37. Расчет базовых деталей на жесткость.

Приближенный технический расчет на жесткость в своей основе имеет следующие, допущения:

- толщина стенок принимается постоянной;

- все детали приводятся к расчетным схемам в виде балки на двух опорах, консоли, рамы;

- расчет производим в сечении наибольшего проявления деформации;

- все нагрузки приводим к сосредоточенным.

Для расчета базовых деталей составляют расчетную схему (рис. 17.6) с действующими нагрузками.

п рогиб в се­редине пролета двухопорной балки

а прогиб свободного конца балки с

заделанным концом

г де р - поперечная сила соответственно в середине пролета или на конце заделанной балки, Н; L — длина рабочего участка балки, см; (ЕJ)пр — приведенная жесткость балки на изгиб.

У гол закручивания балки от действия крутящего момента

где М_к — крутящий момент, Н-см; (GJр)пр— приведенная кру­тильная жесткость.

Полученные в результате расчета базовых деталей упругие пе­ремещения пересчитывают на соответствующие относительные пере­мещения инструмента и о брабатываемой заготовки в направлении, определяющем точность обработки. Для токарных станков таким перемещением будет перемещение резца перпендикулярно к обраба­тываемой поверхности в точке резания; для сверлильных стан­ков - перекос оси сверла относительно поверхности обрабатывае­мой детали; для фрезерных — перекос оси инструмента и относи­тельные смещения детали и инструмента перпендикулярно к обра­батываемой поверхности.

Ж есткость неподвижных соединений базовых деталей существенно влияет на погрешности обработки. Линейная деформация и поворот в пло­ском стыке при нагруженни централь­ной силой Р и моментом М (рис. 17.8) определяют из выражений

где с, с_м — коэффициенты контактной податливости; S, J — пло­щадь и момент инерции сечения контакта; т — показатель степени, т = 0,5 для поверхностей, обработанных чистовыми методами.

38. Расчет базовых деталей на термоустойчивость.

Температурные деформации базовых деталей оказывают суще­ственное влияние на точность обработки, особенно в прецизионных станках при окончательных операциях. Основными источниками тепловыделения в станках являются двигатели, элементы привода и процесс резания. Температурные смещения узлов плоскошлифо­вального станка с вертикальной осью Шпинделя показаны на рис. 17.11. Теплота, образовавшаяся в шпиндельной бабке, через стыки передается стойке станка. Ближние к источнику тепла стенки будут нагреты выше, чем отдаленные, что вызовет искривление стойки и, как следствие, нарушение заданного углового положения оси шпинделя относительно плоскости стола.

Ме­тод элементарных балансов. При этом все базовые детали раз­бивают на элементарные геомет­рические фигуры, в пределах которых закон изменения температуры считается линейным. Для каждой элементарной фигуры составляют уравнение теплового баланса, no которому определяют приращение температуры через некоторый промежуток времени.

Т емпературные деформации отдельных элементов и всей детали определяют при допущении, что эти смещения пропорциональны средней температуре:

где ε — коэффициент линейного расширения.

Общее температурное перемещение рабочих органов станка по­лучают суммированием отдельных температурных деформаций. Сум­марные температурные смещения необходимо ограничивать исходя из допустимых погрешностей обработки.

39. Направляющие станков. Виды. Материалы, основные требования. Проектирование направляющих включает выбор их типа, разработку конструкции, выбор системы смазывания и защитных устройств. Направляющие должны обеспечивать точность перемещения, движения или положения рабочего органа станка, быть жесткими, долговечными, обладать хорошими демпфирующими свойствами. При проектировании направляющих выполняют расчеты среднего или максимального давления, скорости изнашивания, критической скорости движения рабочего органа, жесткости.

Металлорежущие станки оснащают направляющими скольжения, качения и комбинированными. Направляющие скольжения могут быть с полужидкостной, жидкостной и газовой смазкой. Комбинированные объединяют достоинства направляющих разных типов.

Применяют направляющие прямолинейного и кругового движения, горизонтального, вертикального и наклонного исполнения.

Точность движения по направляющим рабочего узла, несущего заготовку или инструмент, зависит от первоначальной точности изготовления направляющих, жесткости и температурных деформаций корпусных деталей, зазоров в направляющих, обусловливающих переориентацию узлов при реверсе. Так, зазор в направляющих скольжения полужидкостного трения, составляющий 0,02...0,03 мм, приводит при реверсах к такому же по величине смещению (переориентации) рабочего органа и еще большему искажению траектории режущего инструмента.

Жесткость направляющих, обусловливающая смещение узлов под нагрузкой, зависит главным образом от типа направляющих. Из-за наличия регулировочных клиньев и прижимных планок, обладающих низкой собственной жесткостью, направляющие скольжения с полужидкостной смазкой имеют более низкую жесткость по сравнению с направляющими качения и комбинированными.

Силы трения в направляющих оказывают влияние на тепловыделение и их температурные деформации, мощность привода перемещающегося узла, рассогласование в следящей системе, погрешность позиционирования и зону нечувствительности. Силы трения зависят от типа направляющих (низкие — в аэростатических, гидростатических и направляющих качения, высокие — в направляющих скольжения с полужидкостной смазкой), а также от материалов пары трения, качества смазочного материала.

Разность Т сил трения покоя и движения, зависящая от разности f соответствующих коэффициентов трения, обусловливает погрешность позиционирования узла:

где j - жесткость привода подачи.

На разность коэффициентов трения покоя и движения оказывают влияние тип направляющих, материалы пары трения, вид трения.

Требования к материалам для направляющих. Материалы, применяемые для направляющих скольжения с полужидкостной смазкой, должны обладать высокой износостойкостью, особенно в условиях абразивного изнашивания. Коэффициент трения покоя необходимо иметь низкий, а коэффициент трения движения низкий и мало зависящий от скорости движения. Предъявляются высокие требования и к обрабатываемости материалов, особенно в отношении параметров шероховатости. Направляющие неподвижной детали целесообразно изготовлять из более твердого и износостойкого материала по сравнению с материалом для направляющих подвижной детали.

Направляющие из серого чугуна. В связи с тем, что базовые детали станков часто изготовляют из серого чугуна, пару трения чугун—чугун широко применяют для чугуна. Повышают износостойкость направляющих хромированием (слой хрома толщиной 25...30 мкм обеспечивает твердость направляющей до 62...72 НКСэ и повышение износостойкости в 4-5 раз), напылением износостойких покрытий. Коэффициент трения покоя в чугунных направляющих с полужидкостной смазкой высокий — в среднем равен 0,25, что обусловливает большую силу трения и соответствующую ей недопустимую для ряда станков (например, с ЧПУ) деформацию привода подач. Значительная разность коэффициентов трения покоя и движения (в среднем 0,09) вызывает относительно большую погрешность позиционирования (до 0.01... 0,02 мм). Пару чугун-чугун допускается использовать для направляющих станков, выполняющих легкие работы, хорошо защищенных от загрязнений, с удовлетворительным смазыванием, а также для редко работающих или неответственных направляющих.

Направляющие из стали. Накладные направляющие скольжения имеют вид массивных планок прямоугольной или треугольной формы. Их рабочая поверхность должна обладать высокой износостойкостью в условиях абразивного изнашивания. Поэтому твердость поверхности должна быть не менее 58 HRC_э. Для треугольных планок толщиной 40 мм и длиной до 1000 мм рекомендуется сталь 18ХГТ, упрочняемая цементацией и последующей объемной закалкой, а для планок толщиной 50...115 мм и длиной до 2500 мм — сталь 8ХФ, подвергаемая закалке с индукционным нагревом. Короткие треугольные планки (длиной до 600 мм) изготовляют из стали ШХ15СГ с объемной закалкой, прямоугольные планки сечением 25x500 мм — также из стали ШХ15СГ или 9ХС, планки сечением от 40x500 мм до 100x2500 мм — из стали 8ХФ. Для направляющих станков высокой точности рекомендуются азотируемые стали ЗОХЗМФ и 38ХМЮА. Стальные направляющие рекомендуются для станков с числовым программным управлением, станков, предназначенных для цехов крупносерийного и массового производств, а также для легких и средних универсальных.

Направляющие из наполненного фторопласта. Наполненный фторопласт - это полимерный материал с наполнителем из бронзы, кокса, графита, дисульфида молибдена, играющих роль смазочного материала. Наполненный фторопласт Ф4К15М5-Л-ЭА в виде ленты толщиной 1,7 мм с помощью эпоксидной смолы наклеивают на направляющие стола, суппорта, салазок. Коэффициент трения в направляющих из наполненного фторопласта в паре с чугуном или закаленной сталью составляет 0,04...0,06 и в области низких скоростей скольжения мало изменяется. Для таких направляющих характерны малая сила трения, высокая износостойкость, достаточная жесткость, удовлетворительная равномерность подачи, высокие точность и чувствительность позиционирования (зона нечувствительности по сравнению с традиционными направляющими скольжения с парой трения чугун—чугун снижается в 3—6 раз). Направляю­ щие из наполненного фторопласта применяют в станках с ЧПУ. тяжелых и высокоточных. При использовании нелегированного масла коэффициент трения/в паре чугун-чугун при переходе к движению резко уменьшается, что приводит к колебаниям скорости скольжения в области малых скоростей. В паре наполненный фторопласт — чугун коэффициент / при переходе к движению не снижается, это обеспечивает ее хорошие антискачковые свойства. При смазывании антискачковым маслом коэффициент трения у наполненного фторопласта почти не изменяется, у других материалов снижается до 0,1, но остается вдвое выше по сравнению с наполненным фторопластом.

Формы направляющих. Прямоугольные (плоские) направляющие просты по форме, технологичны при изготовлении и сборке. На горизонтальной несущей грани хорошо удерживается смазочный материал, но для удаления с нее стружки необходимы дополнительные устройства. Для регулирования зазоров требуются планки или клинья. Прямоугольные охватываемые направляющие применяются для поперечин, стоек, консолей станков разных типов, в протяжных, тяжелых токарных и агрегатных станках (для силовых головок и столов).

Треугольные (призматические) направляющие в изготовлении сложнее прямоугольных. Охватываемые направляющие плохо удерживают смазочный материал. Благодаря автоматическому устранению зазоров под действием силы тяжести подвижного узла точность его положения повышается. При одинаковом нагружении обеих граней направляющие делают симметричными с углом 90°. В случае разной нагрузки на грани более нагруженную из них делают шире. Область применения охватываемых направляющих — станины токарных, револьверных, координатно-расточных станков, направляющие плиты силовых столов повышенной точности агрегатных станков. Охватывающими направляющими (V-образными) снабжают станины продольно-строгальных станков.

Трапециевидные направляющие (типа "ласточкин хвост") имеют малые габариты по высоте, регулируются одним клином или планкой. Направляющие сложны в изготовлении, плохо работают при большом опрокидывающем моменте, в них возникаю большие силы трения. Охватываемые направляющие применяют при проектировании салазок суппорта токарных станков, охватывающие — для столов фрезерных станков, станин поперечно-строгальных станков.

Цилиндрические направляющие охватываемого типа имеют низкую жесткость, требуют сложных устройств для регулирования зазоров, применяются при небольших ходах рабочих органов.

Направляющие комбинированного типа сохраняют преимущества направляющих тех форм, из которых они состоят. Например, охватывающие направляющие, в которые входят одна прямоугольная и одна треугольная применяют для станин шлифовальных, координатно-расточных, продольно-строгальных, продольно-фрезерных и токарных станков; такие же направляющие охватываемой формы— для станин токарных станков.