Смазка и защита направляющих качения

Направляющие смазываются пластичным смазочным материалом или масляным туманом. Способы защиты направ­ляющих качения аналогичны способам защиты направляющих скольжения. Для защиты по длине применяются телескопиче­ские щитки (рис.63, 64,в), гармоникообразные меха (рис.62, е), защитные ленты (рис.62, з), защитные кожухи (рис.62, г). Гар­моникообразные меха и телескопические щитки должны охва­тывать направляющие со всех сторон. Для узлов с малой длиной хода и при незначительном загрязнении применяются способы защиты с торца (рис.62, а, б). В направляющих качения боль­шое внимание должно быть уделено боковой защите, поскольку между телами качения имеются воздушные промежутки, где могут скапливаться загрязнения. Наиболее эффективная защита осуществляется с помощью лабиринтов (рис.64,а и б).Иногда в ответственных случаях применяют активную защиту, например, подачей очищенного сжатого воздуха по периметру направляющих.

Смазка приводов подачи станков с ЧПУ осуществляется как правило от отдельных смазочных станций (особенно это характерно для обрабатывающих центров).Смазка через каналы в корпусных деталях или по трубопроводам подается ко всем точкам рабочих узлов (направляющие зубчатые передачи, опоры и гайки шарико-винтовой пары). Смазка подается в этом случае периодическим включением насоса с управлением от таймера или в зависимости от режима работы исполнительного механизма от отдельного контролера по программе. В некоторых системах ЧПУ режим смазки программируется при наладке.

17. Гидростатические направляющие, конструкции, эксплуатация.

Гидростатические направляющие более широко распространены в металлорежущих станках. Они обеспечивают жидкостную смазку при любых скоростях скольжения, а значит, и равномерность, и вы­сокую чувствительность точных исполнительных движений. Недо­статком гидростатических направляющих является сложность системы смазывания и необходимость специальных устройств для фикса­ции перемещаемого узла в заданной позиции.

Гидростатические направляющие (рис.65) имеют карманы в которые под давлением подается масло. Вытекая наружу через

з азор h, оно создает масляную подушку по всей площади контакта. Целесообразная форма карманов для гидростатических направляю­щих показана на рис. 17.16. Их геометрические размеры задают на основе ориентировочных зависимостей а — = 0,5яг, а_х = 0,1В; а₂ — 2а_х. По характеру восприятия «грузки гидростатические оправляющие делятся на открытые и замкнутые. От­крытые направляющие пред­назначены для восприятия прижимающих нагрузок, а замкнутые (закрытые) могут воспринимать, кроме того, и значительные опрокидывающие моменты. Гидростатические направляющие различаются также системой ре­гулирования толщины масля­ного слоя. Наиболее просты и надежны системы с дроссе­лями перед каждым карманом (см. рис.65, б, г). Однако, гели направляющие незам­кнутые, то они могут обеспечить необходимую жесткость масляного слоя лишь при большой массе подвижного узла. Повысить жесткость масляного слоя можно путем использования для каждого кармана отдельного насоса постоянного расхода (или систему с одним насосом и делителем расхода) (см. рис.65, а, в). Такие системы при­меняют в тяжелых станках (карусельных, продольно-фрезерных и др.). Наилучшими с точки зрения жесткости и постоянства толщины масляного слоя являются гидростатические направляющие с си­стемой автоматического регулирования. Основу таких систем со­ставляют дроссели, сопротивление которых автоматически изме­няется либо в зависимости от толщины масляного слоя, либо от давления в масляном кармане.

Грузоподъемная сила, Н, незамкнутой гидростатической опоры с питанием по схеме насос—карман

_(1.17)

где Q — расход смазочного материала, протекающего через зазор, который является постоянным для этого типа опор, см³/с; μ — дина­мическая вязкость, для минеральных масел μ = 1―100 мПа·с; h —величина зазора, см; F —площадь опоры, см² (отдельной опо­рой будем считать участок F = LB, см. рис. 17.16); c_f, С_g —коэф­фициенты, зависящие от геометрических параметров опоры и кар­мана, для симметричной прямоугольной опоры

(2.17)

(3.17)

где L, В — соответственно длина и ширина опоры; l, b — длина и ширина кармана.

Жесткость гидростатической опоры с постоянным расходом

(4.17)

где знак минус означает, что с увеличением нагрузки, зазор умень­шается.

У незамкнутой гидростатической опоры с питанием от общего насоса через дроссель к каждому карману (см. рис. 17.15, б) расход жидкости через дроссель и щель равен

(5.17)

где р_к, р_н — соответственно давление в кармане и давление насоса, мПа; R, R_др—соответственно сопротивление щели и дросселя.

Для гидростатических направляющих применяют в основном. Дроссели типа канала, в которых сопротивление потоку создается за счет трения жидкости о стенки. Такие дроссели меньше засоряются, Так как позволяют увеличить проходное сечение канала, а необ­ходимое сопротивление можно обеспечить за счет его длины, причем Компактность дросселя достигается винтовой формой канала

Для дросселей трения с круглым отверстием

(6.17)

а сопротивление щели гидростатической опоры

(17.33)

где l₀, d₀ —соответственно длина и диаметр отверстия дросселя, см.

Подставив в уравнение (17.31) выражения (17.32) и (17.33),можно получить формулу для определения толщины масляного слоя

(7.17)

где т = р_к/р_н —характеристика дросселя, 0 < т < 1.

Жесткость гидростатической опоры с дроссельной системой пи­тания

(8.17)

а при оптимальной характеристике дросселя т_опт = 2/3

(9.17)

Из формул (7.17) и (8.17) видно, что применение дросселей трения обеспечивает независимость толщины масляного слоя h и жесткости j от вязкости масла μ. Это является достоинством дрос­сельных гидростатических опор, поскольку вязкость масла суще­ственно изменяется из-за нагрева станка при работе.

Грузоподъемная сила, Н, замкнутой гидростатической опоры с системой питания насос—карман (см. рис. 65, в)

(10.17)

а жесткость этой опоры

(11.17)

где h₀ — первоначальнаявеличина рабочего зазора; с_Р (ε, k) и Cj (ε, k) — коэффициенты, определяемые в зависимости от относитель­ного смещения в = (h₀ —h₁)/h₀ и различия в противоположных

опорах

(12.17)

(индекс 1 —для основной опоры, а индекс 2 —для замыкающей); обычно 0 < k < 1, а при k = 0 опора превращается в незамкнутую.

Коэффициенты с_Р (е, k) и Cj (e, k) определяют по выражениям

(13.17)

Замкнутая гидростатическая опора с дроссельным регулирова­нием (рис.65, г) обладает грузоподъемной силой и жесткостью, определяемыми по выражениям (10.17) и (11.17), в которых коэффи­циенты Ср (в, k) и c,j (в, k) определяют по следующим зависимостям:

(14.17)

Повысить жесткость незамкнутых гидростатических опор можно применяя регуляторы толщины масляного слоя. Примером регулятора, использующего обратную связь по давлению, может служить

мембранный регулятор (рис.67, а), принцип действия которого заключается в том, что его сопротивление, зависящее от величины зазора Н, изменяется в соответствии с толщиной щели h при равен­стве расходов. Толщина масляного слоя гидростатической опоры с таким регулятором

(15.17)

г де Н₀ —начальный зазор в регуляторе (при р_к = 0), см; с — коэф­фициент податливости мембраны с пружиной, мм-см²/Н.

Подбором жесткости регулятора (используя коэффициенты ) можно изменить жесткостную характеристику опоры. Регуляторы мембранного типа улучшают характеристики незамкнутых гидростатических опор при сравнительно небольшом. Диапазоне изменения внешней нагрузки (примерно до 5 раз), обес­печивая почти постоянное значение толщины смазочного слоя. Рас­ширить диапазон внешних нагрузок во много раз можно путем создания систем автоматического регулирования, в которых осуще­ствляется управление регулятором расхода по сигналу датчика, фиксирующего отклонение движения подвижного узла от идеальной прямой.

Своеобразной автоматической системой с регулятором являются гидростатические опоры с внутренним дросселированием (рис.67, б). В качестве дросселя используют участок щели в виде кольца, причем дроссели располагают на противоположной направляющей. Жесткость и грузоподъемная сила таких опор в 1,5—2 раза больше жесткости обычных гидростатических опор с внешним дрос­селем постоянного сопротивления.

Демпфирование колебаний в гидростатических направляющих значительно выше, чем в направляющих других типов, и харак­теризуется силой сопротивления, возникающей при сближении I поверхностей с некоторой постоянной скоростью. Для прямоуголь­ных направляющих с карманом демпфирующая сила

(16.17)

а для плоской кольцевой опоры с центральной камерой

(17.17)

где h — начальная (средняя) величина зазора; r₁, r₂ — соответ­ственно наружный и внутренний радиусы кольцевой опоры.

Гидростатические направляющие чувствительны к деформациям и погрешностям изготовления и монтажа, суммарная величина кото­рых для сопряженных деталей не должна превышать примерно одной трети минимальной расчетной толщины щели. Положительным свойством гидростатических опор является способность их в значи­тельной мере усреднять исходные геометрические погрешности со­пряженных поверхностей.

Разделения трущихся поверхностей в аэростатических направ­ляющих добиваются подачей в карманы воздуха под давлением. В результате между сопряженными поверхностями направляющих образуется воздушная подушка. По конструкции аэростатические направляющие напоминают гидростатические. Рабочую поверхность делят на несколько секций, в которых располагаются карманы. Подвод и распределение воздуха к каждой секции независимые. Для устранения опасности потери устойчивости и возбуждения интенсивных колебаний по принципу пневмомолотка карманы и распределительные канавки делают треугольного профиля и неболь­шими по объему (рис.68). Аэростатические направляющие ра­ботают устойчиво, когда объем воздуха в канавке в 4—5 раз меньше объема воздуха в щели. Исходя из этого, глубина канавки

(18.17)

где В —ширина опоры, мм; h —толщина щели, обычно h = 0,01 ─ 0,05 мм

М икроканавки замкнутого профиля, аналогичные канавкам ги­дростатических опор (см. рис.66), применяют при значительной ширине направляющих. Воздух подводят к центру канавки через дросселирующее отверстие (d = 0,2 ─ 0,8 мм) под избыточным давле­нием 0,2-0,4 МПа.

Подъемная сила опоры с одной канавкой

(19.17)

Где l—длина канавки, мм; f_p (k) —коэффициент, зависящий от характеристики опоры,

(20.17)

Коэффициент f_р (k) при рас­чете грузоподъемности можно определить по эмпирической формуле

(21.17)

где р_к —давление воздуха в канавке, МПа.

По условию устойчивости характеристику опоры следует брать в интервале 0,3 < к < 2.

Жесткость незамкнутых аэростатических направляющих можно оценить по приближен­ной формуле

(22.17)

где р₀ — подводимое давление воздуха, МПа.

Недостатки аэростатических опор и направляющих, по сравнению с гидростатическими, заключаются в малой нагрузочной способности, невысоком демпфировании колебаний, так как вязкость воздуха на четыре порядка меньше вязкости масла, низкими динамическими ха­рактеристиками, склонностью к отказам из-за засорения магистра­лей и рабочего зазора. Динамические характеристики можно улуч­шить, применяя аэростатические направляющие закрытого типа, а поднять нагрузочную способность за счет автономной системы пи­тания от отдельного компрессора.

Преимущества аэростатических направляющих состоят в том, что они при движении обеспечивают низкий коэффициент трения, а при отключении подачи воздуха очень быстро создается контакт поверхностей с большим трением, обеспечивающим достаточную жесткость фиксации узла станка в заданной позиции. Отпадает Необходимость в фиксирующих устройствах, в которых нуждаются

Все это определяет целесообразную область применения аэростатических направляющих. Их используют в прецизионных стан­ках, в которых малы силы резания и необходимо точное позициони­рование.