Какие требования предъявляют к станинам и направляющим станков

Станины

Станина — основная корпусная часть станка, служащая для пространственного расположения и кинематической связи других узлов, а также для восприятия действующих силовых факторов между ними при работе.

Требования, предъявляемые к станинам:

— жесткость — способность конструкции сопротивляться деформированию под действием силовых нагрузок;

— виброустойчивость — способность конструкции при определённых вибрациях выполнять заданные функции, сохраняя значения параметров в пределах норм;

— прочность — способность конструкции не разрушаться под действием приложенных сил;

— технологичность — приспособленность конструкции к оптимальным затратам при её производстве, эксплуатации и ремонте;

— износостойкость направляющих (если они изготовлены за одно целое со станиной);

— минимально возможная металлоёмкость (масса);

— удобство удаления стружки.

Материалы, из которых изготавливают станины:

— литые из чугуна (СЧЗО, СЧ35, СЧ40) —для серийно выпускаемых станков;

— сварные из стали (СтЗ, Ст5) — единичное, опытное производство станков);

— монолитные(гранитные, железобетонные) — для станин тяжёлых иособо точных станков, измерительных машин; обладают повышенной жёсткостью, виброустойчивостью, малой чувствительностью к температурным деформациям.

Станина Станка По Металлу

Основным требованием, предъявляемым к станине станка, является длительное обеспечение правильного взаимного положения узлов и частей, монтированных на ней, при всех предусмотренных режимах работы станка, что достигается неизменностью соответственно расположенных на станине базирующих поверхностей для основных узлов станка. Базирующие поверхности для перемещающихся частей могут быть направляющими движения или направляющими перестановки. Это необходимо учитывать например при изготовление станин для фрезерных станков.

Отсюда вытекает предъявляемое к станинам, наряду с требованиями прочности, технологичности, малой металлоемкости и достаточно низкой стоимости, важнейшее требование — неизменности формы станины. Она достигается:

• выбором материала станины и технологии ее изготовления;
• такой статической и динамической жесткостью станины, при которой ее деформация под действием наибольших сил во время работы станка не выходят за пределы, сообразованные с допусками на неточность обработки;
• достаточно высокой износостойкостью направляющих.

Форма станины определяется прежде всего:

• расположением на ней направляющих для различных узлов станка;
• весом, размерами и Длинами ходов основных частей и узлов станка;
• необходимостью размещения внутри станины различных механизмов;
• необходимостью устройства в стенках станины проемов, окон и т. п. для монтажа и демонтажа, для осмотра, регулирования и смазки механизмов станка, а на стенках станины — платиков и кронштейнов для различного рода устройств.

Работа высокопроизводительных станков часто сопровождается отделением больших количеств стружки — иногда сотен килограммов в час. Требование быстрого удаления стружки — одно из серьезнейших при проектировании современных скоростных станков — сильно влияет на форму станины: в ней должны быть сделаны окна и проемы для свободного падения стружки, наклонные к задней стенке станины скаты и т. п. Пример конструкции станины, в которой учтено указанное требование, дан на рис. 1 (многорезцовый токарный полуавтомат мод. 1722 завода им. Орджоникидзе). В станинах современных высокопроизводительных станков нередко предусматривается место для встроенного шнека или конвейера, непрерывно убирающего стружку.

Рис. 1. Разрез станины многорезцового токарного полуавтомата модели 1722

При проектировании литой станины должны соблюдаться общие литейно-технические требования, имеющие целью облегчение формовки и уменьшение усадочных напряжений.

Как упоминалось выше, станина должна быть достаточно жесткой. Однако для обеспечения жесткости упругой системы станок — заготовка — приспособление — инструмент этого еще недостаточно — выбор подачи и глубины резания, допустимых при требуемой точности, класса чистоты обработанной поверхности и заданной стойкости инструментов, зависит от жесткости всей указанной системы. Отсюда стремление связывать основные части станка так, чтобы они образовали замкнутую раму (рис. 2, а — открытые конструкции, б — замкнутые (рамные)), отливать станину заодно с корпусом передней бабки и применять «монолитные» («моноблочные») конструкции.

Рис. 2. Открытые и замкнутые (рамные) компоновки станков

Большое влияние на жесткость станины оказывают ребра, соединяющие ее стенки или прилитые к ним. От расположения ребер, их числа, формы и размеров сечения зависит их эффективность в отношении повышения жесткости конструкции. Опыты, проведенные в ЭНИМСе Х. М. Еникеевым на моделях станин различных форм, показали, например, что расположение ребер, соединяющих стенки станины (перегородок), в отношении вертикальной жесткости последней практически безразлично. Чтобы увеличить вертикальную жесткость, целесообразно приливать к стенкам ребра в виде продольных горизонтальных полок или диагональной сетки. Более поздние экспериментальные исследования, выполненные у нас и за рубежом, в общем подтвердили выводы, вытекающие из опытов Х. М. Еникеева, и позволили получить дополнительные данные для обоснованного выбора оребрения при проектировании станин и других корпусных деталей станков.

На горизонтальную жесткость станины расположение ребер и их форма оказывают большое влияние. Наиболее эффективными являются диагональные ребра (перегородки), а в некоторых случаях — перекрестные связи между продольными стенками станины. Благоприятное влияние на горизонтальную жесткость оказывают и ребра в виде полок или диагональной сетки, особенно при комбинировании их с перегородками. Диагональные ребра повышают также жесткость станины на кручение.

Станины из чугуна

В большинстве случаев станины станков отливают из обыкновенного серого чугуна, хотя все большее применение получают и чугуны других типов. Решающее влияние на выбор марки серого чугуна, если направляющие отлиты за одно целое с ней, оказывают прежде всего направляющие движения, которые должны обладать высоким сопротивлением истиранию (абразивному износу). Влияет также и толщина стенок станины. Чаще всего используют чугуны с пластинчатым графитом марок от СЧ 21-40 до СЧ 35-56, иногда СЧ 38-60 по ГОСТу 1412-54, в особо ответственных случаях — высокопрочные чугуны с шаровидным графитом (ВЧ) по ГОСТу 7293-54. Для отливки станин средних размеров не слишком сложной формы с толщиной стенок 10-30 мм рекомендуется чугун СЧ 21-40 с перлитной основной массой, а при толщине стенок 20-60 мм — СЧ 28-40; для тяжело нагруженных станин при толщине стенок свыше 20 мм — высокопрочный и износостойкий чугун марки СЧ 32-52 с перлитной структурой или марки СЧ 35-56. Для станин с привертными направляющими, а также наиболее толстостенных и очень тяжело нагруженных станин рекомендуется чугун СЧ 38-60.

Станины из стали

В современном станкостроении наблюдается тенденция к замене литых станин сварными из прокатной стали; эта тенденция обусловлена рядом технических и экономических причин.

Как материал для изготовления станин, чугун обладает многими достоинствами (возможность изготовления отливок почти любой формы, хорошая обрабатываемость, более низкая цена станины при серийном производстве станков). Однако следует принимать в расчет и ряд неудобств, связанных с изготовлением станин литьем:

• удлинение срока изготовления станка из-за необходимости предварительно изготовить модели и стержневые ящики, а также выдержать отливку до начала механической обработки и после обдирки в течение довольно длительного времени для снятия внутренних напряжений;
• возможный брак литья, причем некоторые пороки обнаруживаются лишь в процессе механической обработки;
• необходимость оставлять на обрабатываемых поверхностях отливки довольно большие припуски;
• при направляющих, составляющих одно целое со станиной, чугун приходится выбирать соответственно требованиям, предъявляемым к направляющим;
• при длительном вылеживании отливок замедляется оборачиваемость оборотных средств предприятия и возрастает стоимость незавершенной продукции;
• при малых сериях на себестоимости станка неблагоприятно отражаются расходы на изготовление модели и стержневых ящиков; при крупносерийном производстве влияние этого фактора может быть настолько незначительным, что им можно пренебрегать.

От всех этих недостатков свободны станины, выполненные сваркой из предварительно нарезанных кусков прокатной стали. Направляющие привариваются или прикрепляются болтами к станине, поэтому станина может быть изготовлена из дешевой строительной углеродистой стали, например, Ст. 3 или Ст. 4 по ГОСТу 380-60.

Пределы упругости и механические свойства стали значительно выше, чем у обычного чугуна (механические свойства чугуна с шаровидным графитом значительно выше, чем обычного чугуна с пластинчатым графитом); поэтому расход материала на стальную сварную станину много меньше, чем на чугунную, при одинаковых в обоих случаях силах и моментах, если запас надежности и жесткость (т. е. и наибольшие допускаемые деформации) обеих станин принять одинаковыми. При равной жесткости вес стального элемента равен примерно 0,5-0,75 веса чугунного, т. е. экономия металла составляет 50-25 %. Практически экономия металла при замене литой чугунной станины стальной сильно зависит от конструктивного оформления обоих вариантов.

Решая вопрос о предпочтительности чугунной или стальной станины Для проектируемого станка, необходимо принимать в расчет всю совокупность технико-экономических показателей обоих вариантов. При крупносерийном масштабе производства нередко более целесообразен вариант литой станины, а при необходимости быстрого изготовления одного или нескольких станков — стальная станина.

В отношении выброустойчивости сварные стальные станины обычно не уступают чугунным, несмотря на то, что чугун, как материал, обладает лучшей способностью демпфировать возникающие колебания, нежели сталь: исследование и опыт показывают, что в собранной конструкции внутреннее трение материала практически пренебрежимо мало по сравнению с внешним трением, за счет которого и происходит демпфирование колебаний. Виброустойчивость сварной станины обусловлена в известной степени также влиянием сварных швов.

Для изготовления сварных станин станков можно пользоваться листовой сталью толщиной δ≥3 мм. При малой толщине стенок (δ<8 мм) необходимая жесткость станины может быть обеспечена достаточно большим количеством ребер и целесообразным размещением их. В результате этого, а также большого числа и большой длины сварных швов может оказаться, что та же станина, изготовленная из стали толщиной 10-12 или даже 15 мм, получается не более тяжелой и вместе с тем изготовление ее проще.

Помимо перечисленных материалов, некоторое применение для изготовления станин получили также легированные чугуны и азотированный чугун.

Использование бетона при производстве станин станков

Для изготовления станин тяжелых станков получил некоторое применение (у нас и за рубежом) железобетон. На рис. 3 показан поперечный разрез железобетонной станины тяжелого токарного станка Краматорского завода тяжелых станков, мод. 1660, для обработки заготовок размерами Ø1250×6300 мм и весом до 30 т.

Рис. 3. Поперечный разрез железобетонной станины тяжелого токарного станка модели 1660: 1 — опорный платик с отверстием под фундаментный болт; 2 — поперечные рабочие стержни; 3 — металлическая сетка; 4 — хомуты; 5 — наклонные стержни; 6 — кондукторная полоса; 7 и 9 — направляющие; 8 — металлическая облицовка диафрагмы; 10 — продольные рабочие стержни

Станина была спроектирована и выполнена совместно НИИПТМАШем и заводом вместо обычной чугунной (СЧ 21-40) станины (рис. 4). Для оценки жесткости опытной железобетонной станины по сравнению с чугунной обе они были подвергнуты действию одинаковой горизонтальной распорной силы (6,5 т), приложенной между направляющими станины над левой диафрагмой, между диафрагмами и над правой диафрагмой. Суммарные деформации балок в этих трех местах оказались равными: для чугунной станины 0,26; 0,26 и 0,25 мм, для железобетонной опытной станины — соответственно 0,167; 0,135 и 0,143 мм, т. е. на 36-45 % меньше. Эти эксперименты показали, что замена металлических станин железобетонными может быть технически целесообразной и экономически выгодной: достигаемое такой заменой уменьшение металлоемкости и снижение себестоимости составляет примерно 40-60%.

Из железобетона были выполнены основание, обе стойки, а также некоторые другие детали тяжелых двухстоечных токарно-карусельных станков моделей 1563С и 1580С Коломенского завода тяжелых станков, станины и другие базовые детали тяжелого продольно-строгального станка того же завода.

Однако из-за ряда причин, связанных с материалами (цемент), необходимым оборудованием для предварительного натяжения арматуры, недостатком опыта у соответствующих станкостроительных заводов железобетонные станины (и другие корпусные детали) пока еще не получили распространения в станках, хотя и имеют благоприятные перспективы.

Рис. 4. Поперечный разрез (по опорам) чугунной станины тяжелого токарного станка модели 1660: 1 и 3 — направляющие; 2 — диафрагма; 4 — опорный платик с отверстием под фундаментный болт

Типовые конструкции станин

В основе конструкций станин лежат некоторые общие принципы, обусловленные следующими обстоятельствами.

На станину работающего станка действуют силы резания, силы веса неподвижных и движущихся по станине деталей, вес заготовки и т. д., в некоторых станках — также силы инерции. Эти силы вызывают в материале станины напряжения и деформации, вид которых можно установить на основании анализа системы сил, действующих на станок в процессе резания. В ответственных случаях, особенно при проектировании тяжелых станков, необходимо подвергнуть анализу периоды неустановившегося движения — разгона и торможения, когда силы инерции и сопротивления трения играют особенно большую роль.

Точно определить расчетом деформации проектируемой станины, имеющей большей частью сложную форму, невозможно, и необходимая жесткость обеспечивается при конструировании практически проверенными способами.

При растяжении и сжатии запас прочности n и жесткость S элемента конструкции при прочих одинаковых условиях зависят только от площади его поперечного сечения, но не от формы последнего. Следовательно, в этих случаях расход материала полностью определяется действующими силами и выбранными значениями n и S. При изгибе же и кручении, напротив, расход металла можно уменьшить целесообразным подбором формы поперечного сечения элемента за счет увеличения моментов сопротивления и моментов инерции при неизменной площади сечения, т. е. при неизменном весе этого элемента конструкции.

Легко доказать, что в отношении жесткости при изгибе и особенно при кручении наивыгоднейшим является сечение в форме полого прямоугольника. Так как и технологические соображения — в пользу этой формы поперечного сечения, то чаще всего именно она и лежит в основе конструкций станин.

Форму вполне замкнутого или хотя бы закрытого с трех сторон прямоугольника выдержать по всей длине станины обычно не удается из-за необходимости обеспечить свободное удаление стружки, разместить различные механизмы внутри станины и т. д., что сильно снижает жесткость станины. Поэтому для увеличения жесткости в мощных станках стараются сохранить продольное горизонтальное ребро жесткости (обычно корытообразное) сплошным по всей длине станины. Чтобы облегчить удаление стружки, его делают наклонным или снабжают окнами (рис. 5).

Рис. 5. Сечение станины токарного станка завода «Красный пролетарий»

Станины и их направляющие

Станиной называется базовая деталь станка, на которой установлены и закреплены все его детали и узлы и относительно которой ориентируются и перемещаются подвижные детали и механизмы.

Основным требованием, предъявляемым к станинам, является длительное обеспечение правильного взаимного положения узлов и частей, смонтированных на ней, при всех предусмотренных режимах работы станка в нормальных эксплуатационных условиях.

Рис. 3.2. Станины станков:а — токарно-винторезного; б — токарного с программным управлением; в — плоскошлифовального; 1 — станина; 2 — направляющие

Для изготовления станин используют следующие основные материалы: для литых станин — чугун; для сварных — сталь, для станин тяжелых станков — железобетон (иногда), для станков высокой точности — искусственный материал синтегран, изготовляемый на основе крошки минеральных материалов и смолы и характеризующийся незначительными температурными деформациями.

Базирующими поверхностями станины являются ее направляющие, на которые устанавливаются детали и узлы станка. Эти детали и узлы могут перемещаться по направляющим станины, либо быть жестко с ней связаны. Направляющие станины имеют различные формы (рис. 9).

Для обеспечения точности работы всех узлов станка необходимо сохранение неизменности формы станины, что возможно при выполнении следующих условий:

1. Станина должна обладать жесткостью, при которой ее деформации под действием усилий в процессе работы станка не выходили бы за пределы, соответствующие допускам на неточность обрабатываемых на станке деталей.

2. Материал станины должен быть термически обработан, и при этом исключаются внутренние напряжения, вызывающие изменение ее формы. После предварительной механической обработки станины подвергают старению, в процессе которого происходит снятие внутренних напряжений.

3. Станина должна быть виброустойчива, так как в противном случае будут иметь место ухудшение класса чистоты обрабатываемой поверхности и снижение стойкости режущего инструмента.

4. Направляющие движения должны обладать большой износостойкостью. Станины в зависимости от их конструкции и размеров изготовляют литые из чугуна СЧ21-40, СЧ35-56, СЧ32-52, СЧ38-60, и сварные — из стали марок Ст. 3 или Ст. 4. Сварные станины легче литых, но жесткость их ниже.

Классификация направляющихВ металлорежущих станках применяют направляющие скольжения, качения и комбинированные.Направляющие обеспечивают правильность траектории движения заготовки и (или) инструмента и точность перестановки узлов. Во многих случаях направляющие выполняют как одно целое с базовыми деталями.

Направляющие качения различают по виду тел качения на шариковые и роликовые В зависимости от траектории движения подвижного узла направляющие могут быть прямолинейного и кругового движения. Их делят также на горизонтальные, вертикальные и наклонные. По форме поперечного сечения наиболее распространены прямоугольные (плоские), треугольные (призматические), трапециевидные (типа ласточкина хвоста) и круглые направляющие. Каждую из форм можно применять в виде охватывающих и охватываемых направляющих. Охватываемые направляющие плохо удерживают смазочный материал, а охватывающие удерживают его хорошо, но нуждаются в надежной защите от загрязнений.

Направляющие скольжения Непосредственный контакт сопряженных поверхностей в направляющих скольжения определяет непостоянство и большие силы сопротивления. Для уменьшения износа направляющих внедряют специальные масла, применяют накладки из антифрикционных материалов. Если коэффициент трения покоя в паре чугун—чугун при обычных маслах равен 0,21— 0,28, то применение антискачкового масла ИНСП снижает его до 0,075—0,09. Применение накладок из полимерных материалов на основе фторопласта снижает коэффициент трения покоя до 0,04— 0,06

Материал направляющих. Материал направляющих в значительной мере определяет из­носостойкость и плавность движения узлов. Во избежание крайне нежелательного явления — схватывания, пару трения комплектуют из разнородных материалов, имеющих различные состав, структуру и твердость. Направляющие, относительно которых перемещаются подвижные детали, делают более твердыми и износостойкими Направляющие могут быть как стальными, так и чугунные. Направляющие из стали выполняют в виде отдельных планок, которые приваривают к сварным станинам, а к чугунным станинам крепят винтами или приклеивают. Материал накладных направляющих — низкоуглеродистые стали 20, 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ с цементацией и закалкой до высокой твердости (НRСЭ 60—65), азотируемые стали 38Х2МЮА, 40ХФ, 30ХН2МА с глубиной азотирования 0,5 мм и закалкой до очень высокой твердости (800—1000HV). Реже применяют легированные высокоуглероднетые стали ШХ15, ХВГ, 9ХС с объемной закалкой и отпуском (НRСЭ 58—62). Стальные закаленные направляющие обеспечивают наивысшую износостойкость в паре с закаленным чугуном. Цветные сплавы,такие как безоловянная бронза Бр АМц9-2, оловянная бронза БрОФ10-1, сплав на цинковой основе ЦАМ 10-5 в паре со сталью и чугуном, дают наилучшие результаты по изно­состойкости, отсутствию задиров и равномерности подачи, но высокая стоимость сдерживает их широкое применение при изготовлении направляющих. Пластмассы обладают хорошими характеристиками трения и антизадирными свойствами, обеспечивают равномерность движения при малых скоростях и не дают схватывания. Прямоугольные направляющие просты в изготовлении и контроле геометрической точности, надежны, удобны в регулировании зазоров — натягов, хорошо удерживают смазку, но требуют защиты от загрязнения. Они нашли применение в станках с ЧПУ. Трапециевидные (ласточкин хвост) контактны, но очень сложны в изготовлении и контроле. Имеют простые устройства регулирования зазора, но они не обеспечивают высокой точности сопряжения. Цилиндрические направляющие (круглые) не обеспечивают высокой жесткости, сложны в изготовлении и применяют их обычно при малых длинах хода. Сечения направляющих скольжения нормализованы и соотношение размеров зависит от высоты направляющих. Отношение длины подвижной детали к габаритной ширине направляющих должно быть в пределах 1,5. 2. Длина неподвижных направляющих принимается такой, чтобы не было провисания подвижной детали. Механическое крепление обеспечивается как правило винтами по всей длине с шагом не более 2-х кратной высоты накладной планки и обеспечивается при этом фиксация планок в поперечном направлении выступами, фасками и т.д.

Из всех приведенных корпусных деталей наиболее ответственной является станина, на базовых поверхностях которой располагаются различные подвижные и неподвижные узлы и механизмы станка: суппорты, стойки, столы, приводы и т.п. В основе конструкции станин, несмотря на большое разнообразие их форм, лежат некоторые общие принципы, обусловленные конструктивными, технологическими и проч­ностными требованиями. Конструкция станины должна обеспечить возможность рационального расположения на ней всех необходимых узлов и механизмов, а также удобства их монтажа и разборки Наивыгоднейший профиль станин по конструктивным соображениям и прочностным характеристикам — сечение в форме полого прямоугольника или кольцевого профиля (рис. 2.37, а, б, в).

Однако не всегда удается выдержать по всей длине станины замкнутый профиль, что связано с необходимостью обеспечить удобство удаления стружки, компактное расположение различных механизмов, узлов и агрегатов, сборку и демонтаж станка. Поэтому часто форма профиля станины имеет открытый вид, а для повышения ее жесткости применяют ребра жесткости, двойные стенки и т.п. (рис. 2.37, г, д, е). Жесткость станины значительно повышается, если полая внутренняя часть выполнена с перегородками (рис. 2.38).

МАТЕРИАЛ ДЛЯ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ. Основными материалами базовых деталей, удовлетворяющими условиям стабильности, жесткости и виброустойчивости, являются чугун и низкоуглеродистая сталь Чугун наиболее распространенный материал для изготовления базовых деталей. Чаще всего применяют чугун СЧ 15. Он обладает хорошими литейными свойствами, мало коробится, но имеет сравнительно низкие механические свойства (модуль продольной упругости Е = 80150 кН/мм 2 ). Применяют для изготовления оснований большинства станков, салазок, столов, корпусов задних балок, тонкостенных отливок с большими габаритными размерами небольшой массы и других деталей сложной конфигурации при недопустимости большого коробления и невозможности подвергнуть их старению. При повышенных требованиях к износостойкости направляющих, выполненных как одно целое с базовой деталью, применяют также чугун СЧ 20. Его также широко используют при изготовлении станин и других ответственных корпусных деталей прецизионных станков. Значительно реже применяют чугуны СЧ 30 и СЧ 35. Обладая высокой прочностью и износостойкостью, они имеют плохие литейные качества, поэтому их не рекомендуют для изготовления базовых деталей сложной формы и крупногабаритных. Эти чугуны применяют для изготовления блоков и плит многошпиндельных станков, станин токарных, револьверных станков, базовых деталей станков-автоматов и других интенсивно нагруженных станков. Для изготовления базовых деталей станков применяют легированные чугуны с присадками никеля, хрома, магния, ванадия и других элементов.

Углеродистую сталь применяют при изготовлении сварных базовых деталей простой формы. Сварными базовые детали делают при мелкосерийном и единичном характере производства; их широко применяют в станках, работающих при ударных и очень больших нагрузках.

Регулировка зазоров в направляющих скольжения

Устройства для регулирования зазоров в направляющих. Предусматривая регулирование зазоров, упрощают технологию изготовления направляющих. Кроме того, регулированием зазоров периодически устраняют последствия их изнашивания.

Прижимными планками (табл. 11.4) после пригонки по их базовой по­верхности создают необходимые зазоры в горизонтальной плоскости направ­ляющих. Регулировочными планками (табл. 11.5, 11.6) изменяют зазоры в прямоугольных и трапециевидных направляющих, когда на их боковую плос­кость, действуют относительно малые силы. Зазоры регулируют винтами или пальцами с эксцентричным элементом. Регулировочные клинья с уклоном от 1:40 до 1:100, перемещаемые в продольном направлении (рис. 11.4), приме­няют для направляющих с тяжелыми условиями работы, при необходимости тонкого регулирования зазоров или повышенных требованиях к жесткости.

С целью снижения податливости направляющих планку или клин располагают на их менее нагруженной боковой стороне.

Устройства для защиты направляющих. Защитные уплотнения выполняют в виде металлических скребков, прикрепленных к торцу стола, суппорта, сала­зок и прижимаемых к направляющим благодаря собственной упругости или пружине (рис. 11.5, а), а также в виде войлочных (рис. 11.5,б),полимерных или комбинированных уплотнений. Металлические скребки не предохраняют зону трения от мелких частиц загрязнений, войлочные уплотнения сами быстро загрязняются и истирают поверхность направляющих. Рабочие поверх­ности лучше очищают резиновые и пластмассовые уплотнения (рис. 11.5, в), применяемые самостоятельно или в комбинации с другими защитными устройствами.

Продольные щитки в виде металлических планок или кожухов (по одному на каждую направляющую) прикрепляют к подвижному или неподвижному узлу (рис. 11.5, г). Щитки могут быть снабжены уплотнениями или образовывать лабиринтное уплотнение.

Телескопические щитки с уплотнениями (рис. 11.5, д) имеют хорошие эксплуатационные свойства и применяются в средних и тяжелых станках.

Гармоникообразные меха (рис. 11.5, е) служат для защиты направляющих шлифовальных, заточных, зубообрабатывающих и других станков в тех случаях, когда на защитное устройство не попадает острая или горячая стружка.

Стальная лента, применяемая для защиты направляющих, может быть за­креплена у торцов станины и проходить внутри стола (рис. 11.5, ж) или станины. При использовании двух лент одним концом они прикрепляются к столу, а с противоположной стороны наматываются на барабаны у торцов станины (рис. 11.5,з).

Смазывание направляющих. Подачей жидкого смазочного материала на направляющие скольжения создают на их рабочих поверхностях режим сме­шанного трения, в результате чего значительно снижается скорость изнашива­ния.

Вязкость смазочного материала выбирают в зависимости от условий тре­ния. Если давление в контакте высокое, а скорость скольжения малая, необхо­димо применять смазочные материалы относительно большой вязкости. На­пример, горизонтальные направляющие в узле подачи при значительном нагружении следует смазывать маслом с кинематической вязкостью около 10 • 10 -7 m z /c. а направляющие, работающие при малых и средних нагрузках,— маслом с вязкостью (2,7. 6,5) 10 7 м 2 /с.

Для снижения коэффициента трения покоя и движения в направляющих скольжения узлов при малых скоростях движения, а следовательно, и для обеспечения равномерности малых подач, повышения точности и чувствитель­ности установочных перемещений столов, суппортов и других узлов приме­няют антискачковые масла. В них содержатся присадки, способствующие об­разованию прочной масляной пленки на контактирующих поверхностях, ко­торая сохраняется при малых скоростях скольжения и высоких давлениях в контакте. Для смазывания горизонтальных направляющих станков общего назначения рекомендуется применять масла ИНСп-20 и ИНСп-40, причем первое масло пригодно для системы смазывания, общей с гидросистемой. Для вертикальных направляющих и горизонтальных с вертикальными граня­ми большой площади наиболее подходит масло ИНСп-110.

Поверхности, смазываемые антискачковыми маслами, следует хорошо за­щищать от загрязнений. Применение этих дорогих масел должно быть эконо­мически оправдано.

Смазочный материал подается на направляющие скольжения разными спо­собами. Обычно применяют централизованные циркуляционные смазочные системы последовательного и импульсного типов. Реже используются проточ­ные системы с ручным насосом, с индивидуальными масленками, с роликами, фитильная.

Смазочный материал подается на направляющие со стороны перемещаю­щегося узла или со стороны неподвижного. С помощью распределителя 1 (рис. 11.6) смазочный материал подводится ко всем рабочим поверхностям направ­ляющих. От смазочных точек по канавкам он распределяется по всей площади контакта (рис. 11.6, б) . Число к поперечных канавок выбирается в зависимос­ти от отношения длины направляющей / к ее ширине b:

В металлорежущих станках все более широкое применение находят гидростатические направляющие, имеющие по всей длине карманы, в которые под давлением подается масло. Масло, растекаясь по площадке направляющих, создает масляную пленку по всей длине контакта и вытекает через зазор h наружу (рис. 3).

Рисунок 3 – Схемы гидростатических направляющих: а, б – незамкнутых; в – замкнутых; 1 – насос, 2 – эпюра давлений, 3 – дроссель, 4 – предохранительный клапан, 5 – карман

По характеру восприятия нагрузки гидростатические направляющие делятся на незамкнутые (рис. 3, а,б) и замкнутые (рис. 3,в).

Незамкнутые используются при условии создания прижимающих нагрузок, а замкнутые могут воспринимать, кроме того, и опрокидывающие моменты.

Для создания необходимой жесткости и повышения надежности в этих направляющих обеспечивается регулирование толщины масляного слоя, а также используется системы подвода масла с дросселями перед каждым карманом (рис. 3, б, в) и системы автоматического регулирования.

Классификация гидростатических направляющих прямолинейного перемещения дана на рис. 4. При небольшом диапазоне нагрузок, действующих на узел станка, применяют разомкнутые направляющие, так как их изготовление проще, чем замкнутых. Последние обеспечивают повышенную жесткость масляного слоя благодаря предварительной нагрузке дополнительной направляющей 2 при подводе к ней масла под давлением.

Ее площадь, а следовательно, и несущая способность часто меньше, чем у основной направляющей 1. Обычно на поверхности направляющей подвижного узла, например салазок 3, предусматривают два или более кармана, которые могут быть отделены дренажными канавками 4.Направляющие могут иметь форму квадрата, прямоугольника (для ползунов) или цилиндра. Форма карманов (I, II, III) зависит от условий работы и размеров станка. Большую надежность и демпфирование обеспечивает форма кармана III в виде замкнутой канавки.

Основным преимуществом гидростатических направляющих является, то, что они обеспечивают жидкостное трение при любых скоростях скольжения, а, следовательно, равномерность перемещения, и высокую чувствительность точных перемещений, а также компенсирование погрешностей сопрягаемых поверхностей. Недостатком гидростатических направляющих является сложность системы смазки и необходимость устройств фиксации узла в позиции.

Недостатками гидростатических направляющих являются сложность системы смазки и необходимость в отдельных случаях иметь специальные устройства фиксации перемещаемого узла в заданной позиции.

Классификация гидростатических направляющих прямолинейного перемещения

Конструктивно аэростатические направляющие аналогичны гидростатическим, а разделение трущихся поверхностей обеспечивается подачей в карманы под давлением воздуха.

В аэростатических направляющих разделения трущихся поверхностей добиваются подачей в карманы воздуха под давлением, в результате чего между сопряженными поверхностями образуется воз душная подушка.

Конструктивно аэростатические направляющие похожи на гидростатические.

Типовая конструкция плоских аэростатических направляющих состоит из нескольких секций (рис. 4) разделенных дренажными каналами.

Общее число секций должно быть не менее трех, предпочтительнее четыре секции, обеспечивающие наибольшую угловую устойчивость подвижного узла.

Для образования равномерной воздушной подушки по всей площади направляющихих выполняют из нескольких отдельных секций, разделенных дренажными каналами 3 (рис. 4). Размеры секций мм, мм.

Рисунок 4 – Аэростатические направляющие: а – принципиальная схема, б – секция опоры с замкнутой канавкой, в – секция опоры с прямолинейной канавкой

Каждая секция имеет отверстие 5 для подвода воздуха под давлением и распределительные канавки 1 и 2 глубиной (рис. 4, б) для развода воздуха по площади секции.

Воздух, подаваемый под давлением, проходит через дроссель и распределяется по канавкам 1—3, при этом образуется воздушный слой, разделяющий поверхности каретки и станины.В зоне, ограниченной микроканавкой, создается повышенное давление возду ха. За пределами микроканавок давление воздуха плавно снижается до атмосферного.

Назначение микроканавок — распределение сжатого воздуха по смазочному зазору. Для устранения опасности потери устойчивости и возбуждения интенсивных колебаний по принципу пневмомолотка карманы и распределительные
канавки делают с треугольным профилем для обеспечения небольшого сжимаемого объема воздуха в них.

Станины и их направляющие

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Станиной называется базовая деталь станка, на которой установлены и закреплены все его детали и узлы и относительно которой ориентируются и перемещаются подвижные детали и механизмы.

Основным требованием, предъявляемым к станинам, является длительное обеспечение правильного взаимного положения узлов и частей, смонтированных на ней, при всех предусмотренных режимах работы станка в нормальных эксплуатационных условиях. Базирующими поверхностями станины являются ее направляющие, на которые устанавливаются детали и узлы станка. Эти детали и узлы могут перемещаться по направляющим станины, либо быть жестко с ней связаны. Направляющие станины имеют различные формы (рис. 9).

При изготовлении направляющих станины предъявляются повышенные требования к точности. Это объясняется тем, что от точности изготовления направляющих зависит качество общей сборки и точность работы станка. Помимо этого, к станинам предъявляется и ряд других требований, касающихся прочности, малой «металлоемкости», низкой стоимости, неизменности относительных положений базирующих поверхностей во время работы станка.

Для обеспечения точности работы всех узлов станка необходимо сохранение неизменности формы станины, что возможно при выполнении следующих условий:

1. Станина должна обладать жесткостью, при которой ее деформации под действием усилий в процессе работы станка не выходили бы за пределы, соответствующие допускам на неточность обрабатываемых на станке деталей.

Жесткость определяется из выражения

где Р — действующее усилие в кГ; у — перемещение в направлении действия силы в мм.

2. Материал станины должен быть термически обработан, и при этом исключаются внутренние напряжения, вызывающие изменение ее формы. После предварительной механической обработки станины подвергают старению, в процессе которого происходит снятие внутренних напряжений.

3. Станина должна быть виброустойчива, так как в противном случае будут иметь место ухудшение класса чистоты обрабатываемой поверхности и снижение стойкости режущего инструмента.

4. Направляющие движения должны обладать большой износостойкостью. Станины в зависимости от их конструкции и размеров изготовляют литые из чугуна СЧ21-40, СЧ35-56, СЧ32-52, СЧ38-60, и сварные — из стали марок Ст. 3 или Ст. 4. Сварные станины легче литых, но жесткость их ниже.