2.6. Гидродинамические направляющие

Гидродинамические направляющие относятся к направляющим скольжения жидкостного трения.

При перемещении или вращении подвижного узла по направляющим станины с большой скоростью скольжения, более 25 мм/с, между поверхностями трения возникают масляные клинья, создающие гидродинамическую подвижную силу. Под действием подъемной силы подвижный узел (стол) перемещается по масляному слою. Для создания гидродинамической подъемной силы на рабочей поверхности направляющих одного узла выполняют разделительные смазочные канавки с наклонными участками (направляющие столов продольно-строгальных и карусельных станков), заполненные маслом, которое образует опоры.

2.7. Гидростатические направляющие

Гидростатические направляющие относятся к направляющим жидкостного трения и выполняются незамкнутыми (рис. 2.12) и замкнутыми (рис. 2.13).

Эти направляющие хорошо работают при низких, средних и высоких скоростях скольжения, обеспечивая высокую точность перемещений.

В гидростатических направляющих масло от насоса под высоким давлением (от 2 до 4 МПа) проходит через фильтр тонкой очистки и подается через свои дроссели в карманы, выполненные на направляющих подвижного узла. Под действием давления, создаваемого в карманах подвижный узел (стол) всплывает и перемещается по масляному слою.

Незамкнутые направляющие применяются при действии на них только прижимающей силы. Замкнутые направляющие способны воспринимать также и значительные опрокидывающие нагрузки.

Такие направляющие применяются в высокоточных и тяжелых станках, в том числе с ЧПУ.

Рис. 2.12. Схема незамкнутых гидростатических

Направляющих

Рис. 2.13. Схема замкнутых гидростатических направляющих

Например, применение на Коломенском заводе тяжелого станкостроения гидростатических направляющих стола вместо гидродинамических в тяжелом карусельном станке с диаметром планшайбы 4000 мм, оснащенном системой ЧПУ, позволило получить: жесткость направляющих -1000 даН/мкм, осевое биение - 1,2 мкм, торцевое биение на диаметре 4250 мм - 10 мкм; изменение положения планшайбы при изменении частоты вращения находилось в пределах 0,6 мкм (на гидростатических направляющих - до 300 мкм).

В процессе расчета гидростатических направляющих определяются;

1. нагрузки G/, действующие на каждую опору с учетом веса подвижных узлов;

2. задаются удельным давлением масляного слоя s₉ равным половине давления, развиваемого насосом;

3) площадь каждой поры и назначается конструктивно ширина В и длина L опоры;

4) вычисляется коэффициент несущих поверхностей

Он равен отношению давления, вычисленного из условия равномерного распределения нагрузки по всей площади, к давлению в кармане:

5) соотношение размеров основной и дополнительной направляющих по формуле:

6) диапазон изменения нагрузки D на опоры:

7. по графику определяется максимальное и минимальное смещение б, исходя из найденных К и D;

8. начальный зазор h_a по выбранной минимальной толщине масляного слоя

(2.8)

9) по графику определяются максимальные относительные смещения по формулам:

а также минимальные относительные смещения, соответствующие значению по формулам:

10) давление масла на входе перед дросселем:

(2.9)

11) максимальная и минимальная жесткость масляного слоя одной опоры:

;

12) определяется соотношение размеров дроссельных каналов:

где - коэффициент расхода масла значения которого можно принять за единицу;

- диаметр эквивалентного круглого отверстия, площадь

которого равна площади некруглого отверстия канала дросселя, его величину можно принять равной 0,7 мм; - длина канала дросселя;

13) определяется сопротивления дросселей по формуле:

где. - коэффициент динамической вязкости, сП. Для масла индустриального 45 при температуре 20 С, ц равен 180 сП;

14) определяется расход масла

15) определяется общая сила трения

где v - скорость перемещения направляющих, м/мин.

Для гидростатических направляющих следует применять масла: для легких станков - Велосит (Л), для средних станков -Индустриальное 20, для тяжелых - Индустриальное 45.

Фильтры тонкой очистки должны задерживать твердые частицы размером более 3-10 mkmi в поперечнике. Иногда применяют фильтры ФП-7 с картонными пластинами, выдерживающие давление до 20 МПа.

2.8. Направляющие газового трения (с воздушной смазкой)

Такие направляющие работают аналогично гидростатическим. Они не требуют систем сбора отработанного воздуха, поэтому они проще. Однако вследствие сжимаемости воздуха направляющие с воздушной смазкой имеют низкую жесткость и несущую способность. Как правило, воздух подается на направляющие через дроссели с отверстиями 0,3 мм от цеховой сети под давлением 0,4 МПа.

Эти направляющие применяются для задней бабки станка 16К20 и для столов станков, предназначенных для окончательной обработки линз и зеркал алмазным инструментом.