Круговые направляющие применяют в различных станках как для главного движения (в карусельных станках), так и для движения подачи (в зуборезных и плоскошлифовальных станках), а иногда и для вспомогательных движений.
Общие принципы выбора типа направляющих и их конструктивное оформление не отличаются существенно от прямолинейных направляющих, рассмотренных выше.
По технологическим соображениям (с целью обеспечения простоты изготовления и сборки) чаще всего применяют плоские направляющие (рис. 1). Их применение особенно оправдано в тех случаях, когда центральный подшипник фиксирует ось поворота стола и направляющие воспринимают только вертикальную нагрузку.
Рис. 1. Плоские круговые направляющие карусельного станка
При отсутствии центрального подшипника используют V-образные круговые направляющие (рис. 2) обычно несимметричного профиля. При очень больших размерах круглого стола применяют, например в тяжелых карусельных станках, две пары круговых направляющих. Это необходимо для уменьшения вертикальных деформаций стола за счет создания промежуточных опорных поверхностей на направляющих.
Рис. 2. V-образные круговые направляющие карусельного станка
В быстроходных карусельных станках, в поворотных столах применяют круговые направляющие, качения (рис. 3), обладающие теми же особенностями, что и направляющие качения для прямолинейного движения. Круговое движение ограничивает возможность использования роликов в направляющих, поэтому чаще встречаются в станках шариковые круговые направляющие.
Рис. 3. Круговые направляющие качения
Для разгрузки круговых направляющих в целях уменьшения давлений на них и соответствующего износа применяют дополнительный регулируемый подпятник качения и подачу смазки под давлением на рабочую поверхность направляющих. При достаточном избыточном давлении смазки и нескольких независимых карманах на направляющих можно создать круговые гидростатические направляющие.
На рис. 4 показана, система смазки карусельного станка модели 1532 Коломенского завода тяжелого станкостроения с комбинированной разгрузкой направляющих. V-образные направляющие станка снабжены карманами с клиновыми скосами. Эти скосы при достаточно больших скоростях обеспечивают гидродинамический режим смазки.
При пуске и останове станка наряду с основной включается и дополнительная система смазки, которая подает в карманы масло с повышенным давлением, достаточным для подъема планшайбы при гидростатическом режиме. Расчет круговых направляющих существенно не отличается от расчета направляющих прямолинейного движения.
Рис. 4. Круговые направляющие с гидростатической нагрузкой
Направляющие скольжения для кругового движения
Для вращения планшайб и столов станков применяют плоские, конические и V-образные направляющие скольжения. Плоские направляющие наиболее просты в изготовлении и используются в легких станках и в станках средних размеров, где радиальные составляющие усилия резания могут восприниматься только шпинделем станка. Конические направляющие относительно просты в изготовлении и вместе со шпинделем планшайбы воспринимают радиальные нагрузки. Их недостатком является трудность обеспечения соосности направляющих и опор шпинделя. V-образные направляющие наиболее часто применяют для направляющих планшайб, хотя технология их изготовления более сложна. Основную нагрузку воспринимает пологая (внутренняя) грань направляющих, так как между наружными гранями направляющих планшайбы и станины предусматривается небольшой зазор для температурных деформаций.
При рассмотрении нагрузок, действующих в направляющих кругового движения, необходимо учитывать работу подшипников шпинделя планшайбы, которые воспринимают часть радиальных, а в ряде случаев и осевых нагрузок.
Для круговых направляющих столов применяют те же материалы, что и для направляющих поступательного движения. Находят также применение цветные сплавы в паре с чугуном; эта пара обеспечивает достаточную износостойкость направляющих и снижает возможность возникновения задиров. Перспективным для направляющих является применение пластмасс в виде накладных планок на суппорты и столы станков. Для этих целей применяют текстолит, кордоволокнит, винипласт, а также полиамиды (капрон, найлон).
Круговые направляющие скольжения рассчитывают обычно по среднему давлению p и максимальной окружной скорости скольжения vmax. Средние давления определяют с учетом веса всех вращающихся частей (узел планшайбы, обрабатываемая деталь) и вертикальных составляющих сил резания. Для чугунных направляющих планшайб допустимое давление при диаметре планшайб до 3 м принимается pдоп=0,3÷0,4 МПа, при диаметре планшайб свыше 3 м pдоп=0,15÷0,2 МПа.
Низкие давления выбирают для уменьшения износа направляющих. Увеличение скорости скольжения положительно влияет на обеспечение жидкостного трения, но может способствовать появлению нежелательных форм износа при смешанном трении. В последнем случае следует ограничивать vmax до 3-3,5 м/с.
Износ направляющих кругового движения в случае эксцентричной нагрузки (рис. 5) будет равномерным по окружности для вращающейся планшайбы (U1>U'1) и неравномерным для направляющих станины (U2>U'2).
Рис. 5. Схема износа направляющих кругового движения
Направляющие станины испытывают неодинаковую нагрузку, и в зоне действия силы резания их износ будет наибольшим. При износе направляющих планшайба будет стремиться занять наклонное положение, что отразится на точности обработки.
Угол поворота планшайбы увеличивается с течением времени и его значение зависит от режимов работы и эксцентриситета нагрузки. При широких направляющих угол поворота планшайбы меньше.
При высоких скоростях вращения планшайбы в направляющих скольжения может иметь место жидкостное трение, которое обеспечит длительную работу направляющих без износа. Для создания гидродинамического эффекта на направляющих станины выполняют специальные скосы, а каждый сегмент направляющей имеет горизонтальный и наклонный участки. Недостатком в этом случае является «всплывание». планшайб, поскольку толщина масляного слоя зависит от нагрузки и частоты вращения.
На работу направляющих кругового движения оказывают влияние и температурные деформации. При V-образных направляющих температурные деформации планшайбы приводят к возрастанию давлений на внутренней крутой направляющей, появлению задиров и заклиниванию (см. Задиры на направляющих станка). Выполнением специальных ребер между направляющей и противоположными стенками планшайбы можно увеличить теплоотвод от направляющих и уменьшить температурные деформации.
Перспективными могут быть исследования аэростатических направляющих, в которых между направляющими суппорта и станины создается воздушная подушка при подаче воздуха давлением 3-6 ат. Воздух подается по каналам суппорта и через жиклеры попадает в специальные карманы, где создаются локальные аэростатические подушки. Коэффициент трения аэростатических направляющих очень мал и может достигать значений 0,0005, зазор в направляющих порядка 2-4 мкм, а жесткость больше 100 Н/мкм. Чем меньше объем подводящего кармана (канавки), тем устойчивее аэростатические опоры.
