КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ

Несущая система станка – совокупность деталей и узлов, обеспечивающих правильное взаимное положение и правильное направление перемещений узлов с деталью или инструментом под воздействием сил резания, собственного веса деталей и узлов и температурных воздействий. Несущая система в основном определяет точность формы обработанных деталей.

Детали несущей системы укрупнено могут быть разделены на три группы.

1. Станины и основания: горизонтальные и вертикальные станины с направляющими или без них, основания, плиты и т.п.

2. Корпусы коробок скоростей и подач, корпусы шпиндельных бабок.

3. Детали узлов для поддержания и перемещения инструмента и заготовки: поперечины, рукава, ползуны, хоботы, суппорты, салазки, столы, шпиндели и т.п.

Детали несущей системы должны обладать:

- высокой точностью изготовления всех ответственных технологических поверхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

- высокой жесткостью, определяемой контактными деформациями подвижных и неподвижных стыков и деформациями самих деталей несущей системы;

- высокими демпфирующие свойства, т.е. способностью гасить колебания инструмента и заготовки под действием различных источников вибрации;

- долговечностью, выражаемой в стабильности формы и размеров деталей несущей системы в течение заданного срока эксплуатации, что необходимо для сохранения первоначальной геометрической точности станка;

- малыми температурными деформации, создающие относительные смещения инструмента и обрабатываемой заготовки.

Данные требования удовлетворяются правильным выбором материала и конструктивным исполнением при необходимой технологичности.

Материал

По условиям стабильности, жесткости и виброустойчивости для деталей несущей системы применяются серые чугуны и низкоуглеродистые стали. Для деталей типа станин и оснований наряду с традиционными материалами в последнее время все большее применение находят неметаллические и комбинированные материалы (бетон, железобетон, полимербетон, керамика, гранит).

Серые чугуны получили широкое распространение благодаря их хорошим литейным свойствам и возможности изготовление отливок сложной конфигурации, достаточной прочности, износостойкости и демпфирующей способности, а также относительной дешевизне.

Пример изготовления отливки сложной конфигурации показан на рис. 1.

Сварные стальные детали преимущественно применяют при относительно простых формах, а также при очень больших и особенно ударных нагрузках (обладают повышенной ударной прочностью). По сравнению с чугунными сварные стальные детали значительно легче при одинаковой жесткости, поскольку модуль упругости стали в 2-2.4 раза выше модуля упругости чугуна. Экономия материала при той же жесткости достигает 30-50% по сравнению с отливкой из чугуна. Если учесть, что общая масса таких деталей как станины в ряде конструкций составляет 80-85% от всей массы станка, то указанная экономия может существенно повлиять на общую себестоимость станка. Стальные детали требуют меньшей трудоемкости механической обработки, допускают исправление дефектов констр укции, но их демпфирующая способность ниже, чем у чугунных.

Применение бетона и железобетона позволяет значительно сохранить расход металла. Однако после схватывания бетон поглощает влагу, что приводит к объемным изменениям, а попадание на бетон масла может вызвать его повреждение. Поэтому поверхность железобетонных конструкций, как правило, пропитывают полимерными материалами. Бетоны обладают хорошими демпфирующими свойствами. Железобетонные станины наиболее эффективно изготовлять для станков тяжелых станков.

Лучшими техническими характеристиками обладают полимербетоны – композиционные материалы, основой которых служат природные камни, а связующим звеном – синтетические смолы. Как отечественный полимербетон (синтегран), так и зарубежные (гранитан, акрилбетон, эпоксибетон, плексилитбетон) по своим физико-механическим характеристикам – пределу прочности при сжатии и изгибе, модулю упругости, теплопроводности, износостойкости – приближаются к натуральным гранитам, но значительно превосходят их по технологичности.

С танины представляют собой массивные отливки, в которых залиты закладные металлические элементы – плиты для направляющих, трубы, опорные элементы и т.п. (рис. 2). Модуль упругости в 3-5 раз ниже, чем у чугуна. В результате чего масса станин из полимербетона выше на 30-40% (при той же жесткости), но при точном монтаже закладных деталей, обуславливающем сравнительно небольшой объем механической обработки, затраты на изготовление ниже на 20-30%.

Выполненные из полимербетона конструкции обладают повышенной, по сравнению с чугуном, виброустойчивостью, высокой размерной стабильностью, в результате чего увеличивается производительность станка, повышается стойкость режущего инструмента, особенно керамического.

Станины станков, предназначенных для прецизионного алмазного точения, могут изготавливаться из натурального гранита или на основе керамических материалов.