15. Направляющие мрс (требования, классификация, формы поперечного сечения)
Направляющие служат для обеспечения точного перемещения рабочих органов станка с рабочей подачей, для обеспечения быстрых перемещений; воспринимают внешние силы.
Классификация:
По траектории движения:
а) прямолинейные,
б) круговые;
2. По расположению в пространстве:
а) горизонтальные,
б) вертикальные,
в) наклонные;
3. По характеру трения:
а) направляющие скольжения или направляющие смешанного трения,
б) направляющие качения,
в) гидростатические направляющие или направляющие жидкостного трения,
г) аэростатические направляющие.
Основные требования.
Точность изготовления, малая шероховатость и однородность рабочей грани.
Долговечность.
Малая величина т постоянство коэффициента трения.
Наличие компенсаторов износа.
Жесткость под которой понимается величина контактных перемещений рабочих граней под действием внешних сил.
Дополнительные требования предъявляются направляющим станков с ЧПУ:
Обеспечение точного выхода в заданное положение.
Устранение или уменьшение неравномерности перемещения и скачков при медленных перемещениях их в моменты троганья с места и останове.
Обеспечение демпфирования колебаний возникающих при медленном движении резания и резонансных явлениях.
Основные формы поперечного сечения.
Прямые.
Плюсы: Технологичность изготовления. Простота контроля геометрической точности. Простота и надежность регулировки зазоров.
Минусы: легкая засоряемость стружкой.
Применяются при относительно медленных перемещений и нормальных требований точности.
Призматические, треугольные
«+»: Автоматический выбор зазоров под действием собственного веса.
«-»: Сложность изготовления и контроля геометрической точности.
Применяются в основном при систематической нагрузке и малых скоростях перемещений. (направляющие токарного станка).
Трапециевидные или типа «Ласточкин хвост».
Плюсы: Компактность, хорошее восприятие небольших опрокидывающих моментов, простота регулировки зазоров.
Минусы: 1. Сложность изготовления и контроля геометрической точности, плохая работа на отрыв при действии больших опрокидывающих моментов. 2. Значительные потери на трение.
Применяются при малых скоростях движения и средних требований к точности (фрезерные станки, сверлильные (вертикального перемещения сверх головки), токарные (перемещение вверх салазок)).
Круглые
Плюсы: Технологичность изготовления, хорошее центрирование.
Минусы: Сложность регулировки зазоров нет жесткости.
Применяются: При незначительной длине хода и осевом симметричном нагружении (например:
хонинговальные станки)
Комбинированная форма поперечных сечений.
Чаще применяются в сочетании плоской и треугольной направляющей.
Охватываемые направляющие:
Плюсы: Простота изготовления и контроля. Легкое удаление стружки.
Минусы: Плохо удерживают смазку.
Охватывающие направляющие:
Плюсы и минусы обратные охватываемым.
Направляющие смешанного трения (скольжения).
Плюсы: повышенная контактная жесткость, хорошие демпфирующие свойства, надежная фиксация узла после перемещения.
Минусы: большое трение, зависимость коэффициента трения от скорости резания, быстрый износ следовательно низкая долговечность, низкая чувствительность при позиционирование и отработки малых перемещений.
Для уменьшения недостатков в частности использую специальные антискачковые масла и накладки из антифрикционных материалов.
Материал: Для исключения схватывания пару трения обычно изготавливают из разных материалов.
Виды материалов.
1. СЧ20, СЧ25, СЧ30 – в этом случае направляющие изготавливают за одно целое с базовыми деталями поэтому они умеют уменьшенную стоимость. Однако при интенсивной работе подобные направляющие не всегда обеспечивают требуемую долговечность.
Способы по увеличению долговечности.
а). закалка ТВЧ при этом износ уменьшается в 2-4 раза.
б). легирование поверх слоя легирующими присадками с последующей закалкой.
в). нанесение покрытий, например: хромирование, напыления слоя молибдена.
При этом изначальная стойкость увеличивает в 4-5 раз.
2. Стальные направляющие.
Обычно выполняются в виде отдельных планок прикрепляемых к базовым деталям
Используются:
- низкоуглеродистая сталь 20, 20Х с цементацией и закалкой до 60-65 HRC
- легированная высокоуглеродистая сталь, например 9ХС, ХВГ закалкой до 58-62 HRC.
- азотируемая сталь 40ХФ , 38ХМЮА с закалкой до 58-62 HRC.
3. Цветные сплавы.
Обладают хорошими антизадирными свойствами, но умеют большую стоимость, применяются в паре с чугунными или стальными направляющими(например Бронзовые, цинковые сплавы).
4. Пластмассы.
Имеют хорошие характеристики трения, отсутствуют схватывание, но обладают малой жесткостью, износостойкостью при абразивном загрязнении, высокой температуры, попадания влаги в масло.
Применяются фторопласты, наклеиваемые в виде ленты на базовую деталь.
Размеры направляющих:
Определяются соответствующими нормами станкостроения.
Регулирование зазора.
Направляющих скольжения обязательно предусматриваются регулирование зазоров, которое осуществляется с помощью клиньев или планок.
Различают:
- прижимные планки, для создания зазоров в горизонтальной плоскости
- регулировочные планки для регулирования зазоров в направляющих
- регулировочные клинья с уклоном 1/70 – 1/100, для тонкого регулирования зазоров.
Чем меньше скорость и больше давления, тем большей вязкости должна быть смазка.
Расчет направляющих скольжения.
На износостойкость, когда определяется и ограничивается давление, действующие на рабочие грани направляющих.
На жесткость, когда определяется и ограничивается величина контактных перемещения рабочих граней.
Давление по ширине направляющих постоянна, а по длине изменяется по линейному закону.
Последовательность расчета:
Составляется расчетная схема
Определяются силы действующие на рабочие грани направляющих
,Q
– тяговая сила, вес подвижного узла GОпределяется реакция рабочих граней направляющих
Определяется среднее давление действующие на рабочие грани.
Определяется величина контактных напряжений рабочих граней.
Величина податливости должна быть меньше допустимого значения (в зависимости от класса точности станка)
Гидростатические направляющие (направляющие жидкостного трения).
Применение: в станках с повышенными требованиями к точности и шероховатости поверхности.
Плюсы: 1. Повышенная чувствительность, при позиционировании и обработке малых перемещений. 2.Устранение потери устойчивости и скачкообразного движения при малых скоростях. 3. Неограниченная долговечность, повышение демпфирования.
Минусы:
1. Сложная система циркуляции сборок и очистки СОЖ. 2. Повышенная чувствительность к деформациям и погрешностям изготовления и монтажа.
Форма и количество карманов, в основном зависимость от площади сопрягаемых поверхностей.
Критерии расчета
На несущую способность, под которой понимаются внешняя нагрузка F, которую могут воспринимать направляющие до соприкосновения их элементов.
На жесткость
На расход масла, величина которого определяет производительность насоса.
На температуру масла.
Аэростатические направляющие.
Конструктивно настроены на разделение трущихся поверхностей слоем воздуха, который постоянно под давлением и независимо подается в специальные полости, также называемые карманами.
Плюсы: 1. Надежная фиксация узла после подачи воздуха.2. Отсутствие циркуляции воздуха и уплотнении
Минусы: 1. Низкая грузоподъемность. 2. склонность к автоколебаниям. 3. Невысокая надежность; 4. Необходимость очень точного изготовления рабочих поверхностей.
Применение: для точного позиционирования слабонагруженных узлов, вспомогательные перемещений, движения с особо высокими скоростями.
Направляющие качения.
Плюсы: 1. Низкий коэффициент трения (0,001..0,003); 2. Равномерность и плавность движения при малых скоростях.3. Работа без зазоров;4. Малое тепловыделение; 5. Длительное сохранение точности, простота смазки.
Минусы: 1. Сложность конструкции. 2. Пониженная демпфирующая способность в направленных перемещениях; 3. Трудность фиксации подвижного узла.
В качестве тел качения могут использоваться шарики, ролики, иглы.
Способы создания качения:
1. На роликах с закрепленными осями
2. С потоком тел качения без их возврата. (Используется при средней длине хода)
3. С потоком тел качения с их возвратом.
Материалы:
- чугун – используется редко при незначительных понижения давления
- сталь ШХ9, ШХ15, реже ХВГ, 9ХС с закалкой 58 – 62 HRC
Конструкторские формы поперечного сечения в основании те же, что для направляющих скольжения.
Создание предварительного натяга обеспечивает повышение жесткости в 2-3 раза.
Способы:
- под действием собственного веса
- Расчетом размерной цепи
- Применением подвижных регулировочных устройств.