Ранее мы рассмотрели основные виды направляющих для станков. Здесь мы более подробно рассмотрим направляющие скольжения для станков, а далее и направляющие качения. Итак, какие направляющие скольжения в том числе и для станков с ЧПУ вообще бывают.

I. По характеру трения направляющие скольжения подразделяют на:

1. Полужидкостные. Которые по материалу трущихся поверхностей также разделяют:
— чугун — чугун
— чугун – сталь
— чугун – текстолит
— чугун – полимерный материал
— чугун – другой материал
Полужидкостные направляющие обладают высокой контактной жёсткостью, а также надежной фиксацией подвижного органа станка после перемещения в нужную позицию.

2. Жидкостные. Подразделяются по принципу образования несущего масляного слоя

— Гидродинамические. Возникающая гидродинамическая подъемная сила оказывает влияние на процесс трения, снижая силу трения. Простые направляющие, но хорошо работают только на больших скоростях, так как особенно при разгоне и торможении наблюдается нарушение жидкостной смазки. Используются как направляющие главного движения продольно-строгальных и карусельных станков.

— Гидростатические. Здесь осуществляется подача масла под давлением, гарантируя разделение трущихся поверхностей. Толщина слоя смазки больше микронеровностей даже при больших нагрузках. Наиболее широко используются в металлорежущих станках. Они обеспечивают жидкостную смазку при любых скоростях движения, что обеспечивает высокую равномерность и точность движения узлов станка. Однако они сложнее и требуют дополнительных механизмов для фиксации подвижных частей станка в нужной позиции.
Также гидростатические направляющие бывают незамкнутые, воспринимающие прижимные усилия и замкнутые, способные воспринимать большие опрокидывающие моменты. Важным в гидростатических направляющих является обеспечение постоянной толщины масленого слоя при любых нагрузках.

3. Газовые.

— Аэростатические. В данных направляющих разделение трущихся деталей направляющих осуществляется подачей воздуха под давлением, таким образом образуется воздушная подушка. Они обеспечивают низкий коэффициент трения и большой контакт при фиксации подвижного органа станка после перемещения, и фиксирующие устройства не нужны.

II. По форме направляющие разделяются на:

1. Призматические направляющие, которые в зависимости от формы поперечного сечения бывают:
— прямоугольные
— треугольные
— трапециевидные, типа ласточкин хвост

2. Плоские направляющие
3. Цилиндрические направляющие
4. Конические направляющие (для кругового движения)

III. Также направляющие делятся на

1. Охватывающие
2. Охватываемые.

IV. По способности выдерживать опрокидывающие моменты направляющие подразделяются:

1. Замкнутые направляющие, которые имеют планки и клинья, они способны противостоять силам, отрывающим подвижные части направляющих.

2. Незамкнутые направляющие, не предназначены для восприятия отрывающих сил подвижных частей направляющих.

 

Особенности направляющих скольжения

 

Большой контакт в направляющих скольжения обуславливает высокие силы трения. Большую разницу представляют сила трения покоя и сила трения движения, последняя в свою очередь зависит от скорости самого движения. Эта разница создает скачкообразные движения узлов на маленьких скоростях, что недопустимо для современных станков с ЧПУ. Кроме того, трение вызывает высокие температуры смазки, изнашивание и быстрый износ направляющих скольжения.

Для исключения схватывания и износа направляющих их делают из различных материалов с различной структурой, разным составом, твердостью и т.д. Более длинные направляющие делают как правило более твердыми и износостойкими. Обычно направляющие делают монолитно с самой станиной из чугуна, это является простым и дешевым решением, однако и обладающим недостатком в виде низкой долговечности. Поэтому для повышения износостойкости направляющих их подвергают закалке 48…53 HRC или покрывают хромом толщиной 25…50 мкм, твердость хромового покрытия составляет 68…72 HRCэ, также осуществляют напыление различных сплавов с содержанием хрома на поверхности направляющих. Современные станины делают из мелкозернистого чугуна, который подвергается закалке ТВЧ.

Возможно и решение в виде стальных накладных направляющих, в виде планок, которые либо крепят винтами к чугунной станине, либо приваривают к стальной станине. Как правило для таких направляющих используют цементируемые стали 20, 20Х и т.д, которые подвергают цементации и закалке до 60…65 HRCэ, азотируемые стали и т.д.

Также для производства накладных направляющих применяются и цветные сплавы – бронзы, цинковые сплавы. Они обладают высокой стойкостью к трению, но достаточно дорогие, применяются в больших, тяжелых станках. Возможны направляющие и из пластмасс – фторопласт, композиционные материалы и т.д., но они не так долговечны и износостойки.

Основными требованиями к материалам направляющих являются:
1. Износостойкость.
2. Благоприятные условия трения (низкий коэффициент трения и т.д.)
3. Жёсткость.
4. Минимальные деформации.
5. Высокая точность и низкая шероховатость.
6. Стойкость к химическим и температурным влияниям.
7. Экономичность.

Довольно серьезной проблемой направляющих скольжения является неравномерность хода на малых скоростях, для ее устранения реализовываются различные решения: использование специальных масел, специальных материалов и покрытий для изготовления направляющих, улучшенные конструкции для подачи смазки в том числе под давлением (гидростатические направляющие скольжения), использование более жестких приводов, повышение качества изготовления и сборки станка, устранения перетягивания при сборке, а также другие решения и даже переход на направляющие качения.

В расточных станках присутствуют большие опрокидывающие моменты и усилия, поэтому здесь предъявляются высокие требования к жесткости направляющих. Точность данных станков напрямую зависит от жесткости направляющих. Чаще это прямоугольные направляющие или в виде ласточкиного хвоста.

 

Регулировка направляющих скольжения для станков

 

Важным для нормальной работы направляющих скольжения является наличие зазора между трущимися поверхностями. Для его обеспечения и поддержания в ходе эксплуатации используются регулировочные клинья и планки. На рисунке ниже представлены регулировочные планки 1 и 2 различной конструкции (2- с одним скосом). Прижимная планка 3 замыкает направляющие, обеспечивая необходимый зазор в направляющих. В замкнутых направляющих планка 3 не применяется или устанавливается с большим зазором 0,2-0,5 мм для недопущения аварийных ситуаций в виду перегрузок, чтобы не оторвало узел от направляющих.

Почти аналогично работают и клинья, их используют для более ответственных и более прецизионных случаев.

Данные клинья и планки работают в таких же условиях трения, как и сами направляющие, поэтому к ним предъявляют теже требования, что и к направляющим скольжения трения. Тоже касается и их смазки, к ним также необходимо обеспечить подвод смазки через смазочные канавки, отверстия, трубки и т.д.

 

Накладные направляющие скольжения

 

Кроме направляющих, выполненных как единое целое со станиной, возможен вариант накладных направляющих, которые изготавливаются отдельно и прикручиваются к станине станка.
Накладные направляющие изготавливают в виде планок, пластин, лент или спец профильного проката. Крепление осуществляют с помощью винтов, штифтов, а также возможно приклеивания. Существуют различные технологии изготовления подобных направляющих, возможно применения пластин с твердым поверхностным слоем и мягкой сердцевиной. Накладные направляющие имеют свои плюсы и минусы.

Основными достоинствами накладных направляющих скольжения являются:

 
1. Накладные направляющие подвергаются объемной закалке, их можно изготовить из более износостойкого материала с более высокими характеристиками трения. То есть они как правило более износостойкие.
2. Легко подвергаются ремонту путем замены на новые, без дополнительной обработки.
3. Используются в сварных станинах.
4. Возможно реализовать сложные конструкции направляющих и устройств их защиты. Так, например, нижнее расположение направляющих токарных станков повышает износостойкость порядка в 2 раза ввиду их улучшенной защиты. Монолитное исполнение затрудняет обработку таких направляющих. А применение циркуляционной смазки еще более увеличивает износостойкость.

Основными недостатками накладных направляющих скольжения являются:

 

1. Высокая трудоемкость производства (более трудоемкие, чем направляющие, выполненные монолитно со станиной).
2. Меньшая жёсткость по сравнению с монолитным вариантом, так как имеется стык, промежуточное звено.

Также, возможно Вам будет интересно почитать:
Направляющие для станков. Скольжения или качения.
направляющие качения
Модернизация станков с ЧПУ
Наладка токарного станка с ЧПУ