2.9. Направляющие качения

В последние годы в станках все шире применяют направляющие качения, в которых трение скольжения заменено трением качения на шариковых или роликовых опорах по закаленным направляющим (планкам) станины и стола или суппорта. Характерно применение направляющих качения в координатно-расточных, шлифовальных, копировальных, карусельных и других станках, особенно в станках с программным управлением. При этом значительно уменьшаются силы трения (коэффициент трения покоя для направляющих качения в 20 раз меньше, чем для направляющих скольжения), прерывистость движения, вызванная при скольжении эффектом прилипания, и износ сопряжения.

На рис. 2.14 показаны поперечные сечения стола с шариковыми и роликовыми направляющими качения. Тела качения, помещенные в плоский сепаратор, располагают между калеными направляющими стола и станины. При движении стола качение шариков происходит по направляющей станины, поэтому они проходят лишь половину пути, на который перемещается стол станка. Ввиду этого, сепаратор с шариками делают короче стола на половину его хода. Для больших перемещений стола применяют конструкцию, в которой шарики не имеют сепаратора, при перемещении стола они попадают в специальные желобки и непрерывно циркулируют по замкнутому контуру.

Направляющие качения для планшайб выполняют в виде обычных специальных подшипников качения.

Расчет направляющих качения, как правило, выполняют по формулам, используемым для расчетов контактных напряжений и деформаций по теории Герца - Беляева.

Рис. 2.14. Направляющие качения стола: а) шариковые; б) комбинированные роликовые; в) V-образные роликовые

Для уменьшения износа направляющих качения

допустимые напряжения, выбираемые по общим правилам, занижаются и составляют, например, для роликовых направляющих точных станков (координатно-расточных, шлифовальных), 100-150 МПа.

С точки зрения контактной жесткости направляющие скольжения и шариковые направляющие качения примерно, равноценны, однако на жесткость последних большое влияние оказывает предварительный натяг. С увеличением натяга жесткость направляющих сначала резко увеличивается, а затем по достижении определенной величины натяга изменяется мало.

Жесткость направляющих качения лучших форм с предварительным натягом (при оптимальной его величине) может превышать жесткость направляющих скольжения в несколько раз.

Эксперименты показали, что направляющие качения позволяют осуществлять малые установочные перемещения с высокой точностью/При высокой жесткости привода погрешность установки характеризуется величинами порядка 0,1-0,2 мкм. При малой жесткости привода точность установки понижается.

2.10. Проектные параметры направляющих

Для проектирования направляющих необходимо выполнить следующие расчеты:

а) на статическую прочность;

б) жесткость;

в) долговечность;

г) потери на трение;

д) частоты и амплитуды собственных колебаний.

2.10.1 Расчет на статическую прочность

Исходя из допустимых контактных напряжений поверхностных слоев тел качения и направляющих можно определить необходимое минимальное количество тел качения на направляющих по формулам:

где - общая нагрузка на направляющие;

- максимально допустимая нагрузка, которую может выдержать направляющая, отнесенная к площади проекции одного тела качения ( - площадь проекции одного ролика и шарика) на направляющие, Н;