Вертикальные направляющие для станка

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ


Направляющие для станков

Направляющие для станков должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Точность перемещения, точность позиционирования.
2. Долговечность сохранения точности.
3. Равномерность перемещений на малых скоростях, т.е. отсутствие скачков.
4. Нагрузочная способность.
5. Высокая износостойкость.
6. Высокая жёсткость.
7. Отсутствие вибраций.
8. Малые силы трения.
9. Ремонтопригодность.
10. Высокая демпфирующая способность.

Жизненно важным для долговечности направляющих является организация надежной системы смазки, а также их защита от попадания пыли, песка и других частиц. Для высокой жесткости необходима высокая точность изготовления и сборки направляющих. Нагрузочная способность зависит от размеров направляющих, материала, твердости и других факторов.

Виды направляющих для станков

Рассмотрим основные виды направляющих для металлорежущих станков, в том числе и станков с ЧПУ.

1. По типу движения разделяются:
— Линейного движения
— Кругового движения

2. По расположению в пространстве:
— Вертикальные
— Горизонтальные
— Наклонные.

3. По виду контакта между подвижными элементами:
— Скольжения
— Качения
— Комбинированные

Основные требования к металлорежущим станкам в том числе и направляющим для станков определяет ГОСТ 7599. Необходимая шероховатость, твердость направляющих скольжения и качения, их материалы, методы контроля направляющих, допустимые отклонения пятен контакта, а также требования к шабрению направляющих оговорены в данном ГОСТе. Здесь повторяться не будем, кому надо знать шероховатость, твердость, нормы контроля смотрим ГОСТ.

Также ГОСТ оговаривает недопустимость одинаковой твердости направляющих, перемещающихся друг по другу. Обычно неподвижную часть направляющих выполняют более твердой из более износостойкого материала или покрытия, чем подвижную часть. Используют различные материалы, различные структуры.

Износ направляющих для станков

Износ направляющих ведёт к потере точности станка, поэтому необходимо бережно обращаться с направляющими и производить должное их обслуживание, вовремя осуществлять смазку, защищать от попадания пыли, абразива и других загрязнений, которые могут привести к царапинам, задирам на направляющих.

Существует большое количество причин, вызывающих износ направляющих:

— Механический износ в виде стирания поверхностного слоя направляющих от сил трения.
— Износ от заедания направляющих в том числе по причине схватывания.
— Окислительный износ от воздействия химических веществ, температуры и т.д.
— Износ от попадания пыли, невозможность обеспечения 100% защиты.
— Не качественная смазка и ее не совершенность.
— Частые остановки и реверс перемещения.
— Неравномерный износ и деформации направляющих. Неравномерный износ направляющих станины по длине у токарных станков при продольном точении – это главная причина снижение точности станка.

Износ направляющих будет сказываться по шуму, а также потери точности обработки. Что потребует измерение направляющих специальными измерительными приспособлениями с установлением величины износа. При недопустимом значении станок требует восстановление направляющих.

Статистика советского времени показала, что износ направляющих станины токарных станков с диаметром обработки 400-600 мм стальных деталей составляет 35…40 мкм/год, только занятых чистовой обработкой, а для занятых черновой обработкой 50 мкм/год при двухсменной работе. Для смешанной обработки стали и чугуна (черновой/чистовой) — 70…90 мкм/год. Чередование обработки стали и чугуна ведет к дополнительному увеличению износа. В массовом производстве износ направляющих в 2-3 раза выше.

Важным для снижения износа направляющих является хорошая защита от пыли, возможно двойная защита, а также своевременная смазка.

Для направляющих качения используется консистентная смазка, а для направляющих скольжения — жидкая смазка, поэтому преобладает больший расход, за которым следить надо более чаще. Для направляющих скольжения применяют антискачковые масла.

При должном уходе за направляющими их износ снижается в 1,5-2 раза и больше.

Неправильная установка станка с не жесткой станиной приводит к нарушению точности контакта и возрастанию давления, что в итоге приводит к увеличению износа направляющих. Также установка без крепления станка к фундаменту приводит к скручиванию станины и снижению точности. Неравномерность усадки фундамента также приводит к быстрому износу направляющих.

Ремонт направляющих для станков

Ремонт направляющих это довольно распространенный вид работ при капитальных ремонтах станков, а также при модернизации станков. Трудоемкость ремонта направляющих для тяжелых станков составляет 40-50% трудоемкости капитального ремонта всего станка.

Восстановление направляющих осуществляют различными способами:

1. Ручное штрабление. Если износ небольшой, и не большая площадь поверхности.
2. Обработка на продольно-строгальных, продольно-фрезерных, или специальных шлифовальных станках. Применяют если износ более 0,5 мм, а также большая площадь поверхности.
3. С помощью приспособлений. Если станина станка очень большая, то ее направляющие обрабатывают на месте с помощью специальных шлифовальных или строгальных приспособлений.

Также дополнительно делают хромирование, нанесение износостойких покрытий и т.д.

Сравнение направляющих скольжения и качения

Эксперименты над различными направляющими показали следующие результаты.

1. Жесткость направляющих качения с предварительным натягом выше порядка в 3 раза, чем без натяга, и выше, чем у направляющих скольжения смешанного трения. Жесткость направляющих без натяга меньше жесткости направляющих скольжения на 25-50%. Жесткость шариковых направляющих ниже роликовых порядка 2-х раз.

2. Демпфирующая способность направляющих качения при отсутствии движения или на малых скоростях ниже, чем у направляющих скольжения. Направляющие качения с натягом обеспечивают бОльшую демпфирующую способность, чем без натяга.

3. Направляющие качения позволяют производить малые установочные перемещения с высокой точностью, порядка 0,1-0,2 мкм при жёстком приводе. Скачков практически не замечается. Направляющие скольжения смешанного трения без специальных мер по увеличению точности имеют точность установки порядка 10-20 мкм и более, если использовать антискачковые масла и гидроразгрузку, то погрешность составит 2-5 мкм, что все-равно уступает направляющим скольжения.

4. Равномерность движения у направляющих скольжения выше, отсутствуют скачки, в отличие от направляющих скольжения.

5. Сопротивление движению у направляющих качения меньше, ввиду малой величины силы трения и она не зависит от скорости и вязкости масла, в отличие от направляющих скольжения.

6. Нагрузочная способность шариковых направляющих в 20-30 раз меньше роликовых направляющих при равных размерах. Также нагрузочная способность роликовых стальных закаленных направляющих выше, чем у направляющих скольжения незакаленных, а чугунных роликовых направляющих ниже.

7. В условиях колебания узлов направляющих качения с рекомендуемым предварительным натягом показывают меньшие амплитуды колебаний в 1,5…3 раза, чем без натяга.

8. По долговечности. Выход из строя направляющих качения происходит из-за плохой защиты или отсутствия качения роликов. При хорошей защите, нормальном качении роликов и должном обслуживании и нормальной эксплуатации направляющие качения работают много лет, при этом наблюдается минимальный износ. Так после 10-15 лет эксплуатации станка с направляющими качения на них остались видны следы механической обработки, что говорит о чрезвычайно низком износе. Однако направляющие качения больше чувствительны к загрязнению и они больше подвержены загрязнению, что резко может повысить износ, поэтому важно относиться к защите с должным вниманием. Направляющие скольжения смешанного трения имеют износ, т.к. присутствуют трение и высокие температуры. Но в гидростатические направляющие скольжения практически без износа.

9. Экономичность. Направляющие качения более трудоемки в изготовлении и поэтому дороже, чем направляющие скольжения.

Если не брать в рассмотрение стоимость и трудоемкость изготовления, то направляющие качения с предварительным натягом, особенно современной рельсовой конструкции, превосходят направляющие скольжения по всем категориям, кроме демпфирующей способности. Поэтому рельсовые направляющие качения с предварительным натягом нашли широкое распространение в современных станках с ЧПУ.

Однако направляющие скольжения бывают разные не только смешанного трения, а, например, гидростатические, они обладают более высокой нагрузочной способностью, демпфирующей способностью, чем направляющие качения, а также достаточно высокой точностью и низким износом это практически без износные направляющие. Они как раз и будут предпочтительны для ряда станков особенно для больших станков (портальных, горизонтально-расточных и т.д.). Здесь наблюдаются большие припуски, съемы, опрокидывающие моменты, вибрации, где демпфирующие способности играют большую роль. Станки фирмы COBURG, Shcoda, TOS Varnsdorf и другие — это довольно крупные станки, и они имеют направляющие скольжения особенно для перемещения стола. Гидростатические направляющие довольно широко применяются в металлорежущих станках.

Выбор направляющих не однозначен, и не ограничен только качения или скольжения, все они имеют разные подтипы, конструкции и характеристики. Один тип подшипников скольжения не пойдет, зато другой тип скольжения будет лучшим выбором (смешанного трения или гидростатические, каленые или некаленые), точно также у направляющих качения (роликовые или шариковые, с натягом или без, стальные каленые или чугунные и т.д.).

При выборе направляющих необходимо отталкиваться от конкретных задач, которые должен решать станок, учитывая в том числе и экономический фактор. Направляющие смешанного трения наиболее экономичны, поэтому их часто используют и в современных станках, где нет требований к быстрым скоростям, точности, прецизионности, равномерности.

Так как к современным станкам с ЧПУ сегодня предъявляются высокие требования по точности и скорости, где направляющие качения с предварительным натягом имеют больше преимуществ, то они и находят большее распространение. Высокоскоростные станки не предназначены для тяжелых условий обработки, в них применяются небольшие съемы и высокие скорости и подачи.

В тоже время закаленные направляющие скольжения или гидростатические направляющие скольжения имеют большую нагрузочную способность, демпфирующую способность, чем направляющие качения, поэтому для больших деталей, больших съемов и больших нагрузок предпочтение отдается направляющим скольжения, особенно гидростатическим.

Источник

Направляющие МРС

Направляющие служат для перемещения по станине подвижных узлов станка, обеспечивая правильность траектории движения заготовки или детали и для восприятия внешних сил.
В металлорежущих станках применяются направляющие (рис. 2.56):
1. скольжения (смешанного трения);
2. качения;
3. комбинированные;
4. жидкостного трения;
5. аэростатические.
Область применения того или иного типа направляющих определяется их достоинством и недостатками.

рис. 2.56. Классификация направляющих в станках

К направляющим станков предъявляют следующие требования:
— первоначальная точность изготовления;
— долговечность (сохранение точности в течении заданного срока);
— высокая жесткость;
— высокие демпфирующие свойства;
— малые силы трения;
— простота конструкции;
— возможность обеспечения регулирования зазора-натяга.
Классификация направляющих
В зависимости от траектории движения подвижного узла направляющие делятся на прямолинейные и круговые.
В зависимости от расположения направляющие делятся также на горизонтальные, вертикальные, наклонные.

Направляющие смешанного трения (скольжения)

Направляющие смешанного трения (скольжения) характеризуются высоким и непостоянным по величине трением и применяются при малых скоростях перемещения по ним суппортов или столов. Разница значения силы трения покоя (сила трогания) по сравнению с трением движения зависит от скорости движения и приводит к скачкообразному движению узлов при малых скоростях. Это явление не позволяет применять их в станках с программным управлением, а значительное трение вызывает износ и снижает долговечность направляющих.
Для устранения этих недостатков применяются:
— специальные антискачковые масла;
— накладки из антифрикционных материалов;
— термообработка до HRC 48…53 (повышает износостойкость);
— специальные покрытия (хромирование);
— напыление слоем молибдена;
— наполненный фторопласт (с коксом, дисульбид молибдена, бронза и т.д. у которых fТР=0,06…0,08, что в покое, что в движении).

Конструктивные формы направляющих скольжения

Конструктивные формы направляющих скольжения разнообразны. Основные формы представлены на рис. 2.57.
Очень часто используют сочетание направляющих различной формы.
Треугольные направляющие (рис. 2.57,а) обеспечивают автоматический выбор зазоров под собственным весом узла, но сложны в изготовлении и контроле.
Прямоугольные направляющие (рис. 2.57,б) просты в изготовлении и контроле геометрической точности, надежны, удобны в регулировании зазоров — натягов, хорошо удерживают смазку, но требуют защиты от загрязнения. Они нашли применение в станках с ЧПУ.
Трапециевидные (ласточкин хвост) (рис. 2.57, в) контактны, но очень сложны в изготовлении и контроле. Имеют простые устройства регулирования зазора, но они не обеспечивают высокой точности сопряжения.
Цилиндрические направляющие (круглые) (рис. 2.57,г) не обеспечивают высокой жесткости, сложны в изготовлении и применяют их обычно при малых длинах хода.

рис. 2.57. Конструктивные формы направляющих скольжения: а- треугольные, б- прямоугольные, в- трапециевидные, г- круглые

Материалы направляющих

Непосредственный контакт сопряженных поверхностей в направляющих смешанного трения предъявляет высокие требования к выбору материала. Материал во многом влияет на износостойкость направляющих и определяет плавность движения узлов. Для исключения явления — схватывания, пару трения комплектуют из разнородных материалов. Чугунные направляющие из серого чугуна, выполненные за одно целое с базовой деталью (станиной), просты и дешевы, но не обеспечивают долговечности. Для повышения износостойкости их подвергают закалке до твердости HRC 48…53 или покрывают хромом (при слое хрома толщиной 25…50 мкм обеспечивается твердость до HRCЭ 68…72), а также производят напыление на рабочие поверхности направляющих слоя молибдена или сплава с содержанием хрома. Для исключения схватывания покрывают одну из пар сопряжения, как правило, неподвижную.
Стальные направляющие выполняются в виде отдельных планок, которые крепятся к базовым деталям, к стальным станинам приваривают, а к чугунным прикрепляют винтами или приклеивают. Для стальных накладных направляющих применяют малоуглеродистые стали (сталь 20, 20Х, 20ХНМ) с последующей цементацией и закалкой до твердости HRCЭ 60…65, азотируемые стали 40ХФ, 30ХН2МА с глубиной азотирования 0,5 мм и закалкой до твердости HV800-1000.
Цветные сплавы типа бронз БрОФ10-1, Бр.АМц 9-2, цинковый сплав ЦАМ 10-5 в паре со стальными и чугунными направляющими обладают высокой износостойкостью, исключают задиры. Однако из-за высокой стоимости они применяются редко и используются только в тяжелых станках.
Для снижения коэффициента трения и повышения демпфирования в направляющих скольжения находят применение пластмассы, которые обладают хорошими характеристиками трения, но у них низкая износостойкость при абразивном загрязнении, и незначительная жесткость. Из пластмасс в станках для направляющих используют фторопласт, композиционные материалы на основе эпоксидных смол с присадками дисульфида молибдена, графита.

Конструктивное оформление направляющих

Сечения направляющих скольжения нормализованы и соотношение размеров зависит от высоты направляющих.
Отношение длины подвижной детали к габаритной ширине направляющих должно быть в пределах 1,5…2. Длина неподвижных направляющих принимается такой, чтобы не было провисания подвижной детали.
Механическое крепление обеспечивается как правило винтами по всей длине с шагом не более 2-х кратной высоты накладной планки и обеспечивается при этом фиксация планок в поперечном направлении выступами, фасками и т.д.
Жидкостное трение между направляющими обеспечивается подачей под давлением смазки между трущимися поверхностями или за счет гидродинамического эффекта. При жидкостном трении практически исключается износ направляющих, обеспечиваются высокие демпфирующие свойства и плавность движения, защита от коррозии, отвод тепла, удаление продуктов износа из зоны контакта.

Гидростатические направляющие

В металлорежущих станках все более широкое применение находят гидростатические направляющие, имеющие по всей длине карманы, в которые под давлением подается масло. Масло, растекаясь по площадке направляющих, создает масляную пленку по всей длине контакта и вытекает через зазор h наружу (рис. 2.58).

рис.2.58. Схемы гидростатических направляющих: а, б — незамкнутых; в — замкнутых; 1- насос, 2- эпюра давлений, 3-дроссель, 4- предохранительный клапан, 5- карман

По характеру восприятия нагрузки гидростатические направляющие делятся на незамкнутые (рис. 2.58, а, б) и замкнутые (рис. 2.58, в). Незамкнутые используются при условии создания прижимающих нагрузок, а замкнутые могут воспринимать, кроме того и опрокидывающие моменты. Для создания необходимой жесткости и повышения надежности в этих направляющих обеспечивается регулирование толщины масляного слоя, а также используется системы подвода масла с дросселями перед каждым карманом (рис. 2.58, б, в) и системы автоматического регулирования.
Основным преимуществом гидростатических направляющих является то, что они обеспечивают жидкостное трение при любых скоростях скольжения, а следовательно равномерность перемещения, и высокую чувствительность точных перемещений, а также компенсирование погрешностей сопрягаемых поверхностей. Недостатком гидростатических направляющих является сложность системы смазки и необходимость устройств фиксации узла в позиции.
Аэростатические направляющие
Конструктивно аэростатические направляющие похожи на гидростатические, а разделение трущихся поверхностей обеспечивается подачей в карманы под давлением воздуха. Для образования равномерной воздушной подушки по всей площади направляющих их выполняют из нескольких отдельных секций, разделенных дренажными каналами 3 (рис. 2.59). Размеры секций В = 30мм, L = 500мм.

рис. 2.59. Аэростатические направляющие: а — принципиальная схема, б- секция опоры с замкнутой канавкой, в- секция опоры с прямолинейной канавкой

Каждая секция имеет отверстие 5 для подвода воздуха под давлением и распределительные канавки 1 и 2 глубиной t (рис. 2.59, б) для развода воздуха по площади секции.
Направляющие качения.
В этих направляющих трение качения обеспечивается свободным перекатыванием шариков или роликов между движущимися поверхностями, либо установкой тел качения на фиксированные оси (рис. 2.60).
Наибольшее распространение получили направляющие со свободным перекатыванием тел качения, так обеспечивают более высокую жесткость, точность движения и применяют их в станках с малой величиной хода перемещаемого узла из-за отставания тел качения (рис. 2.60, б) и направляющие с циркуляцией потока шариков или роликов и их возвратом (рис. 2.60, в)

рис. 2.60. Схемы направляющих качения: а — на роликах с закрепленными осями, б- с потоком тел качения, в — с возвратом тел качения, V- скорость перемещения узла

Направляющие качения обеспечивают равномерность и плавность перемещения при малых скоростях, высокую точность установочных перемещений.
Недостатками направляющих качения являются:
— высокая стоимость;
— трудоемкость изготовления;
— низкое демпфирование колебаний;
— повышенная чувствительность к загрязнением.
Конструктивное оформление направляющих качения.
Конструктивные формы направляющих качения (рис. 2.61) сходны с направляющими скольжения.

рис. 2.61. Направляющие качения: а — плоские, б — призматические, в — с крестовым расположением роликов, г — шариковые; 1- тела качения, 2 – сепаратор

Число тел качения во многом определяет точность движения и их должно быть не меньше 12…16 и определяется из условия:

где F — нагрузка на один шарик, Н; d — диаметр шарика, мм.
Диаметр тел качения выбирают из условия, что отношение длины к диаметру:
При l/d = 1 принимают d = 5..12 мм, а при l/d = 3 принимают d = 5..20мм.
Для повышения жесткости в направляющих качения создают предварительный натяг путем подгонки размеров или регулированными устройствами. Направляющие с циркуляцией тел вращения выполняются без сепаратора со сплошным потоком шариков или роликов, причем они могут выполнять в виде отдельного элемента, представляющего собой подшипник качения — опору.

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Источник

Читайте также:  Станок для изготовления наждачной бумаги
Оцените статью