книги / Металлорежущие станки Краткий курс

Станины рассчитывают на жесткость и виброустойчивость. Последовательность расчета и его методика изложены в специ­ альной литературе.

§ 4. НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТАНИН

Направляющие являются наиболее ответственной частью ста­ нины. Форма, геометрическая точность, жесткость и износостой­ кость направляющих должны обеспечить точность перемещения рабочего органа по заданной траектории и длительное сохранение этой точности. По роду трения направляющие делятся на направ­ ляющие скольжения и качения; по виду траектории на прямоли­ нейные и круговые направляющие.

Форма направляющих должна исключать возможность откло­ нения движущихся частей от заданной траектории. Она должна

Рис. 91. Формы плоских паправляющих станин:

а — плоские: б — V-образные; в — призматические; г, д — формы ласточ­ кина хвоста

быть благоприятной в отношении распределения и восприятия действующих сил. Рабочие поверхности направляющих ориен­ тируют относительно сил резания и тяговых усилий таким обра­ зом, чтобы исключить действие на рабочие органы опрокидываю­ щих моментов или свести их к минимуму.

Наиболее простую форму имеют плоские направляющие сколь­ жения (рис. 91, а). Поверхности 3 и 4 являются опорными; плос­ кости 2 и 5 обеспечивают продольное направление, ограничивая поперечное смещение в горизонтальной плоскости. Вертикаль­ ное смещение стола или суппорта предотвращается планками 1 и 6. Последние могут отсутствовать, если вес подвижных частей обе­ спечивает надежное равновесие системы. Недостатком плоских направляющих является трудность устранения зазоров между

повреждаются стружкой и обладают способностью саморегули­ роваться, но на них плохо удерживается смазка. Трудоемкость обработки призматических направляющих значительно больше трудоемкости обработки плоских направляющих. Поэтому для упрощения технологии применяют сочетание призматических и плоских направляющих (рис. 91, в).

Широкое распространение получили направляющие в форме ласточкина хвоста двух исполнений (рис. 91, г, б), реже приме­ няют направляющие круглого и многогранного сечений.

Для осуществления перемещений вращающихся столов, план­ шайб и других частей применяют круговые направляющие. Наи­ большее распространение получили плоские (рис. 92, а) и приз­ матические (рис. 92, б) направляющие. Первые проще, но требу­ ют дополнительного направления, ограничивающего смещения в горизонтальной плоскости. Призматические направляющие слож­ нее в изготовлении, но лишены указанного недостатка.

На рис. 93 показаны некоторые формы направляющих качения. В качестве тел качения, которые размещаются между сопряжен­ ными деталями, используют шарики (рис. 93, а) и ролики (рис. 93, б). В первой конструкции призмы 1 и 4 неподвижны, а де­ таль 2 связана с перемещающимся рабочим органом 3. Зазоры регулируются винтом 5. В конструкции, где ролики (рис. 93, б) находятся в контакте с призматическим пазом, регулирования зазора не требуется.

Для обеспечения точного перемещения движущихся частей в некоторых конструкциях направляющих необходимы эле­ менты, позволяющие регулировать зазоры между сопрягаемыми поверхностями. Эти элементы нужны для упрощения техноло­ гии изготовления направляющих и выбора зазора, возникаю­ щего от износа (рис. 94). Регулирование может осуществлять­ ся с помощью планки, поджимаемой к направляющим болтам (рис. 94, я), или при помощи клина 7, затягиваемого винтом 2 (рис. 94, б). В последнем случае плоскость а неподвижной де­ тали 5, сопрягаемая с клином, должна иметь уклон, соответ­

болта 4- Износостойкость направляющих определяется качеством мате­

риала и его термической обработкой. Твердость чугунных направ­

гунных направляющих. Материалом для них служат конструк­ ционная углеродистая и легированные стали (15, 20Х и др.).

Наибольшей износостойкостью обладают узлы трения, у ко­ торых чугунные направляющие станины контактируют со сталь­ ными закаленными поверхностями подвижных частей. Указан­ ные поверхности в ряде случаев изготовляют из текстолита или других пластических материалов. Это мероприятие устраняет за диры на рабочих поверхностях, направляющих, особенно станин тяжелых станков.

Большое значение для длительного сохранения точности на­ правляющих имеют микрогеометрия контактных поверхностей и защита ее от стружки, абразивной пыли, воды и др. Последнего достигают применением различного рода уплотнений в форме фет­ ровых щегок-обтирателей, комбинированных уплотнений из масло­ стойкой резины, волокна и др. Лучшими средствами защиты на­ правляющих от стружки являются металлические щитки, при­ крепленные к торцам движущейся детали.

Долговечность направляющих в большой степени зависит от правильного ухода и содержания станка, и в частности, от чистоты

и смазки. В станинах современных станков наряду с ручной смазкой широкое применение получила централизованная смазка направляющих под давлением.

§ 5. О РАСЧЕТЕ НАПРАВЛЯЮЩИХ

Расчет направляющих скольжения ведется на среднее и мак­ симальное удельное давление. Величины среднего удельного дав­ ления на каждую рабочую поверхность направляющих

Величина допускаемых удельных давлений устанавливается в зависимости от материала направляющих, скорости перемещения и группы станков. Наибольшее значение расчетного удельного давления находят по методике, изложенной в специальной лите­ ратуре.

Расчет направляющих качения ведется по контактным на­ пряжениям. При больших нагрузках на рабочих поверхно­ стях направляющих в месте контакта с телами качения воз­ никают значительные контактные напряжения, поэтому, как правило, направляющие качения применяют при небольших на­ грузках.

На основе эпюры распределения давления по длине направля­ ющих определяют наибольшее давление ртах, приходящееся на единицу длины направляющих, а по нему и максимальное усилие, действующее на наиболее нагруженное тело качения:

где к — условные напряжения, относимые к площади сечения тел качения (для коротких стальных к = 200 10б н/м2);

d — диаметр ролика в м; b — длина ролика в м;

£— поправочный коэффициент, учитывающий твердость на­ правляющих (для стальных направляющих при твер­ дости HRC 00 I = 1).

В универсальных станках за расчетное значение нагрузок при­ нимают крутящие моменты, соответствующие той или иной сту­ пени ряда чисел оборотов (см. выше).

Наиболее тяжелыми условиями работы шпинделей являются такие, которые при наибольших значениях, возникающих при резании сил, вызывают наибольшие нагрузки на шпиндельный узел. Для токарных станков, например, наиболее тяжелыми ус­ ловиями считают работу в патроне у самой передней опоры без подпора задним центром; для фрезерных станков — работу рез­ цовой головкой наибольшего диаметра и т. д.

Силы, действующие на шпиндели, и реакции опор определяют по известным методам из курса «Детали машин».

В станкостроении шпиндели рассчитывают на прочность, жест­ кость и виброустойчивость. Размеры шпинделей обычно опреде­ ляют из условий жесткости, так как допускаемые деформации, вследствие высокой точности изготовляемых изделий, малы. Поэтому, как правило, шпиндели работают при малых напряжени­ ях. Исходя из этого, расчет шпинделей на прочность в большин­ стве случаев не имеет существенного значения и может быть про­ изведен упрощенно, без учета динамического характера дейст­ вующих нагрузок.

Расчет на жесткость должен обеспечить минимальные до­ пустимые изгибные деформации шпинделя и особенно его конца. От этого зависит геометрическая точность изготовляемых изде­ лий, а также удовлетворительная работа зубчатых передач, подшипников. Чрезмерные деформации могут нарушать пра­ вильность зацепления зубчатых колес, вызывать перекос в под­ шипниках.

Расчет на жесткость носит поверочный характер и сводится к построению упругой линии шпинделя, определению стрел про­ гиба и углов поворота оси шпинделя в опорах. Шпиндель рассмат­ ривают как балку на двух опорах, тип которой зависит от типа и количества подшипников в каждой опоре. Упругую линию стро­ ят аналитически или графически, учитывая переменную жесткость балки, так как шпиндель имеет ступенчатую форму. Методы по­ строения упругой линии изложены в курсе «Сопротивление ма­ териалов».

Полученные стрелы прогиба сопоставляют с допустимыми. Последние установлены практически. В частности, наибольший прогиб шпинделя

Утах 0(0002/,

где I — расстояние между опорами шпинделя. Наибольший прогиб в месте установки зубчатого колеса

Утах 0,01/?i,

т — модуль зацепления.

Для столов станков характерна коробчатая форма с пазами на рабочей плоскости для закрепления деталей (рис. 96). Для увеличения жесткости столы усиливают ребрами.

Для закрепления инструмента и его перемещения служат суп­ порты. Как и столы, они могут быть однокоординатными и двух­ координатными. Часто суппорт должен обеспечивать и поворот инструмента.

Конструирование деталей суппорта в значительной степени подчиняется условию получения минимальных габаритов по вы­ соте. Суппорт представляет собой каретку, перемещающуюся по направляющим станины. В верхней части каретки имеется резце­ держатель, предназначенный для установки и закрепления ин­ струмента.

Планшайбы (круглые столы) обеспечивают непрерывное или периодическое вращение заготовок. Они обычно имеют коробча­ тую форму, усилены для большей жесткости радиальными и коль­ цевыми ребрами. Планшайба опирается на круговые направляю­ щие, жестко соединена со шпинделем и несет на себе элементы при­ вода вращательного движения. Порядок проведения технического расчета планшайб изложен в руководящих материалах ЭНИМСа.