Направляющие металлорежущих станков

   Рекомендуемые величины fs зависят от условий эксплуатации и также приводятся в фирменных каталогах продукции. Например, для шариковых направляющих производства ТНК и SBC эти величины fs лежат в пределах 1…5. Величина fc, именуемая фактором контакта, зависит от числа кареток, которые расположены на одном рельсе и на которых смонтирован подвижный узел; при одной каретке fc=1, при нескольких каретках величина fc меньше единицы. Например, для шариковых направляющих ТНК и SBC при числе кареток от 2 до 5 значение fc лежит, соответственно, в пределах 0,81…0,61.

   Если  действующая нагрузка Р известна и известна величина С конкретного  типоразмера РНК, то безотносительно  к ряду конкретных факторов (см. ниже) можно определить так называемую номинальную долговечность Lн направляющей, измеряемую величиной пути движения каретки до появления питтинга.

   Lн  = (С ⁄ Р)3•50 - для шариковых  и Lн = (С ⁄Р)10 ⁄ 3 - для роликовых  РНК (2)

   Конкретными факторами, влияющими на реальную долговечность, являются твердость дорожек рельса (фактор fн), упомянутый выше фактор контакта fс и нагрузочный фактор fw, учитывающий характер действующих сил (есть или нет удары, рывки, вибрации) и скоростные условия работы направляющих (скорость и ускорение движений каретки). В фирменных каталогах приводятся сведения о величинах этих факторов. Например, для шариковых направляющих ТНК и SBC величина fн=1 при твердости HRC=60, а при HRC=50 величина fн=0,52; пределы величин fс были приведены ранее. Значение фактора fw лежит в пределах от 1…1,5 (работа без ударов и вибраций при скоростях движения каретки менее 15 м/мин и ускорениях менее 5 м/с2) до 2…3,5 (при наличии ударов и вибраций, скоростях выше 60 м/мин и ускорениях 10…20 м/с2). Поскольку станки работают обычно при температуре ниже 1000С, температурные условия работы на долговечность направляющих не влияют.

   С учетом сказанного реальная долговечность Lн определяется формулами:

   На  реальную долговечность РНК влияют также способ их защиты от загрязнений  и качество смазки. При использовании  рекомендуемых фирмой-изготовителем (в зависимости от типа РНК и условий эксплуатации) способов защиты направляющих, смазочных материалов и методов смазки расчет дополнительных факторов влияния на долговечность не предусматривается. При эксплуатации РНК в составе станков нагрузка Р регулярно изменяется по величине и направлению, в связи с чем при расчете реальной долговечности следует использовать эквивалентную динамическую нагрузку Рэ, методы вычисления которой приводятся в каталогах компаний - изготовителей. Долговечность РНК в часах эксплуатации Lh вычисляется по формуле:

где Ls - усредненная длина хода каретки (м),

n1 - усредненное  количество двойных ходов (мин-1),

L - долговечность  (км).

   РНК является промежуточным элементом  между неподвижной частью (к ней  обычно и крепится рельс) и подвижной  частью (обычно крепится на каретке) станка. Узел станка при этом опирается на две или более РНК. Обеспечение с необходимой точностью прямолинейности и постоянства углового положения подвижной части станка (далее узла станка) - важнейшая функция РНК.

   Прямолинейность перемещения узла станка обеспечивает геометрическую точность (плоскостность, прямолинейность осей отверстий и т. п.) обрабатываемой детали. Постоянство углового положения обеспечивает точность взаимного положения обрабатываемых поверхностей (например, параллельность осей отверстий) и точность позиционирования во всем рабочем объеме станка (регулярно "уплывающую" из-за действия принципа Аббе).

   Для обеспечения требуемых характеристик, определяющих в конечном итоге класс  станка, точность должны иметь обе  (или более) РНК, точно должны быть обработаны поверхности станка, на которые монтируются РНК и точно должен быть произведен монтаж РНК(их взаимное расположение). Точность собственно РНК характеризуется следующими параметрами (см. рис. 7):

   Рис. 7. Обозначения поверхностей, определяющих параметры точности РНК.

   2.1. Допуском на высоту Н и разность  высот ΔН в комплекте кареток,  смонтированных на одном рельсе.

   2.2. Допуском на размер W2 и разность  этого размера ΔW в комплекте  кареток, смонтированных на одном  рельсе.

   2.3. Допуском Δ С на параллельность  плоскости А рельса траектории  перемещения поверхности С каретки  на всей длине ее хода.

   Допуском  ΔD на параллельность плоскости В  рельса траектории перемещения поверхности D каретки на всей длине ее хода.

   Величины  допусков определяются классом точности РНК и указываются в каталогах фирм - изготовителей для каждого типоразмера направляющих.

   Контроль  параллельности перемещений поверхностей С и D производится по схеме, приведенной  на рис. 8.

   Рис. 8. Схема контроля параллельности базовым поверхностям рельса траектории перемещений каретки.

   2.4. Контроль прямолинейности перемещения  каретки в вертикальной и горизонтальной  плоскостях может производиться  либо стрелочным измерительным  прибором по эталонной линейке,  установленной параллельно рельсу, либо с использованием автоколлиматора; методика этих измерений изложена, например, в п.п. 3.2.1. и 3.2.10. ГОСТ 22267-76. При использовании автоколлиматора измеряется постоянство углового положения каретки в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной) при ее перемещениях по рельсу. Фирмы, изготовляющие РНК, не рекомендуют производить проверку прямолинейности перемещения каретки и постоянства ее углового положения на одной автономно взятой РНК и не регламентируют допусками1 погрешности этих перемещений, поскольку точность перемещений подвижного узла станка определяется как минимум двумя РНК и зависит от точности их монтажа; фирмы рекомендуют производить проверки по п. 3.2.4. в процессе монтажа направляющих.

   2.5. Для нормальной работы РНК поверхности для их монтажа на неподвижной и подвижной части станка должны быть обработаны с надлежащей точностью. В каталогах фирм-изготовителей РНК обычно указываются допустимые погрешности монтажных поверхностей по разновысотности(отклонению этих поверхностей в одной плоскости от нормали) для двух рельсов и четырех кареток (или большего их количества). Указываются также допустимые отклонения рельсов по параллельности, подробно рассматриваются различные возможные методы обеспечения правильного взаимного расположения рельсов и кареток при их монтаже. Допустимые монтажные погрешности зависят от типоразмера РНК, расстояния между рельсами и величины предварительного натяга в направляющей.

   Характерной особенностью шариковых РНК с  круговой формой сечения дорожек качения является значительная компенсационная способность, позволяющая уменьшить влияние погрешностей изготовления направляющих и их монтажа на точность и плавность перемещения подвижной части станка, благодаря чему точность перемещения подвижной части станка с использованием РНК при прочих равных условиях значительно повышается по сравнению с направляющими скольжения.

   Высокая жесткость станка необходима для  устойчивости процессов (например, резания) и обеспечения высокой точности обработки. Жесткость станка в значительной мере определяется жесткостью подвижных стыков в его узлах, в число которых входят направляющие линейных перемещений узлов. Жесткость в системе РНК определяется размерами, конструктивной формой и величиной предварительного натяга между рельсом и кареткой.

   Требуемые величины жесткости РНК определяются типом станка, его размерами, условиями  эксплуатации, точностью и другими  параметрами, и являются одним из важнейших критериев при выборе типоразмера и варианта исполнения РНК. Жесткость конкретной РНК зависит от величины предварительного натяга, который обеспечивается при изготовлении направляющей и, как правило, может иметь несколько значений. С возрастанием преднатяга жесткость системы (направляющая и каретка) возрастает сначала интенсивно, а затем замедляется, что иллюстрируется примером, приведенным на рис. 9 (на этом рисунке по оси ординат отложена упругая деформация, т. е. при преднатяге, например, 14 мкм, жесткость будет 2450 Н/2,5 мкм, т.е. . 1000 Н/мкм).

     Рис. 9. Зависимость упругой деформации . от предварительного натяга. 1 - предварительный натяг; 2 - упругая деформация.

   РНК не должны ограничивать возможности  высокопроизводительного резания, даже несмотря на сравнительно невысокую  демпфирующую способность.

   В п. 1.2 уже отмечалось, что одним из недостатков направляющих качения (по сравнению с направляющими скольжения) является их относительно невысокая демпфирующая способность, которая является следствием малого рассеивания энергии качения шариков (роликов) из-за небольших потерь на трение. Мерой демпфирования является логарифмический декремент затухания колебаний

   Действующее законодательство в области охраны труда предъявляет серьезные  требования по защите обслуживающего персонала от вредных для здоровья факторов и созданию комфортных для работы условий. Допустимые величины шумов при эксплуатации станков жестко лимитируются.

   4.Шариковые направляющие фирмы SBC

   Номенклатура  выпускаемых шариковых направляющих не очень большая, в основном, ограничена наиболее употребительными типоразмерами, что, впрочем, отвечает запросам многих потребителей. Компания осваивает производство и новых видов продукции. Краткая информация об основных сериях шариковых направляющих SBC в рассматриваемом нами классе направляющих приводится ниже.

   Внешний вид направляющих с каретками серии SBG-FL (SBG-FLL) приведен на рис. 12. Буква F в артикульном номере означает наличие на каретке фланца, буквы LL - увеличенную длину и нагрузочную способность каретки.

         Внешний вид направляющих с каретками серии SBG-SL (SBG-SLL) приведен на рис. 13. Буква S перед L (или LL) означает комплектацию системы кареткой стандартной ширины без фланца.

   Более чем полувековой процесс усовершенствования конструкции направляющих качения  на прецизионных обрабатывающих станках  привел к появлению нового класса - рельсовых направляющих качения (РНК), которые в настоящее время стали основным типом направляющих в машиностроении. Системы рельсовых направляющих стали стандартным компонентом сложного технологического оборудования - машин, станков, обрабатывающих центров с ЧПУ и т.д., а области их применения перекрывают практически все отрасли индустрии - от машиностроения и металлообработки до пищевой и полиграфической промышленности.

   Рельсовые, V-образные роликовые и цилиндрические линейные направляющие используются в автоматизированных сборочных и обрабатывающих системах, входят в состав медицинского и точного лабораторного оборудования, научных приборов и установок. Для модернизации оборудования сегодня все чаще применяются рельсовые направляющие качения, при этом радикально меняются скоростные и точностные характеристики машин и механизмов.