3.2.2 Направляющие

Поверхности, несущие подвижные части станка, называются направляющими. Направляющие обеспечивают правильность траектории движения заготовки или инструмента и точность узлов станка. Во многих случаях направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями.

Они являются наиболее ответственной частью станка, которая обеспечивают прямолинейное перемещение частей станка и связанного с ними режущего инструмента. Станки с ЧПУ изготавливаются с горизонтальными, вертикальными и наклонными направляющими. По направляющим перемещаются исполнительные органы – суппорта, каретки, столы.

Точность станка определяется точностью изготовления направляющих, отсутствием зазоров и жесткостью конструкции. Поэтому к направляющим станков с ЧПУ предъявляются высокие требования:

• высокая точность перемещения и выхода в заданную координату;

• малое значение коэффициентов трения покоя и движения и близость их значений;

• равномерность и плавность перемещения, отсутствие толчков при медленных перемещениях;

• высокая жёсткость и демпфирующая способность стыков;

• сохранение работоспособности и точности в течение длительного времени;

• удобство регулирования зазоров;

• низкая стоимость и простота изготовления.

В станках с ЧПУ применяют следующие виды направляющих:

• скольжения,

• качения,

• комбинированные (качения и скольжения),

• гидростатические,

• аэростатические.

Для позиционных станков наилучшими являются направляющие качения, они обеспечивают точный выход в данную позицию. Для фрезерных станков с контурной обработкой необходим плавный реверс, что обеспечивают направляющие скольжения с малым коэффициентом трения. При больших длинах перемещений с большой скоростью рекомендуются направляющие качения или комбинированные. В тяжелых фрезерных станках используют гидростатические направляющие.

Направляющие скольжения

Направляющие скольжения могут быть плоскими (прямоугольные, треугольные, призматической формы, типа «ласточкин хвост») и цилиндрическими (рис. 3.3). В станках часто используют комбинированные направляющие, когда левая и правая направляющие имеют различный профиль.

Р исунок 3.3 - Направляющие скольжения

Применяемые материалы

1 Серый чугун СЧ50, СЧ25, СЧ30. Направляющие из чугуна изготавливают как единое целое со станиной.

Основным недостатком этих направляющий является большой коэффициент трения. Для пары чугун-чугун коэффициент трения покоя при обычных маслах составляет =0,21-0,28, при использовании специального масла можно получить =0,075-0,09. При таких значениях требуется повышенное усилие в механизме привода, и начало перемещения подвижного элемента происходит рывком.

2 Легированная сталь с закалкой на твердость 58-62 НRС. Стальные направляющие изготавливают накладными. Эти направляющие также имеют большой коэффициент трения, но более дорогие и сложные в изготовлении, чем чугунные.

Для стальных и чугунных направляющих и традиционных масел разность между коэффициентами трения покоя и скольжения составляет 0,09. Погрешность остановки узла определяется зависимостью

=(1…2)F_тр /j_пр,

где Т – разность сил трения покоя и движения,

j_пр – жесткость привода, Н\мкм.

Для пары чугун-чугун, массе 1000 кг и жесткости 100-150 Н\мкм точность остановки составляет 0,01-0,02 мм. За счет сокращения разности коэффициентов трения покоя и скольжения, повышения жесткости, уменьшения зазоров можно добиться погрешности остановки 1-3 мкм.

3 Стальные или чугунные направляющие с покрытиями. В качестве покрытия чаще всего используют специальный цинковый сплав ЦАМ-10-5, фторопласт или композиционные материалы на основе эпоксидных смол с присадками дисульфида молибдена, графита и неметаллических наполнителей. Их наклеивают в виде лент.

Н аправляющие из цветных сплавов и пластмасс обладают благоприятными характеристиками трения, способствующими равномерному перемещению при малой скорости, отсутствием схватывания. Недостатки: недостаточная жесткость, низкая стойкость к воздействию сред

Пластины из сплава ЦАМ-10-5 изготавливают литьем длиной 400 мм и толщиной 8-10 мм (рис. 3.4). На чугунной поверхности направляющих их закрепляют эпоксидным клеем и винтами. Стыки между пластинами и углублениями 1 под головки винтов замазывают эпоксидным клеем. В собранном виде фторопластовые пластины являются пластиковыми направляющими, которые шабрятся по пятнам нанесенной краски на плите. Эти направляющие обеспечивают коэффициент трения движения 0,15, покоя - 0,19. Коэффициент трения покоя в паре фторопласт-чугун 0,04-0,06.

Композиционные материалы обладают высокой технологичностью, так как направляющие не требуют последующей механической обработки.

Н аправляющие из специального покрытия в виде пасты нашли применение за рубежом в токарных станках с ЧПУ. Антифрикционные покрытия в виде пасты, разработанной фирмой Diamant (ФРГ), представляют собой двухкомпонентную пластмассу на базе эпоксидных смол с добавлением специального высококачественного антифрикционного наполнителя и 8% отвердителя. Приготовленная паста может храниться 60 мин при температуре 20°С, время отвердевания — 15 ч при температуре 20° С. Возможна заливка жидкого композита в выверенный зазор величиной 1,5-2,5 мм.

После этого подвижный орган устанавливают на неподвижный, на направляющие которого нанесен тонкий восковой слой. Можно обработать резанием (строганием, шабрение, шлифованием).

Плоские направляющие скольжения стола покрыты плёнкой из наполненного фторопласта марки Ф4К15М5. Покрытие обеспечивает малый коэффициент трения, движение на малых скоростях без скачков и к тому же обладает способностью к гашению вибраций, требует меньшей мощности привода. Пластиковые направляющие из фторопласта обеспечивают коэффициент трения покоя 0,005, движения - 0,004.

Поверхность, на которую наносят пасту, должна быть подготовлена: на ней нанесены продольные риски (рис. 3.5) резцом или фрезой остроконечной формы с шагом S=1 мм при глубине t=0,5 мм.