súrlódó felületek közé (lásd 5. ábra).
Bár az évtizedek- századok alatt nagyságrendekkel csökkent az akadozó csúszás jelensége, mégsem lett teljesen megoldva. A csúszóvezetékek keresztmetszete trapéz vagy fecskefarkas kialakítású, általában vezetékenként 2, felsőkategóriás szerszámgépek esetén 3 felfekvő felülettel. A kialakítás lehet 2 vezetékes, vagy akár egy vezetékes is. A csúszóvezeték egyik legnagyobb hátránya a magas költsége, melyet a felületek hónolása adja, egyedi technikája miatt.
LM-típusú vezetékezés története, fejlődése
A csúszóvezetékek korlátozott mozgási tulajdonságai és költségei miatt a 70-es években új megoldási lehetőségeket kezdtek el keresni a szerszámgépgyártók, melynek az eredménye az LM-típusú (LM- Linear motion) lineáris, szerelt vezetékes konstrukciós kialakítás. Kialakítása a következő: áll egy öntvényvázra szerelt vezetékből, illetve egy lineáris csapágyból (hétköznapi nevén: kocsi vagy saru). A lineáris csapágy kosaraiban helyezkednek el a gördülő elemek a csapágy felfekvő felülete és a vezetékei között (lásd 6 ábra).
A vezeték és az álló vázszerkezet külön egységet képez, így a hónolásra szánt felületek számát vezetékenként egyre, vagy két kisebbre csökkentették, melyhez a külön gépelemet képző vezetéket illesztették. A vezetékek árát az is jelentősen csökkente, hogy külön gyártók, cégek alapultak a vezetékek és lineáris csapágyak gyártására, így szabványos gépelem lett a lineáris, LM-típusú vezetékezésből. A költségek csökkentése mellet a másik újító jelenség volt a siklócsapágy jelleg lecserélése gördülő elemes lineáris csapágyéra. A testek gördülési ellenállása egy nagyságrenddel kisebb, mint a súrlódási ellenállása (egy tárgyat egyszerűbb gurítani, mint tolni), 0,01 –es nagyságrend a csúszás 0,1-es értékeihez képest. A hihetetlenül magas árcsökkenés, az akadozó csúszás teljes mértékű eltűnése, és a gördülési ellenállás alacsony mivolta miatt a 70-es évek végére egyeduralkodó lett a szerszámgépiparban az LM-típusú vezetékezési megoldás, melyet a 80-as évek végére egy jelentős hanyatlás követett, miután 3-5 évi üzemelés után rájöttek a megoldás hibáira.
Szerző Juhász Miklós
Képek forrása:
[1] http://www.smart-energy.hu/termekek/samsung-fuggoleges-cnc-eszterga/30-pl-800v-pl-800vm
[2] http://www.fryermachine.com/production/vb_series1.html
[3] http://mtsandtg.com/turcite-application
[4] http://www.aetnaplastics.com/products/d/Turcite/
[5] http://www.hwacheon.com/Views/Product/Pop/pop_pic.aspx?id=58
[6] http://www.thk.com/?q=eng/node/231