Мещерякова В.Б. 2015 Металлорежущие станки с ЧПУ (849655), страница 13
Текст из файла (страница 13)
По характеру трения направляющие скольжения делятся на направляющие полужидкостного трения, жидкостного и газового трения. Полужидкостное трение возникает на смазанных направляющих станков, в которыхконтактирующие поверхности не разделяются полностью. Еслисмазка разделяет поверхности полностью, то трение становится жидкостным. Жидкостное трение имеет место в гидростатических и гидродинамических направляющих. Газовое трение применяется в аэростатических направляющих.
Направляющие качения подразделяются по виду тел качения на шариковые, роликовые и игольчатые.Указанные выше типы направляющих имеют свои преимуществаи недостатки, поэтому в ряде случаев применяют комбинированныенаправляющие, как бы суммирующие преимущества отдельных типов направляющих.На рис. 3.20 показаны схемы различных форм и типов направляющих.В зависимости от траектории движения подвижного рабочего органа станка направляющие делятся на прямолинейные и круговые.Они могут быть горизонтальные, вертикальные и наклонные. Поформе поперечного сечения наиболее распространены прямоугольные (плоские, рис. 3.20, б), треугольные (призматические,рис. 3.20, в), реже применяются трапециевидные (ласточкин хвост)и круглые (цилиндрические) направляющие (рис.
3.20, а).Часто используют сочетание различных форм, когда одна из направляющих выполнена прямоугольной, а другая — треугольной илив виде половины трапециевидной формы.Каждую из форм можно применять в виде охватывающих и охватываемых направляющих. Охватываемые направляющие плохо удерживают смазку, охватывающие удерживают ее хорошо, но нуждаютсяв надежной защите от загрязнений.Прямоугольные направляющие отличаются технологичностью визготовлении и простотой контроля геометрической точности. Онинаходят все большее применение в станках с ЧПУ, так как отличаются простотой и надежностью регулировки зазоров-натягов и способны воспринимать большие нагрузки.
Треугольные направляющиеобладают свойством автоматического выбора зазора под действиемсобственного веса узла, но угловое расположение рабочих гранейусложняет их изготовление и контроль.72в)б)а)II типIII типа — круглые (цилиндрические); б — прямоугольные; в — треугольные (призматические); l тип — скольжения; ll тип — качения;lll тип — гидростатическиеРис. 3.20.
Схемы различных конструктивных форм и типов направляющих:I типТрапециевидные направляющие отличаются компактностью конструкции, но сложны в изготовлении и контроле, к тому же плохоработают на отрыв при больших опрокидывающих моментах. Регулирование зазора у них относительно простое, но не обеспечиваетвысокой точности сопряжений.Круглые (цилиндрические) направляющие применяются редко.В охватываемом варианте они не обеспечивают большой жесткостииз-за прогиба скалок (штанг), закрепленных на концах, поэтому ихприменяют в основном при малой длине хода.
В охватывающем варианте у круглых направляющих сложно изготовить полукруглыйпрофиль.В станках с ЧПУ широко применяются направляющие скольженияс полужидкостным трением (в дальнейшем — направляющие скольжения). Их преимуществами являются простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жесткость, хорошиедемпфирующие свойства, меньшие затраты на изготовление и эксплуатацию. Они обеспечивают надежную фиксацию рабочего органастанка после его перестановки в заданную позицию. Однако обычные направляющие скольжения имеют ряд недостатков, и в первуюочередь большие потери на трение.Непосредственный контакт сопряженных поверхностей в направляющих скольжения вызывает большую величину сил трения, которые к тому же непостоянны.
В зависимости от нагрузки, скорости,типа системы смазывания и количества смазочного материала этинаправляющие могут работать в режиме сухого, граничного и полужидкостного трения. Для этих направляющих существенную разницусоставляют силы трения покоя (силы трогания) по сравнению с силами трения движения. Это приводит к скачкообразному движениюузлов при малых скоростях, что крайне нежелательно для станков сЧПУ. Значительное трение вызывает износ и снижает долговечностьнаправляющих.Устранение этих недостатков направляющих скольжения или ихснижение до приемлемых величин проводится по различным направлениям: разрабатываются и внедряются специальные антискачковые масла; применяются накладки из антифрикционных материалов. Если коэффициент трения покоя в паре чугун–чугун приобычных маслах равен 0,21–0,28, то применение антискачковогомасла ИНСп снижает его до 0,075–0,09. Применение накладок изполимерных материалов на основе фторопласта снижает коэффициент трения покоя до 0,04–0,06.Материал направляющих в значительной мере определяет их износостойкость и плавность движения узлов.
Во избежание крайненежелательного явления — схватывания пару трения комплектуютиз разнородных материалов, имеющих различный состав, структуру74и твердость. Направляющие, относительно которых перемещаютсяподвижные узлы, делают более твердыми и износостойкими. Этимобеспечивается длительное сохранение точности, так как при движении копируется форма неподвижных направляющих.Направляющие из серого чугуна, выполненные как одно целое сбазовой деталью, наиболее просты и дешевы, но при интенсивнойработе не обеспечивают необходимой долговечности.
Их износостойкость повышают закалкой токами высокой частоты или газопламенным методом, а также применением специальных покрытий(слоем молибдена или сплавами с содержанием хрома).Чтобы повысить износостойкость, получить более благоприятныехарактеристики трения, обеспечить равномерность подач, применяют накладные направляющие скольжения. Накладные направляющие на станинах (и других, более длинных элементах пары трения)изготавливают обычно из стали с упрочнением до высокой твердости, что повышает износостойкость пары трения в сравнении с парой чугун–чугун в 2,5 раза [13]. Их выполняют в виде массивныхпланок, иногда — врезанных и вклеенных пластин толщиной 4–8 ммиз стали ШХ15. Планки крепят винтами с нерабочей стороны, приневозможности — отверстия под головки винтов плотно закрываютпробками из стали ШХ15.Массивные планки в зависимости от формы сечения, толщины идлины выполняют из упрочненных легированных сталей.
Применяют также покрытия направляющих станин износостойкими материалами — твердым хромом, напыление молибденом. Перспективноприменение керамики на основе оксида алюминия, износостойкостькоторой при абразивном изнашивании многократно выше, чем узакаленной стали.Важной задачей для направляющих скольжения является их защита от загрязнений отходами обработки и попадания на них СОЖ.Жидкостное трение между направляющими можно обеспечитьлибо за счет гидродинамического эффекта, либо подачей смазкимежду трущимися поверхностями под давлением. Достоинство жидкостного трения в том, что отсутствует износ направляющих, обеспечиваются высокие демпфирующие свойства и плавность движения.Гидродинамические направляющие отличаются простотой конструкции, но хорошо работают лишь при достаточно больших скоростях скольжения, которым соответствуют скорости главного движения (продольно-строгальные, карусельные станки).
Гидродинамический эффект, т.е. эффект всплывания подвижного узла,создается при помощи пологих клиновых скосов между смазочнымиканавками, выполненных на рабочей длине направляющих. В образованные таким образом сужающиеся зазоры при движении затягивается смазка и обеспечивается разделение трущихся поверхностей75слоем жидкости. Недостатком гидродинамических направляющихявляется нарушение жидкостного трения в периоды разгона и торможения подвижного узла, что приводит их к износу.Гидростатические направляющие имеют более широкое применение. Они обеспечивают жидкостное трение при любых скоростяхскольжения, поэтому имеют очень малое трение, высокую демпфирующую способность, достаточную жесткость (хотя ниже, чем у направляющих скольжения и качения). Масляный слой в этих направляющих обеспечивается подачей масла под давлением. Его толщинасоставляет 10–50 мкм, в отдельных случаях — до 100 мкм.
Масло поддавлением подается в карманы на направляющих, глубина которыхсоставляет обычно 1–4 мм. По длине направляющих выполняют несколько каналов, разделенных дренажными канавками.Гидростатические направляющие бывают незамкнутыми (без планок) и замкнутыми, в которых масло подается как на основныеграни, так и на вспомогательные (планки). Первые применяютобычно, если нормальная сила, действующая на рабочий узел станка,велика и приблизительно постоянна (например, при большой массеподвижного узла). Вторые воспринимают опрокидывающие моменты, имеют значительно более высокую жесткость, но требуюттщательного изготовления.Недостатки данных направляющих: необходимость в гидравлической аппаратуре для подачи, циркуляции, фильтрации и сборамасла; существенный нагрев; трудность фиксации положения рабочего органа; повышенные требования к уходу в процессе эксплуатации.Применяются гидростатические направляющие в прецизионныхстанках, а также в тяжелых и уникальных станках с ЧПУ.Направляющие с газовой смазкой — аэростатические по принципуработы похожи на гидростатические направляющие.
Только аэростатические направляющие при работе разделены слоем воздуха, подаваемого в рабочий зазор под давлением. В результате они имеют самое низкое трение, высокую долговечность и точность позиционирования. При прекращении подачи воздуха обеспечивается надежнаяфиксация рабочего органа станка. Однако нагрузочная способность,жесткость и динамические характеристики у них несколько ниже,чем у других видов направляющих.Применяются такие направляющие в станках с ЧПУ для обработки печатных плат, в координатно-измерительных машинах,а также в ряде других станков.Направляющие качения из-за большой сложности и стоимости ранее применялись достаточно редко. В настоящее время в связи с разработкой и выпуском станков с ЧПУ эти направляющие применяются достаточно широко.76Основные преимущества направляющих качения: очень малыепотери на трение, благодаря чему обеспечивается равномерное иплавное перемещение рабочего органа на малых скоростях; высокаяточность установочных перемещений; малые тепловыделения; отсутствие всплывания рабочего органа при высоких скоростях перемещений; малые (в том числе и при трогании с места) требуемыеусилия перемещения; высокая точностная надежность при хорошейзащите от загрязнений; простота системы смазки.
При применениистальных закаленных направляющих с предварительным натягомобеспечивается устранение зазоров и достаточно высокая жесткостьпри относительно высокой нагрузочной способности.Главные недостатки этих направляющих — высокая стоимость,трудоемкость в изготовлении и монтаже на станке. Возможно получение пониженного демпфирования вдоль направляющих при отсутствии перемещения или при перемещении с малыми скоростями.Эти направляющие имеют повышенную чувствительность к загрязнению и требуют хорошей защиты.По типу тел качения данные направляющие подразделяются нашариковые, роликовые и игольчатые (рис. 3.21).По конструкции направляющие качения могут быть без возвратател качения и с возвратом по специальному каналу или при перекатывании в замкнутом объеме.В первом варианте направляющих тела качения располагаются всепараторе.
При перемещении подвижного рабочего органа шарики(или ролики) вместе с сепаратором будут перекатываться и перемещаться вслед за подвижным рабочим органом, но со скоростью,в 2 раза меньшей. При большой величине хода они отстанут и рабочий орган может опрокинуться. Поэтому данные конструкции направляющих применяются только при малых перемещениях. Этогоне происходит при перемещении направляющих (шариковых и роликовых), имеющих канал возврата. Данные направляющие могутвыполняться в двух вариантах. В первом варианте шарики (есть вариант и с роликами) располагаются на всю длину направляющейподвижного рабочего органа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
