Методическое пособие 755
.pdfнины с накладными стальными направляющими в токарных станках с ЧПУ. По данным фирмы, железобетонные станины подавляют высокочастотные вибрации и импульсные возмущения почти в 6 раз быстрее, чем чугунные.
4.3 НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТАНКОВ
Конструкции направляющих станков. Направляющие служат для перемещения по станине подвижных узлов станка — суппортов, столов, траверс, револьверных головок. От точности их изготовления и износостойкости во многом зависит точность работы всего станка.
Направляющие применяют для прямолинейного движения (перемещения столов, суппортов, траверс) и для кругового движения (вращения планшайб, револьверных головок).
Вметаллорежущих станках для прямолинейного и кругового перемещения узлов используют направляющие скольжения и качения. Направляющие должны обеспечивать прямолинейность и точность перемещений узлов и поэтому к ним предъявляют следующие требования: низкий коэффициент трения, не зависящий существенно от скорости; высокая жесткость в направлении, перпендикулярном подаче; высокая способность демпфирования; высокая износостойкость. Точность направляющих достигается соответствующей технологией обработки, а длительное сохранение ее — правильным выбором металла, конструкции и условиями эксплуатации.
Всоответствии с ОСТ установлены следующие типы направляющих скольжения: треугольные симметричные (рис. 28,а), треугольные несимметричные (рис. 28,б), прямоугольные (рис. 28,в) и остроугольные (рис. 28,г). Регулировка зазоров в направляющих скольжения может производиться регулировочными клиньями А, прокладками £, передвижными планками В (рис. 28). Равномерность смазки направляющих достигается за счет выполнения на их рабочей поверхности специальных смазочных канавок.
91
Направляющие скольжения, несмотря на простоту обычных конструкций (традиционное исполнение), имеют ряд существенных недостатков: невысокую износостойкость, низкую точность установочных перемещений, большие силы трения. Поэтому в станках с ЧПУ все чаще применяют направляющие с пластмассовыми накладками на подвижных узлах, которые характеризуются минимальными коэффициентами трения, высокой износостойкойкостью, низкими температурами в зоне контактирования трущихся поверхностей, высокой жесткостью и хорошей демпфирующей способностью.
В тех случаях, когда необходимо значительно снизить коэффициент трения и обеспечить его независимость от скорости перемещения, применяют направляющие качения без предварительного регулирования — незамкнутые (рис. 29,а,б) и с предварительным регулированием — замкнутые (рис. 29,в). Тела качения (цилиндрические ролики или шарики) изготавливают с допуском 1 мкм.
Рис.28. Типы направляющих скольжения для прямолинейного движения
92
Рис.29. Замкнутые и незамкнутые направляющие качения
Конструктивные формы направляющих скольжения весьма разнообразны. Если поверхности скольжения образуют выпуклый профиль (рис. 30, а), то на них плохо удерживается смазка, и поэтому такие направляющие чаще применяют при медленных перемещениях по ним суппортов или столов. Их преимущество — более простое изготовление, а также то, что на них не удерживается попавшая стружка. Направляющие, образующие в сечении внутренний профиль (рис. 30, б), более пригодны для высоких скоростей скольжения, так как хорошо удерживают смазку. Однако их необходимо надежно защищать от попадания стружки и от загрязнения.
Плоские (прямоугольные) направляющие просты в изготовлении, однако они плохо удерживают смазку и легко засоряются, например стружкой. Они применяются для медленных перемещений, например силовых головок агрегатных станков. Треугольные (призматические) направляющие применяют при симметричной нагрузке и малых скоростях перемещения, например для салазок револьверной головки. Для больших скоростей, например для столов строгальных станков, применяют V-образные направляющие.
Направляющие типа ласточкина хвоста удобны тем, что достаточно четырех плоскостей скольжения, чтобы воспринимать нагрузки во всех направлениях, включая опрокидывающие моменты. Для других типов направляющих для восприятия опрокидывающих моментов требуются специальные планки. Однако направляющие типа ласточкина хвоста сложны в изготовлении, обладают недостаточной жесткостью и применяются обычно для малых скоростей перемещения и средних требований в отношении точности, например для поперечных салазок токарных и револьверных станков, столов фрезерных станков малых и средних размеров.
Комбинированные направляющие чаще всего применяются в виде сочетания плоской и треугольной или призматической направляющих. Они упрощают конструкцию и применяются в токарных, шлифовальных и других станках.
93
Рис.30. Типы направляющих скольжения: а —охватываемые для малых скоростей перемещения; б — охватывающие для больших скоростей перемещения; I — треугольные симметричные; II — треугольные несимметричные; III— прямоугольные: IV— остроугольные двухсторонние типа ласточкина хвоста; V — круглые
Несимметричная грань выполняется в ряде случаев тогда, когда в станке действует одностороннее усилие для того, чтобы основная грань была перпендикулярна действующему усилию. Если по станине перемещается несколько суппортов, то направляющие должны учитывать их взаимное расположение.
В последние годы широко применяют пластмассовые направляющие, которые обычно располагают на более короткой из сопрягаемых поверхностей, например на столах, салазках и т. п. Толщина пластмассового слоя 1.5...3 мм. Он наноситься методом заливки или приклеиванием накладок в виде ленты. Широкое распространение в станках с ЧПУ получили пластмассовые направляющие из фторопласта. В качестве материала для накладок направляющих используют фторопласт, основным компонентом которого является политетрафторэтилен. Достоинство фторопластовых направляющих — малый коэффициент трения, что исключает скачкообразное перемещение
94
рабочего узла при замедленных скоростях подачи. Кроме того, фторопластовые направляющие характеризуются равномерностью износа, высокой долговечностью и постоянством коэффициента трения. В паре с пластмассовыми направляющими, как правило, применяют закаленные стальные планки твердостью не менее HRC55.
Вряде станках, например для перемещения портала с головками
втяжелом продольно-фрезерном станке, в некоторых специальных токарных станках, применяют круглые направляющие, один из вариантов выполнения которых показан на рис. 31. Круглые направляющие просто шлифовать, они могут изготовляться из легированных материалов, легко демонтироваться, удобны в обслуживании.
Рис. 31. Круглые направляющие скольжения:
1 — втулка; 2 — уплотнение; 3 — направляющая
Для перемещения суппортов и столов тяжелых станков часто применяют больше двух направляющих. В станкостроении принята нормаль Н20—10, указывающая размеры поперечных сечений основных типов направляющих скольжения.
Рассмотрим примеры использования направляющих скольжения для кругового движения. Для вращения планшайб и столов станков применяют плоские, конические и V-образные направляющие скольжения, рис. 32. Плоские направляющие наиболее просты в изготовлении и их применяют в легких станках (рис. 32,а) и в станках средних размеров, где радиальные составляющие усилия резания могут восприниматься только шпинделем станка. Конические направляющие (рис.32, б) относительно просты в изготовлении и вместе со шпинделем планшайбы воспринимают радиальные нагрузки. Их недостатком является трудность обеспечения соосности направляющих и опор шпинделя. Наиболее часто V-образные направляющие (рис. 32, в) применяют для направляющих планшайб; технология их изго-
95
товления весьма сложна. При этом учитывают, что основную нагрузку воспринимает пологая (внутренняя) грань направляющих. Между наружными гранями направляющих планшайбы и станины предусматривается небольшой зазор для температурных деформаций.
При рассмотрении нагрузок, действующих в направляющих кругового движения, необходимо также учитывать работу подшипников или направляющих шпинделя планшайбы, которые воспринимают часть радиальных, а в ряде случаев и осевых нагрузок.
Рис. 32. Типы круговых направляющих скольжения
На рис. 33 показан стол зубодолбежного станка с плоскими направляющими и коротким конусным шпинделем, который воспринимает радиальные нагрузки и обеспечивает точность вращения стола.
96
Рис. 33. Стол зубодолбежного станка 5А150
Смазка направляющих скольжения. Смазка способствует зна-
чительному увеличению долговечности направляющих, поэтому применяют разнообразные методы. Так, для смазки роликовых направляющих используют как обычные масла, так и пластичные смазочные материалы. Для защиты от попадания пыли и стружки применяют различные ограждающие устройства: телескопические щитки, гофрированные экраны и т. д.
Простейшим, но менее совершенным методом является смазка ручным способом поливкой или при помощи индивидуальных масленок. Непрерывная подача масла может осуществляться специальными роликами, помещенными в масляных карманах станины, при помощи насоса или масляной ванны.
97
Для распределения масла по всей поверхности трения на направляющих выполняют специальные смазочные канавки.
Гидростатическая смазка направляющих скольжения, когда масло под давлением непрерывно подается насосом на рабочие поверхности, может обеспечить жидкостное трение во всем диапазоне скоростей и нагрузок. Однако при этом возможно «всплывание» стола или суппорта на направляющих станины, а также возникновение опрокидывающих моментов, что нарушает точность движения.
Для избежания этого возможно применение гидроразгрузки направляющих, при которой только часть нагрузки уравновешивается давлением масла и происходит непосредственный контакт поверхностей направляющих. Для этого надо подавать на направляющие определенное количество масла при точно установленном давлении. Однако при больших опрокидывающих моментах и переменных режимах работы более целесообразны замкнутые гидростатические направляющие с подачей смазки на основную и нижнюю грани, воспринимающие опрокидывающий момент (рис. 34).
В ряде случаев для повышения работоспособности гидростатических замкнутых направляющих целесообразно применять системы автоматического регулирования масляного давления 
и 
, исходя из условия сохранения значений зазоров 
и 
независимо от внешних нагрузок.
Рис. 34. Гидростатическая смазка направляющих
98
Регулирование давлений 
и 
производится при помощи специального клапана за счет регулирования расхода масла 
и 
.
Надежная смазка имеет большое значение для направляющих кругового движения. При больших окружных скоростях возможно жидкостное трение благодаря гидродинамическому эффекту. При трогании с места и больших нагрузках возникает граничное трение. Для улучшения условий работы направляющих целесообразно применять комбинированный способ обеспечения жидкостного трения - гидростатический, к которому добавляется гидродинамический эффект при движении стола станка.
На рис. 35 показана комбинированная система смазки круговых направляющих тяжелых станков. От насоса 1 через фильтр 2 масло подается в два вида канавок — в открытые 5 с клинообразующими скосами 7 для создания гидродинамического давления и в закрытые 4 для создания гидростатического давления при пуске планшайбы и малых скоростях.
Рис. 35. Смазка круговых направляющих
99
Воткрытые канавки смазка подается без давления в большом количестве, что способствует также отводу тепла. В системе имеется дроссель 3, который позволяет регулировать гидростатическое давление, увеличивая его при обработке тяжелых деталей и уменьшая (или доводя до нуля) при особо точной обработке. В конструкции предусмотрена также масляная ванна 6, уровень которой выше рабочей поверхности направляющих. Наличие ванн повышает надежность работы круговых направляющих в случае перебоев в подаче смазки.
Для значительного уменьшения трения используют аэростатические направляющие, в которых между направляющими суппорта и
станины создается воздушная подушка благодаря подаче воздуха под давлением (3 
6) * 105 н/м2. Воздух подается по просверленным в суппорте каналам и через жиклеры попадает в специальный карман, выполненный в форме канавки, направленной обычно вдоль движения. Таких карманов по длине направляющих несколько (5—10), и они создают локальные аэростатические подушки. Возможны и другие методы подвода воздуха, но они должны обеспечивать устойчивое сохранение воздушной подушки при перекосах суппорта и макронеровностях направляющих.
Для повышения виброустойчивости аэростатических направляющих можно выполнять их замкнутыми (аналогично рис. 34). Коэффициент трения аэростатических направляющих очень мал и может достигать значений 0,0005, зазор в направляющих порядка 2-4 мк, а жесткость больше 100 н/мк. Чем меньше объем подводящего кармана (канавки), тем устойчивее аэростатические опоры.
Встанках с ЧПУ нашли применение направляющие качения, изготовленные в виде отдельного узла — так называемых «танкеток»,
вкоторых тела качения циркулируют по замкнутой траектории. Такие опоры могут быть использованы в узлах с большой длиной хода. Их изготавливают централизованно с унифицированными присоединителями и габаритными размерами. Конструкция роликовой опоры, состоит из корпуса, роликов и обойм. Крепление опор к привалочным плоскостям узлов осуществляется винтами; для возврата роликов при их обкатке по корпусу в верхней части конструкции предусмотрен зазор h между роликами и корпусом перемещающегося узла.
100