Условия эксплуатации и износа направляющих

Условия работы направляющих характеризуют в основном следующие факторы: давление, в том числе его переменность; скорость скольжения; смазка; температура направляющих; за­грязнение направляющих отходами обработки (металлической стружкой, песком, окалиной, абразивом); наличие реверсирования движения; периодичность работы (относительная продолжитель­ность работы направляющих в сравнении с длительностью смены) или путь трения. Важнейшей характеристикой условий работы является режим трения.

Давление на направляющие у большинства металлорежущих станков переменное. В направляющих прямолинейного (возвратно-поступательного) движения, у которых давление от сил резания составляет значительную часть общего (в токарных, револьвер­ных, консольно-фрезерных и других станках), более половины пути трения осуществляется с пониженным давлением. При этом лишь часть рабочих ходов (черновые операции) производится со значительным давлением.

На сохранение точности металлорежущих станков в значи­тельной мере влияет интенсивность изнашивания направляющих, что зависит от большого числа факторов: свойства материала детали (химического, состава, структуры и твердости); конструк­ции направляющих и защитных устройств; системы смазки направляющих и применяемых масел; технологии финишной обра­ботки направляющих и качества поверхностных слоев направ­ляющих; материала деталей, обрабатываемых на станках, и режи­ма их обработки; интенсивности использования станка и внешних воздействий.

Физическая природа этих факторов, многие из которых взаи­мосвязаны, весьма разнообразна, а количественная оценка влия­ния некоторых из них на протекание изнашивания весьма затруд­нительна.

При работе направляющих прямолинейного движения в стан­ках ряда типов начальная точность контакта в процессе эксплуа­тации снижается из-за неравномерного износа по длине и сечению, деформаций и т. д.; это вызывает изменение условий изнашива­ния, вследствие чего не происходит полной приработки и интенсивность изнашивания не падает. Измерение направляющих в нескольких сечениях через каждые 50—200 мм (в зависимости от длины направляющей) позволяет выделить зону наибольшего изнашивания. Этот участок и характеризует износ направляющих.

Основными видами изнашивания направляющих скольжения металлорежущих станков являются: абразивное изнашивание (наблюдается в основном при загрязнении направляющих или масла твердыми частицами), схватывание (возникает вследствие адгезии между непосредственно соприкасающимися свежими поверхностями, обнажаемыми при разрыве поверхностных масляных пленок в процессе совместного пластического деформирования контактной зоны и последующего разрушения сцепившихся точек, контактов на некоторой глубине от поверхности в менее прочной зоне), изнашивание в условиях чистой смазки и отсутствия схватывания (включает в себя группу видов изнашивания, для которых характерны усталостные разрушения из-за повторного механического взаимодействия неровностей, изнашивание при хрупком разрушении наклепанного слоя, разрушение, пленок окислов и т. д.).

На рис. 42 показаны направляющие токарно-винторезного станка модели 1А62, где поверхности 4, 5 и 6, по которым пере­мещается задняя бабка, значительно меньше изнашиваются, чем поверхности 1, 2, 3, 7 и 8.

Исследованиями авторов на пятидесяти станках за трехлетний период эксплуатации установлено, что при износе поверхностей 4, 5 и 6 на 0,03 мм поверхность 8 оказалась изношенной на 0,10 мм, поверхность 7 — на 0,08 мм, поверхность 1—на 0,05 мм, поверхность 3 — на 0,25 мм и поверхность 2 — на 0,35 мм.

Все эти данные подтверждаются исследованиями ЭНИМС в части того, что направляющие для перемещения каретки суппорта (2,3,7) значительно более нагружены, чем направляющие, для перемещения задней бабки. Однако скорости изнашивания направляющих зависят также и от характера выполняемых работ (в патроне или в центрах). В последнем случае изнашиваются более интенсивно и направляющие перемещения задней бабки.

Рис. 42. Направляющие станины токарно-винто­резного станка модели 1А62

Изнашивание направляющих базовых деталей токарного станка влияет на технологическую точность, изменяет первоначальную пространственную траекторию движения резца.

Непрямолинейность перемещения режущего инструмента в го­ризонтальной плоскости непосредственно передается на обраба­тываемую заготовку, обусловливая различные погрешности формы по длине.

Технологически допустимая величина износа направляющих станины токарного станка определяется размерами обрабатывае­мой заготовки и требованиями точности обработки. Так, при обработке заготовок в пределах 3-го класса точности диаметром 50—80 мм, длиной 300 мм износ направляющих для перемещения каретки не должен превышать 0,07—0,10 мм.

Влияние вида обработки на износ направляющих станины то­карного станка за год двухсменной работы дано в табл. 7.

Таблица 7

Средняя величина, износа (в мм) направляющих станины при обработке стали и чугуна

Вид обработки	Модель станка
	1Д62	1А62
Черновая Черновая и чистовая Чистовая	0,08—0,10 0,04—0,08 0,02—0,04	0,05—0,07 0,03—0,05 0,02—0,03

По мере совершенствования конструкций станин токарных станков и технологии их изготовления износостойкость направ­ляющих непрерывно повышается, как это показано в табл.8.

Принудительная (oт специального насоса) смазка направляю­щих в сравнении с ручной повышает износостойкость направляю­щих металлорежущих станков в среднем в 1,25—1,5 раза. Нали­чие (даже несовершенного по конструкции) щитка для защиты передней направляющей на токарных станках модели 1А62 уве­личивает долговечность направляющих в среднем в 1,5 раза.

У токарных и револьверных станков, работающих в крупно­серийном и массовом производстве, скорость изнашивания направ­ляющих станин в два-три раза выше.

У продольных направляющих кареток суппортов концы изна­шиваются значительно больше средней части. У левого края (ближе к передней бабке) износ больше, чем у правого края. Максимальное значение износа направляющих кареток суппор­тов выше соответствующего значения износа направляющих ста­нины в среднем в 2—2,5 раза.

Таблица 8

Средняя величина износа направляющих станины за год двухсменной работы

Модель станка	Вид обработки	Износ, мм
ТН15-ТН20	Черновая и чистовая	0,12
ДИП-200		0,06
1А62		0,04
1К62 (направляющие незакаленные)		0,035
1К62 (направляющие закаленные)	Черновая	0,03
	Черновая и чистовая	0,012

Исследованиями ЭНИМС установлено, что значительное повышение долговечности направляющих может быть достигнуто за счет более благоприятного распределения износа между гранями направляющих. В этом случае уменьшение ширины контакта задней направляющей 1 (рис. 43, а) путем сужения рабочей ширины С_с до величины С_к. уменьшит поворот суппорта в плоскости, перпендикулярной оси центров станка, при продольном сечении.

Не следует уменьшать ширину контакта с передней треугольной направляющей и внутренней гранью 2, износ которой крайне неблагоприятно отражается на точности обработки.

Э ти недостатки учли станкостроители, которые рационально решили вопрос перераспределения износа направляющих, создав новую форму поверхностей ста­нины токарно-винторезного станка модели 16К20, отличающейся тем, что наименее изнашиваемая поверхность 1 (рис. 43, б) выполнена с уменьшенной шириной, а наиболее изнашиваемая грань 4 изготовлена более широкой. Другая особенность заключается в том, что поверхности 2 и 3 могут быть использованы как базы для ремонта, так как они не являются рабочими и, следовательно, не изнашиваются за исключением ½ ширины поверх­ности 3, по которой перемещается задняя бабка.

Рис. 43. Направляющие станин токарных станков моделей:

а — 1А62; б — 16К20