7 Направляющие

Назначение направляющих – обеспечивать точность перемещения, заданного движения или позиционирования рабочего органа станка. Направляющие должны быть жесткими, долговечными и в то же время обладать хорошими демпфирующими свойствами.

Для выполнения проектных расчетов направляющих определяют нагрузку от сил резания и массы перемещаемых частей станка влияющих на изнашивание направляющих. Выполняют расчеты критической скорости движения рабочего органа и жесткости [5, 10].

Металлорежущие станки оснащены направляющими скольжения, качения и комбинированными. Направляющие скольжения могут быть с полужидкостной, жидкостной и газовой смазкой. Направляющие качения по конструктивному исполнению подразделяются на направляющие без циркуляции тел качения и направляющие с циркуляцией тел качения. В качестве тел качения применяются шарики или ролики. Комбинированные объединяют разные типы направляющих.

По назначению и пространственному расположению направляющие могут быть прямолинейного и кругового движения, горизонтальными, наклонными и вертикальными.

7.1 Конструкции направляющих и

направления их модернизации

Решение вопросов модернизация подвижных узлов станка с целью повышения его точности может быть осуществлено за счет усовершенствования конструкции направляющих. В частности, точность движения и позиционирования подвижных узлов на направляющих скольжения с полужидкостным трением значительно повышается с использованием накладных полимерных лент из наполненного фторопласта. Наполненный фторопласт – это полимерный материал с наполнением из бронзы, кокса, графита, дисульфида молибдена, играющих роль смазочного материала, изготавливается в виде ленты. Например, лента марки Ф4К15 М5-Л-ЭА имеет толщину 1,7 мм. При этом коэффициент трения в паре с чугуном или закаленной сталью снижается до 0,04-0,06 и в области низких скоростей скольжения мало изменяется. Для таких направляющих характерны малая сила трения, высокая износостойкость, высокая точность и чувствительность позиционирования, достаточная жесткость и равномерность подачи. Изменения в конструкции деталей с направляющими при этом небольшие. Накладки из наполненного фторопласта наклеивают с помощью клеевой композиции на направляющие столов, салазок, подвижных бабок, поперечен, а также на клинья, регулировочные и прижимные планки [5].

Конструкция накладной полимерной направляющей приведена на рисунке 47. Лента 1 помещается в углублении, обработанном на направляющей стола 2 (рис. 47, б). Для фиксации ленты при приклеивании и повышения прочности крепления ее концов к обоим торцам стола больших габаритов приклеивают текстолитные планки 3, которые дополнительно крепят винтами 4. Если планки не предусмотрены, расстояние от конца приклеенной накладки до торца стола должно составлять 5 мм (рис. 47, в). Для защиты боковых кромок направляющих от смазочного масла и охлаждающей жидкости, используют антифрикционные пастообразные эпоксидные компаунды (рис. 47, г).

а

Рисунок 47 - Конструкция накладных направляющих

из наполненного фторопласта

Предпочтительными считаются смазочные поперечные канавки с подводом масла в каждую (рисунок 46, а). Ширина ка-

навки b выбирается в зависимости от ширины направляющей с.

с, мм	20-30	30-40	40-60	60-100	100-200	200-300
b, мм	4	6	8	10	18	25

На направляющих узлов, перемещающихся вертикально, смазочную канавку изготовляют S – образной (рис. 42, д); с целью лучшего удержание масла поперечные ее участки изготовляют с небольшим наклоном. Канавки следует располагать в зоне, отстоящей на 8-10 мм от краев направляющей и на 20 мм от концов.

Более сложной может быть модернизация направляющих скольжения с полужидкостной смазкой заменой на гидростатические направляющие или на направляющие качения.

Гидростатические направляющие являются направляющими с жидкостной смазкой. Масляный слой между сопряженными поверхностями создается подачей масла под давлением в зазор между ними.

Гидростатические направляющие практически не изнашиваются, имеют хорошую демпфирующую способность, обеспечивают высокую точность и равномерность движения, а также точное позиционирование. Переориентация подвижного узла на гидростатических направляющих составляет всего 0,001-0,002 мм. Жесткость таких направляющих несколько ниже жесткости направляющих других типов.

При гидростатических направляющих требуются громоздкая гидросистема, хорошая фильтрация масла и тщательный уход. Применение таких направляющих сопровождается усложнением конструкции станка: обеспечивается высокая жесткость корпусных деталей, вводятся устройства для фиксации подвижных исполнительных органов.

Рисунок 48 - Гидростатические направляющие

Гидростатические направляющие бывают разомкнутыми (рис. 48, а) и замкнутыми (рис. 48, б). Принцип их работы заключается в следующем .

Масло под постоянным давлением подается через дроссель в карманы на направляющих. Оттуда оно вытекает наружу, преодолевая при этом сопротивление в зазорах. В случае разомкнутых направляющих с увеличением нагрузки Р зазор уменьшается, а его сопротивление и давление масла в нем возрастают. В результате новая нагрузка будет уравновешена возросшим давлением масла. В случае замкнутых направляющих давлением в зазоре h₁ уравновешиваются нагрузка и давление в зазоре_. Увеличение нагрузки Р ведет к уменьшению h₁ и увеличению т. е. к возрастанию давления в зазоре h₁ и к уменьшению его в зазоре h_2,. В результате нагрузка Р уравновешивается.

Незамкнутые направляющие применяются только в тех случаях, когда обеспечивается достаточно большая начальная нагрузка и незначительное ее изменение в процессе эксплуатации станка (не более чем в 2 раза). В легких и средних станках могут быть применены треугольные направляющие.

Масло к направляющим может быть подведено разными способами: через дроссели, установленные перед каждым карманом (питание с дроссельным регулированием); от отдельных насосов для каждого кармана (питание по схеме насос – карман); через автоматические регуляторы подачи. Для направляющих с системой питания по схеме насос – карман (рис. 43, в) или с системой, содержащей один насос и делитель потока (см. рис. 43, б), характерна повышенная жесткость масляного слоя. Такими направляющими оснащают карусельные, продольно-фрезерные и другие продольные станки. Наиболее высокая жесткость и постоянная толщина масляного слоя сохраняются, когда масло поступает в карман через автоматический регулятор, в качестве которого может быть использован мембранный регулятор (рис. 43, г). Зазор Н между соплом 4 и мембраной 3, а следовательно, и сопротивление регулятора изменяются в зависимости от толщины h масляного слоя в направляющих.

При применении подобных регуляторов в системе питания незамкнутых направляющих допускается изменение внешней нагрузки до 5 раз.

Карманы на направляющих подвижного узла выполняются в виде канавок. На узкой направляющей делают одну канавку (рис. 49, а), на широкой – несколько параллельных (рис. 48 б, г). При >4 продольные канавки соединяют поперечными (рис. 49, в). Размеры карманов приведены в таблице 19. Число карманов на направляющей оказывает значительное влияние на ее работоспособность. Для направляющей длиной до 2000 мм рекомендуют 2-4 кармана. Большее число карманов малой длины предусматривают, когда на подвижный узел действует большой опрокидывающий момент или когда жесткость базовых деталей относительно низкая.

Рисунок 49 - Карманы гидростатических направляющих

Таблица 19 - Размеры карманов, мм

Ширина направляющей В	Форма кармана		а	а1	а2
40-50	а	-	4	8	-
60-70	б	4	4	8	15
80-100	б	4	5	10	20
80-100	в	4	5	10	20
110-140	б	4	6	12	30
110-140	в	4	6	12	30
150-190	г	-	6	12	30
200	г	-	6	15	40

Направляющие качения без циркуляции тел качения представляют собой сложную конструкцию, в которую входят закаленные планки прикрепляемые к столу и станине, тела качения (шарики или ролики), сепараторы, устройства для создания предварительного натяга и для защиты направляющих от загрязнений.

Направляющие без циркуляции тел качения применяются при небольшой длине хода узла (до 1 м).

Направляющие бывают незамкнутыми и замкнутыми. Отрыву подвижного узла, установленного на незамкнутых направляющих, препятствуют его сила тяжести и вертикальная составляющая силы резания. Незамкнутые направляющие качения могут быть только горизонтальными. Замкнутые направляющие сложнее и дороже незамкнутых, однако, благодаря создаваемому натягу обладают высокой точностью и жесткостью. Они могут быть не только горизонтальными, но и вертикальными и наклонными.

В конструкциях направляющих качения используются поверхности тех же форм, что и в направляющих скольжения. Применение шариков или роликов дает большое число их исполнений.

Шариковые или роликовые направляющие выбирают в зависимости от нагрузки. Для роликовых направляющих допускаемая нагрузка в 25-30 раз больше, чем для шариковых. При больших нагрузках используются направляющие в виде накладных планок из закаленной цементируемой стали 20Х, а при малых – как стальные, так и чугунные .

Направляющие смазываются пластичным смазочным материалом или масляным туманом. Для защиты от загрязнений применяются лабиринтные уплотнения, расположенные вдоль них (рис. 50 а, б). Со стороны торцов к столу прикрепляют щитки или стальные ленты (рис. 50, в).

Рисунок 50 -Устройства для защиты направляющих качения

Направляющие с циркуляцией тел качения обычно оснащены комплектными элементами в виде роликовых опор (рисунок 51). Такие направляющие применяются в станках с ЧПУ с большим ходом тяжело нагруженных узлов.

Роликовая опора Р88 включает направляющую (корпус) 1 (рис. 51), циркулирующие вокруг нее ролики 2, препятствующие выпадению роликов обоймы 4, винты 5 и штифты 6 для крепления обоймы к направляющей 1. а также винты 3 и штифты 7 для крепления опоры к подвижному узлу станка. Стандартные роликовые опоры бывают нормальной Р88, узкой Р88У и широкой р88Ш серий (табл. 20).

Рисунок 51 - Роликовая опора

Таблица 20 - Размеры роликовых опор и допускаемая нагрузка

Типоразмер опоры	Размеры, мм								Крепежные винты	Допускаемая нагрузка, Н
	L	B	H	h	c	a	d
Р88-101	75	42	22	16	34	44	6	14	М4	25000
Р88-102	95	52	32	24	42	52	8	20	М5	49500
Р88-103	135	66	39	29	52	80	10	25	М6	105000
Р88У-101	75	25,6	18,7	12,7	20,6	25,4	6	8,4	М3	17000
Р88У-102	105	38,3	28	20	31	38	8	12,5	М4	43000
Р88У-103	140	51	37	27	41	51	10	18,5	М5	85000
Р88Ш-101	75	33,7	18,7	12,7	28,5	25,4	6	16,5	М3	33000
Р88Ш-102	105	46,3	28	20	39,2	38	8	20,5	М4	68000
Р88Ш-103	140	58,5	37	27	48,5	51	10	20	М5	170000

Нагрузочная способность роликовой опоры характеризуется допускаемой по контактной прочности длительно действующей на нее нагрузкой, значения которой при работе в паре со стальными направляющими твердостью 58 НRС_э приведены в таблице 18.

Расчет нагрузки на направляющие выполняется по единой схеме нагружения для всех видов направляющих