Учебное пособие 800390

Впоследнее время при расчетах конструкций корпусных деталей сложных металлорежущих систем все шире используют ЭВМ. Для выбора оптимальной несущей системы станка составляют oценочные математические модели. Количественными — оценочными критериями при этом служат определенные значения параметров точности, жесткости, виброустойчивости.

7.НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТАНКОВ

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-2 Н20—73 установлены следую-

щие типы направляющих скольжения: треугольные симметричные (рис. 23, а), треугольные несимметричные (рис. 23,6), прямоугольные (рис. 23, в) и остроугольные (рис. 23, г). Регулировка зазоров в направляющих скольжения может производиться регулировочными клиньями А, прокладками Б, передвижными планками В (рис. 24). Равномерность смазки направляющих достигается за счет выполнения на их рабочей поверхности специальных смазочных канавок. 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 характеризу-

101

ются минимальными коэффициентами трения, высокой износостойкостью, низкими температурами в зоне контактирования трущихся поверхностей, высокой жесткостью и хорошей демпфирующей способностью.

Рис. 23

Рис. 24

Пластмассовые направляющие обычно располагают на более короткой из сопрягаемых поверхностей, например на столах, салазках и т. п. Толщина пластмассового слоя 1,5…3 мм. Он наносится 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 рабочего узла при замедленных скоростях подачи. Кроме того, фторопластовые направляющие характеризуются равномерностью износа, высокой долговечностью и постоянством коэффициента трения. В паре с пластмассовыми

102

направляющими, как правило, применяют закаленные стальные планки твердостью не менее HRCэ 55.

В тех случаях, когда необходимо значительно снизить коэффициент трения и обеспечить его независимость от скорости перемещения, применяют направляющие качения без предварительного регулирования — незамкнутые (рис. 25, а, б) и с предварительным регулированием — замкнутые (рис. 25, в). Тела качения (цилиндрические ролики или шарики) изготавливают с допуском порядка 1 мкм.

Рис. 25

Для смазки роликовых направляющих используют как обычные масла, так и пластичные смазочные материалы, а для защиты от попадания пыли и стружки применяют различные ограждающие устройства, телескопические щитки, гофрированные экраны и т. д.

В станках с ЧПУ нашли применение направляющие качения, изготовленные в виде отдельного узла — так называемых «танкеток», в которых тела качения циркулируют по замкнутой траектории. Такие опоры могут быть использованы в узлах с большой длиной хода. В настоящее время их изготавливают централизованно с унифицированными присоединительными и габаритными размерами.

На рис. 26 приведена конструкция роликовой опоры, которая состоит из корпуса 1, роликов 2 и обойм 3. Крепление опор к привалочным плоскостям узлов осуществляется винтами 4. Для возврата роликов при их обкатке по корпусу 1 в верхней части конструкции предусмотрен зазор h между роликами и корпусом перемещающегося узла. Роликовые опоры

103

применяют в паре с закаленными стальными направляющими, имеющими твердость не менее HRCэ 60...61.

Рис. 26

Направляющие с роликовыми опорами, так же как и направляющие скольжения, могут быть замкнутыми и незамкнутыми. При исполнении замкнутой конструкции (рис. 27) для уменьшения деформаций и обеспечения равномерности распределения действующих нагрузок, каждая роликовая опора 1-

— 6 должна взаимодействовать с противостоящей опорой. Для повышения статической и динамической жесткости и точности перемещений в опорах создается предварительный натяг с помощью клиньев 7 — 9 или мерных прокладок (рис. 27). Сопротивление движению при использовании узлов качения типа «танкеток» определяется силой Q, необходимой для перемещения опоры.

При этом учитывается трение качения, диаметр роликов. Величины Q и коэффициент, учитывающий трение качения, зависят от качества изготовления и монтажа опор. В нормальных условиях Q = 5...15 Н.

В ряде станков с ЧПУ, особенно крупногабаритных, применяют плоские и цилиндрические гидростатические направляющие, работающие в условиях жидкостного трения. Их достоинства: стабильность толщины масляного слоя, низкий

104

коэффициент трения, плавность движения, высокая точность перемещений, пренебрежимо малый износ и нечувствительность к деформации станины. Демпфирующие свойства этих направляющих определяются вязкостью применяемого масла. Гидростатические направляющие, могут быть замкнутого и незамкнутого типа. В замкнутых гидростатических направляющих (рис. 28) нижняя опора 2 выполняется плавающей. Масло от насоса 1 подается под постоянным давлением через дроссели 3 в карманы верхних и нижних поверхностей. Из карманов масло вытекает наружу через зазоры в направляющих. Станки с гидростатическими направляющими снабжены устройствами сбора масла и его очистки,

В станках, где нагрузки относительно невелики, можно использовать аэростатические направляющие. В отличие от гидростатических направляющих в аэростатических вместо масляной подушки создается воздушная. Станки с аэростатическими направляющими снабжены устройствами очистки, охлаждения и сушки воздуха. К качеству изготовления аэростатических опор предъявляют высокие требования, так как от этого в значительной степени зависит устойчивость их работы. Зазор в направляющих должен быть минимальным — 10...15 мкм.

105

7.ХОДОВЫЕ ВИНТЫ И ГАЙКИ

Вметаллорежущих станках наиболее распространенными исполнительными механизмами подач прямолинейного перемещения являются передачи винт—гайка. В универсальных станках широкое применение получила передача винт—гайка скольжения (рис. 29) с трапецеидальным профилем резьбы (а),

адля точных перемещений — с прямоугольным профилем (б). Трапецеидальный профиль более технологичен и обеспечивает удобство регулировки зазоров в передаче. Основные технические требования передач винт—гайка: точность резьбы соединяемых деталей; отсутствие зазора между поверхностями соприкосновения резьб; отсутствие осевых смещений винта и гайки во время работы передачи.

Отраслевым стандартом ОСТ Н33-2-74 установлены шесть классов точности ходовых винтов скольжения: 0, 1, 2, 3, 4, 5, которые расположены в порядке понижения точности. Стандарт дает следующие рекомендации по выбору классов точности ходовых винтов:

а) станки класса С и винтовые пары к ним — 0 класс; б) резьбошлифовальные, червячно-шлифовальные, коор-

динатно-расточные, зубофрезерные, зубо- и круглошлифовальные станки классов А, В, П — 1 и 2-й классы;

в) токарно-винторезные, универсально-фрезерные станки классов В и П и затыловочные класса Н — 3-й класс:

Рис. 29. Передача винт-гайка скольжения

106

г) горизонтально- и координатно-расточные, токарнокарусельные, фрезерные, долбежные и строгальные станки классов П и Н — 4-й класс;

д) горизонтально-расточные станки класса Н — 5-й класс.

Для обеспечения высокой износостойкости пару винт— гайка скольжения рассчитывают на допускаемое давление, которое для точных винтов равно 2...3 МПа, а для обычных—до 8...12 МПа. Кроме того, механизм винтовой передачи рассчитывается на прочность, жесткость и устойчивость ходового винта.

Передача винт—гайка скольжения, обладая определенными достоинствами и прежде всего простотой конструкции, имеет ряд существенных недостатков: невысокую точность позиционирования перемещаемых узлов из-за зазоров в паре; низкий КПД (0,2...0,4) вследствие значительного трения; малые скорости перемещения; невысокую износостойкость и др. Поэтому в современных станках все более широкое применение находят передачи винт—гайка качения, которые лишены многих недостатков, присущих передачам винт—гайка скольжения.

Передачи винт—гайка качения могут работать в широком диапазоне температур и скоростей и обеспечивают хорошую равномерность движения, высокий КПД (0,9...0,95), удобны в эксплуатации и не требуют циркулярной системы смазки. Типовая передача винт—гайка качения (рис. 30) состоит из винта 1, гайки 2, комплекта шариков 3 и устройства 4, служащего для возврата (циркуляции) шариков. При вращении винта шарики катятся по впадинам канавок ходового винта и гайки, перемещаясь в направлении канала устройства 4, которое соединяет начало и конец витков резьбы гайки. Существуют различные устройства возврата шариков, наиболее распространенные: канал возврата шариков представляет собой изогнутую трубку (рис. 30); канал возврата шариков фрезеруется непосредственно в гайке с наружной ее стороны, а сверху закрывается крышкой; канал возврата сверлится вдоль гайки и

107

соединяется с началом и концом витков резьбы дополнительными каналами, расположенными в торцовых шайбах; канал возврата шариков выполнен в специальных вкладышах, которые вставляются в окна гайки и соединяют соседние витки. С целью облегчения циркуляции шариков, особенно в случае длинных гаек, они могут быть снабжены несколькими устройствами возврата шариков.

Для устранения зазоров и повышения осевой жесткости в передачах винт—гайка качения создается предварительный натяг посредством сближения или раздвижения гаек. Существуют различные способы регулировки натяга. Наиболее простой, но менее точный — регулировка с помощью набора тонких прокладок (компенсаторов), устанавливаемых между гайками. Широкое распространение получила конструкция, в которой гайки снабжены зубчатыми венцами. Венцы гаек входят во внутренние зубцы стакана. Число зубьев на одной гайке отличается от числа зубьев на другой на единицу, например 100 и 101. Число зубьев на венцах стакана также имеет соответствующие значения — 100 и 101. Регулировка натяга обеспечивается поворотом одной из гаек относительно другой в процессе вывода ее из зацепления со стаканом. Эта конструкция

108

позволяет производить весьма тонкую регулировку осевого перемещения гаек. Так, при приведенных выше значениях чисел зубьев и шаге резьбы 10 мм перестановка гайки на один зуб будет соответствовать относительному осевому перемещению гаек порядка 1 мкм.

На рис. 31 приведена конструкция, позволяющая производить регулировку натяга в передаче винт—гайка качения непосредственно на станке. Обе гайки 1 и 4 посажены в корпусе 2 на общую шпонку 3 и имеют возможность осевого перемещения. Натяг и стопорение осуществляются гайками 5 и 6.

Расчет шариковой передачи винт—гайка проводится так же, как и подшипников качения, на контактную усталость. При этом ориентировочные значения расчетной долговечности можно принимать 5 103…104 ч.

Кроме расчета на контактную усталость винты проверяют на устойчивость от действия осевой силы Ро Критическое значение осевой силы Ро.кр зависит от модуля упругости материала винта; момента инерции сечения винта, приведенной длины винта, коэффициент запаса, способа закрепления концов винта.

Другим параметром, определяющим работоспособность передач винт—гайка качения, является осевая жесткость.

В ряде случаев для точных передач винт—гайка качения необходимо производить расчеты нa нагрев от внутренних и внешних источников теплоты.

Для перемещения продольных столов тяжелых станков и в приводах подач крупногабаритных станков с ЧПУ применяют гидростатические червячно-реечные передачи и гидростатические передачи винт—гайка. Достоинства гидростатических передач: высокий КПД (0,95...0,99); отсутствие износа и люфта; плавность перемещения; высокая жесткость.

На рис. 32 приведена схема гидростатической червячнореечной передачи, состоящей из рейки 3, червяка 4, упорных подшипников скольжения 1 и 8, имеющих маслораспределители 2. Смазка к карманам 7 червяка 4 подается через систему

109

каналов 5, 6, 9, выполненных в его корпусе. Принципиальная схема подачи смазки имеет тот же вид, что на рис. 28.

Рис. 32. Схема гидростатической червячно-реечной передачи

8.СТАНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

8.1.Классификация и основные типы

станочных систем

В обобщенном виде под станочной системой понимают совокупность технологического (металлорежущего) и вспомогательного (установленного в порядке реализации технологического процесса или произвольно,) оборудования, объединенного системой управления, автоматическими механизмами и устройствами для транспортирования заготовок, изделий, разделения и соединения их потоков, накопления заделов, изменения ориентации и удаления отходов, предназначенную для изготовления (сборки) заданной номенклатуры изделий.

Станочные системы широко применяют в различных отраслях машиностроения и приборостроения для механической обработки, термообработки, контроля, мойки, сборки, упаковки и др.

110