МХ: Часть 2. Вопросы 21-25

21. Направляющие устройства модулей, их основные типы и особенности применения.

Направляющие устройства станков предназначены для осуществления точного относительного перемещения обрабатываемой детали и инструмента, точность перестановки узлов и восприятие внешних сил.

Часто направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями. Но эта классическая система пришабренных направляющих чугун по чугуну быстро уступает место другим направляющим из-за высокой трудоемкости и сложности шабрения, а также из-за относительно плохих характеристик пары трения чугун-чугун по износостойкости.

В металлорежущих станках применяются направляющие скольжения, качения и комбинированные. По характеру трения направляющие скольжения делятся на направляющие полужидкостного трения, жидкостного трения и аэростатические направляющие. Полужидкостное трение возникает на смазанных направляющих станков, при этом суммируется сила от взаимодействия контактирующих поверхностей деталей и сила вязкого сопротивления смазки, не разделяющей полностью эти поверхности. Если смазка разделяет поверхности полностью, то трение становится жидкостным. Жидкостное трение имеет место в гидростатических и гидродинамических направляющих. Направляющие качения различаются по виду тел качения на шариковые и роликовые.

Все типы направляющих имеют свои достоинства и недостатки, что и определяет их целесообразную область применения. Часто делают комбинированные направляющие, используя достоинства разных типов и достигая тем самым суммарного эффекта.

Направляющие различаются:

- незамкнутые

- ограниченно замкнутые

- замкнутые

Направляющие скольжения применяют в станках общего назначения, т.к. они обеспечивают быстрое и надежное закрепление.

Материал для направляющих скольжения:

Легированные стали (азотирование, цементирование, закалка ТВЧ):40Х, 40ХН, 20Х, 38ХМЮА, ХВГ, ШХ15

Серый чугун СЧ21-40

Бронза – подвижная часть

В зависимости от траектории движения подвижного узла направляющие делятся на прямолинейные и круговые. Они делятся также на горизонтальные, вертикальные и наклонные. По форме поперечного сечения наиболее распространены прямоугольные, треугольные, трапециевидные (ласточкин хвост) и цилиндрические направляющие (на рис. охватываемые).

Часто используют сочетания различных форм, когда одна из направляющих выполнена прямоугольной, а другая треугольной или в виде половины трапециевидной формы. Каждую из форм можно применять в виде охватывающих и охватываемых направляющих. Охватываемые направляющие плохо удерживают смазку, а охватывающие удерживают ее хорошо, но нуждаются в надежной защите от загрязнений.

Прямоугольные направляющие отличаются технологичностью изготовления и простотой контроля геометрической точности. Они находят большее применение, особенно в станках с программным управлением, так как отличаются простотой и надежностью регулировки зазоров-натягов и способны воспринимать большие нагрузки. Треугольные направляющие обладают свойством автоматического выбора зазора под действием собственного веса узла, но угловое расположение рабочих граней усложняет их изготовление и контроль. Трапециевидные направляющие отличаются компактностью конструкции, но сложны в изготовлении и контроле, к тому же плохо работают на отрыв при больших опрокидывающих моментах.

Регулирование зазора у них относительно простое, но не обеспечивает высокой точности сопряжений. Цилиндрические направляющие применяются редко. В охватываемом варианте они не обеспечивают большой жесткости из-за прогиба скалок (штанг), закрепленных на концах, поэтому их применяют, в основном, при малой длине хода. В охватывающем варианте у цилиндрических направляющих сложно изготовить полукруглый профиль.

22. Конструктивные схемы направляющих устройств качения.

В замкнутых направляющих предварительный натяг создают двумя способами: пригонкой размеров или регулировочными устройствами. Первый из них прост конструктивно и дает высокую жесткость, однако натяг невозможно регулировать в процессе эксплуатации и необходимо выдерживать размеры с большой точностью. Второй способ сложнее конструктивно, Натяг создается либо пружинами, либо за счет регулировочных элементов, которые смещают подвижную деталь. При этом желательно, чтобы эти устройства во избежание снижения жесткости не воспринимали основную нагрузку.

Особенности конструкций направляющих качения:

1) элементы качения находятся в сепараторе

2) элементы качения с фиксированными осями

3) с непрерывным потоком тел качения

Направляющие качения обладают хорошими характеристиками трения, равномерностью и плавностью движения при малых скоростях, высокой точностью установочных перемещений, малыми тепловыделениями и простотой системы смазывания. Недостатками направляющих качения по сравнению с направляющими скольжения являются высокая стоимость, трудоемкость изготовления, низкое демпфирование колебаний, повышенная чувствительность к загрязнениям.

Трение качения в направляющих может создаваться при свободном прокатывании шариков или роликов между движущимися поверхностями, либо применением тел качения с фиксированными осями. Тела качения снабжаются сепаратором. При большой длине хода используют направляющие с циркуляцией шариков или роликов, которые свободно возвращаются на рабочую дорожку по каналу возврата.

Материал и конструктивные формы направляющих качения сходны с направляющими скольжения. Однако направляющие качения имеют повышенные требования к твердости и однородности рабочих поверхностей. Чугун применяют сравнительно редко, лишь при небольших нагрузках. В основном используются стальные закаленные направляющие.

Число тел качения в одном ряду на направляющей не должно быть меньше 12—16, так как с их уменьшением снижается точность движения. Чрезмерное увеличение количества тел качения приводит к тому, что все большее их число оказывается ненагруженными полностью или частично. Диаметр тел качения выбирают из тех соображений, что с уменьшением диаметра возрастают силы трения, а с увеличением диаметра увеличиваются габариты направляющих. Жесткость шариковых направляющих возрастает с увеличением диаметра шариков, а жесткость роликовых почти не связана с диаметром роликов.

1 – корпус

2,3 - крышки