62. Требования к направляющим скольжения, формы направляющих

Требования

Проектирование направляющих включает выбор их типа, разработку конструкции, выбор системы смазывания и защитных устройств. Направляю­щие должны обеспечивать точность перемещения, движения или положения ра­бочего органа станка, быть жесткими, долговечными, обладать хорошими демпфирующими свойствами. При проектировании направляющих выполняют расчеты среднего или максимального давления, скорости изнашивания, крити­ческой скорости движения рабочего органа, жесткости.

Металлорежущие станки оснащают направляющими скольжения, качения и комбинированными. Направляющие скольжения могут быть с полужид­костной, жидкостной и газовой смазкой. Комбинированные объединяют до­стоинства направляющих разных типов.

Применяют направляющие прямолинейного и кругового движения, гори­зонтального, вертикального и наклонного исполнения.

Точность движения по направляющим рабочего узла, несущего заготовку или инструмент, зависит от первоначальной точности изготовления направляю­щих, жесткости и температурных деформаций корпусных деталей, зазоров в направляющих, обусловливающих переориентацию узлов при реверсе. Так, зазор в направляющих скольжения полужидкостного трения, составляющий 0,02...0,03 мм, приводит при реверсах к такому же по величине смещению (переориентации) рабочего органа и еще большему искажению траектории режущего инструмента.

Силы трения в направляющих оказывают влияние на тепловыделение и их температурные деформации, мощность привода перемещающегося узла, рассогласование в следящей системе, погрешность позиционирования и зону нечувствительности. Силы трения зависят от типа направляющих (низкие — в аэростатических, гидростатических и направляющих качения, высокие — в направляющих скольжения с полужидкостной смазкой), а также от материа­лов пары трения, качества смазочного материала.

Формы направляющих. Прямоугольные (плоские) направ­ляющие (рис. 11.1, а, табл. 11.1) просты по форме, технологичны при изготовлении и сборке. На горизонтальной несущей грани хорошо удерживается смазочный материал, но для удаления с нее стружки необходимы дополнительные устройства. Для регулирования зазоров требуются планки или клинья. Прямоугольные охватываемые направляющие применяются для поперечин, стоек, консолей станков разных ти­пов, в протяжных, тяжелых токарных и аг­регатных станках (для силовых головок и столов).

Треугольные (призматичес­кие) направляющие (рис 11.1,5, табл. 11.2, 11.3) в изготовлении сложнее прямоугольных. Охватываемые направляю­щие плохо удерживают смазочный материал. Благодаря автоматическому устранению за­зоров под действием силы тяжести подвиж­ного узла точность его положения повы­шается. При одинаковом нагружении обеих граней направляющие делают симметричны­ми с углом 90°. В случае разной нагрузки на грани более нагруженную из них делают шире Область применения охватываемых направляющих — станины токарных, ре­вольверных, координатно-расточных стан­ков, направляющие плиты силовых столов повышенной точности агрегатных станков. Охватывающими направляющими (V-об­разными) снабжают станины продольно-строгальных станков.

Трапециевидные направляющие (типа "ласточкин хвост") имеют малые габариты по высоте (рис. 11.1, в), регулируются од­ним клином или планкой. Направляющие сложны в изготовлении, плохо рабо­тают при большом опрокидывающем моменте, в них возникают большие силы трения. Охватываемые направляющие применяют при проектировании сала­зок суппорта токарных станков, охватывающие — для столов фрезерных стан­ков, станин поперечно-строгальных станков.

Цилиндрические направляющие охватываемого типа (рис. 11.1, г) имеют низкую жесткость, требуют сложных устройств для регулиро­вания зазоров, применяются при небольших ходах рабочих органов.

Направляющие комбинированного типа сохраняют пре­имущества направляющих тех форм, из которых они состоят. Например, ох­ватывающие направляющие, в которые входят одна прямоугольная и одна тре­угольная (рис. 11.1, д), применяют для станин шлифовальных, координатно-расточных, продольно-строгальных, продольно-фрезерных и токарных стан­ков; такие же направляющие охватываемой формы— для станин токарных станков. Направляющие, которые представляют собой комбинацию прямо­угольной и половины трапециевидной (рис. 11.1, е), используют, когда на суп­порт действует опрокидывающий момент, когда требуется обеспечить повы­шенную жесткость регулировочных планок или клиньев, расположенных со стороны отрыва.

63. Направляющие из серого чугуна. В связи с тем, что базовые детали станков часто изготовляют из серого чугуна, пару трения чугун—чугун широко приме­няют для направляющих станков, хотя износостойкость ее недостаточна. Износостойкость чугунных направляющих прецизионных станков повышают путем легирования материала станины или накладных планок никелем, хромом, молибденом. С этой же целью производят поверхностную закалку одной из сопряженных поверхностей до 48...53 НRСэ с нагревом токами высокой частоты или газопламенным методом, а также объемную закалку планок из легированного чугуна. Повышают износостойкость направляющих хромированием (слой хрома толщиной 25...30 мкм обеспечивает твердость направляющей до 62...72 НRСэ и повышение износостойкости в 4-5 раз), напылением износостойких покрытий. Коэффициент трения покоя в чугунных на­правляющих с полужидкостной смазкой высокий — в среднем равен 0,25, что обусловливает большую силу трения и соответствующую ей недопустимую для ряда станков (например, с ЧПУ) деформацию привода подач. Значитель­ная разность коэффициентов трения покоя и движения (в среднем 0,09) вызывает относительно большую погрешность позиционирования (до 0.01... 0,02 мм).

Пару чугун-чугун допускается использовать для направляющих станков, выполняющих легкие работы, хорошо защищенных от загрязнений, с удов­летворительным смазыванием, а также для редко работающих или неответст­венных направляющих.

64. Направляющие из стали. Накладные направляющие скольжения имеют вид массивных планок прямоугольной или треугольной формы. Их рабочая поверхность должна обладать высокой износостойкостью в условиях абра­зивного изнашивания. Поэтому твердость поверхности должна быть не менее 58 HRC_э [83]. Для треугольных планок толщиной 40 мм и длиной до 1000 мм рекомендуется сталь 18ХГТ, упрочняемая цементацией и последующей объем­ной закалкой, а для планок толщиной 50...115 мм и длиной до 2500 мм — сталь 8ХФ, подвергаемая закалке с индукционным нагревом. Короткие тре­угольные планки (длиной до 600 мм) изготовляют из стали ШХ15СГ с объем­ной закалкой, прямоугольные планки сечением 25x500 мм — также из стали ШХ15СГ или 9ХС, планки сечением от 40x500 мм до 100x2500 мм — из стали 8ХФ. Для направляющих станков высокой точности рекомендуются азотируе­мые стали ЗОХЗМФ и 38ХМЮА.

Стальные направляющие рекомендуются для станков с числовым про­граммным управлением, станков, предназначенных для цехов крупносерий­ного и массового производств, а также для легких и средних универсальных.

65. Направляющие из наполненного фторопласта. Наполненный фторопласт - это полимерный материал с наполнителем из бронзы, кокса, графита, дисуль­фида молибдена, играющих роль смазочного материала. Наполненный фторо­пласт Ф4К15М5-Л-ЭА в виде ленты толщиной 1,7 мм с помощью эпоксидной смолы наклеивают на направляющие стола, суппорта, салазок. Коэффициент трения в направляющих из наполненного фторопласта в паре с чугуном или за­каленной сталью составляет 0,04...0,06 и в области низких скоростей скольже­ния мало изменяется. Для таких направляющих характерны малая сила тре­ния, высокая износостойкость, достаточная жесткость, удовлетворительная равномерность подачи, высокие точность и чувствительность позиционирова­ния (зона нечувствительности по сравнению с традиционными направляющими скольжения с парой трения чугун—чугун снижается в 3—6 раз). Направляю­щие из наполненного фторопласта применяют в станках с ЧПУ, тяжелых и вы­сокоточных. При использовании нелегированного масла коэффициент трения f в паре чугун-чугун при переходе к движению резко уменьшается, что при­водит к колебаниям скорости скольжения в области малых скоростей. В паре наполненный фторопласт — чугун коэффициент f при переходе к движению не снижается, это обеспечивает ее хорошие антискачковые свойства. При сма­зывании антискачковым маслом коэффициент трения у наполненного фторо­пласта почти не изменяется, у других материалов снижается до 0,1, но остается вдвое выше по сравнению с наполненным фторопластом.

Конструкция накладной направляющей из наполненного фторопласта при­ведена на рис. 11.3. Лента 1 помещается в углубление, обработанное на на­правляющей стола 2 (рис. 11.3, б). Для фиксации ленты при приклеивании и повышения прочности крепления ее концов к обоим торцам стола больших габаритов приклеивают текстолитовые планки 3, которые дополнительно кре­пят винтами 4. Если планки не предусмотрены, расстояние от конца приклеен­ной накладки до торца стола должно составлять 5 мм (рис. 11.3, в). Для за­щиты боковых кромок направляющих от смазочного масла и охлаж­дающей жидкости используют антифрикционные пастообразные эпоксидные компаунды (рис. 11.3, г). Смазочные канавки на горизонтальных направ­ляющих из наполненного фторопласта выполняют тех же конфигураций, что и на чугунных. Предпочтительными считаются поперечные канавки с подводом масла в каждую (рис. 113, а). Ширина канавки b выбирается в зависимости от ширины направляющей с:

66. Устройства для регулирования зазоров в направляющих. Предусматривая регулирование зазоров, упрощают технологию изготовления направляющих. Кроме того, регулированием зазоров периодически устраняют последствия их изнашивания.

Прижимными планками (табл. 11.4) после пригонки по их базовой по­верхности создают необходимые зазоры в горизонтальной плоскости направ­ляющих. Регулировочными планками (табл. 11.5, 11.6) изменяют зазоры в прямоугольных и трапециевидных направляющих, когда на их боковую плос­кость действуют относительно малые силы. Зазоры регулируют винтами или пальцами с эксцентричным элементом. Регулировочные клинья с уклоном от 1:40 до 1:100, перемещаемые в продольном направлении (рис. 11.4), приме­няют для направляющих с тяжелыми условиями работы, при необходимости тонкого регулирования зазоров или повышенных требованиях к жесткости.

С целью снижения податливости направляющих планку или клин располагают на их менее нагруженной боковой стороне.

67. Устройства для защиты направляющих. Защитные уплотнения выполняют в виде металлических скребков, прикрепленных к торцу стола, суппорта, салазок и прижимаемых к направляющим благодаря собственной упругости или пружине (рис. 11.5, а), а также в виде войлочных (рис. 11.5, б), полимерных или комбинированных уплотнений. Металлические скребки не предохраняют зону трения от мелких частиц загрязнений, войлочные уплотнения сами быстро загрязняются и истирают поверхность направляющих. Рабочие поверх­ности лучше очищают резиновые и пластмассовые уплотнения (рис. 11.5, в), применяемые самостоятельно или в комбинации с другими защитными устройствами.

Продольные щитки в виде металлических планок или кожухов (по одно­му на каждую направляющую) прикрепляют к подвижному или неподвижно­му узлу (рис. 11.5, г). Щитки могут быть снабжены уплотнениями или образо­вывать лабиринтное уплотнение.

Телескопические щитки с уплотнениями (рис. 11.5, д) имеют хорошие эксплуатационные свойства и применяются в средних и тяжелых станках.

Гармоникообразные меха (рис. 11.5, е) служат для защиты направляющих шлифовальных, заточных, зубообрабатывающих и других станков в тех случаях, когда на защитное устройство не попадает острая или горячая струж­ка.

Стальная лента, применяемая для защиты направляющих, может быть за­креплена у торцов станины и проходить внутри стола (рис. 11.5, ж) или ста­нины. При использовании двух лент одним концом они прикрепляются к сто­лу, а с противоположной стороны наматываются на барабаны у торцов стани­ны (рис. 11.5, з).

68. Смазывание направляющих. Подачей жидкого смазочного материала на направляющие скольжения создают на их рабочих поверхностях режим сме­шанного трения, в результате чего значительно снижается скорость изнашива­ния.

Вязкость смазочного материала выбирают в зависимости от условий тре­ния. Если давление в контакте высокое, а скорость скольжения малая, необхо­димо применять смазочные материалы относительно большой вязкости. На­пример, горизонтальные направляющие в узле подачи при значительном нагружении следует смазывать маслом с кинематической вязкостью около 10·10^-7 м²/с, а направляющие, работающие при малых и средних нагрузках,— маслом с вязкостью (2,7...6,5)·10^-7 м²/с.

Для снижения коэффициента трения покоя и движения в направляющих скольжения узлов при малых скоростях движения, а, следовательно, и для обеспечения равномерности малых подач, повышения точности и чувствитель­ности установочных перемещений столов, суппортов и других узлов приме­няют антискачковые масла. В них содержатся присадки, способствующие об­разованию прочной масляной пленки на контактирующих поверхностях, ко­торая сохраняется при малых скоростях скольжения и высоких давлениях в контакте. Для смазывания горизонтальных направляющих станков общего назначения рекомендуется применять масла ИНСп-20 и ИНСп-40, причем первое масло пригодно для системы смазывания, общей с гидросистемой. Для вертикальных направляющих и горизонтальных с вертикальными гранями большой площади наиболее подходит масло ИНСп-110.

Поверхности, смазываемые антискачковыми маслами, следует хорошо за­щищать от загрязнений. Применение этих дорогих масел должно быть эконо­мически оправдано.

Смазочный материал подается на направляющие скольжения разными спо­собами. Обычно применяют централизованные циркуляционные смазочные системы последовательного и импульсного типов. Реже используются проточ­ные системы с ручным насосом, с индивидуальными масленками, с роликами, фитильная.

Смазочный материал подается на направляющие со стороны перемещаю­щегося узла или со стороны неподвижного. С помощью распределителя 1 (рис. 11.6) смазочный материал подводится ко всем рабочим поверхностям направ­ляющих. От смазочных точек по канавкам он распределяется по всей площади контакта (рис. 11.6, б). Число k поперечных канавок выбирается в зависимос­ти от отношения длины направляющей l к ее ширине b:

При этом большее число канавок берут для более нагруженных направляющих.