animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Выбираем Направляющие Для Чпу Станка

Выбираем Направляющие Для Чпу Станка

направляющие для чпу станка

Непосредственно перед покупкой направляющих для чпу станка необходимо заняться составлением расчетной схемы. При составлении расчетной схемы направляющих (рис. 1) каретку качения считают точечной опорой, находящейся в центре каретки. Это допущение основано на том, что размеры каретки значительно меньше расстояний между ними, а все тела качения на одной дорожке нагружены приблизительно одинаково.

Начало координат прямоугольной системы, связанной с исполнительным органом, целесообразно совместить с центром симметрии контура направляющих.

На схеме следует показать все силы, действующие на рабочий орган, например, в момент резания составляющие силы резания F1, F2, F3, силу тяжести G, тяговую силу Q и вызванные ими реакции опор в двух плоскостях: R1Y, R2Y, R3Y, R4Y; R1Z, R2Z, R3Z, R4Z.

Расчетная схема направляющих чпу станка

Рис. 1. Расчетная схема направляющих чпу станка

Выбор направляющих чпу станка по статической грузоподъемности

Если каретка, находящаяся в покое или движении, нагружена слишком большой силой, то на телах качения и поверхностях дорожек возникают местные пластические деформации. Значительные деформации нарушают плавность движения рабочего органа. Нагрузочная способность направляющих по критерию возникновения пластических деформаций характеризуется статической грузоподъемностью C0, которая является постоянной по направлению статической нагрузкой, вызывающей суммарную остаточную деформацию тел и дорожек качения в наиболее нагруженной зоне контакта, равную 0,0001 диаметра тела качения.

Значения основной (номинальной) нагрузки C0 для отдельно взятой каретки качения стандартного качества приводятся в каталогах производителей. Если твердость поверхностного слоя направляющей чпу станка ниже нормальной (58–64 HRC), то табличное значение C0 надо умножить на коэффициент fн, при твердости 55; 50; 45 HRC равный соответственно 0,77; 0,53; 0,37.

Погрешности направляющих, связанные с числом кареток z на одном рельсе, снижают их статическую и динамическую грузоподъемность. Это учитывается коэффициентом fc. При z = 2 и fc = 0,81, при z = 3 fc = 0,72.

Чтобы предохранить направляющие от появления остаточных пластических деформаций, для наиболее нагруженной каретки должно выдерживаться соотношение

PfW ≤ C0fcfн,

где P – наибольшая нагрузка на каретку.

Следовательно, направляющие пригодны по критерию статической грузоподъемности, когда

P ≤ (C0fcfн) / fW

Выбор направляющих станка по динамической грузоподъемности

При движении нагруженной каретки в поверхностных слоях дорожек и тел качения возникают периодически изменяющиеся напряжения. При взаимодействии их с концентраторами напряжений в этих слоях образуются микротрещины, следствием которых является выкрашивание частичек металла, называемое усталостью. Наработка направляющих по критерию усталости измеряется путем, который проходит каретка до появления первых выкрашиваний рабочих поверхностей. С учетом рассеивания срока службы одинаковых направляющих в одних и тех же условиях эксплуатации изготовитель вводит номинальную наработку Lн (базовый путь), в качестве которой принимается путь, который может быть пройден 90 % направляющих (не менее) без появления усталости, и динамическую грузоподъемность C как показатель нагрузочной способности.

Динамическая грузоподъемность C – это постоянная по направлению статическая нагрузка, которую не менее 90 % одинаковых кареток в одинаковых условиях эксплуатации могут воспринимать, совершая движение на базовом пути Lн до появления первых признаков усталости (выкрашивания) поверхностного слоя и дорожек качения. Значения основной (номинальной) динамической грузоподъемности C для направляющих чпу станка стандартного качества приводятся в каталогах изготовителей.

Выбор направляющих станка по критерию предварительного натяга

Предварительный натяг в направляющих обеспечивается подбором тел качения по диаметру. Он способствует повышению жесткости направляющих, но несколько снижает их долговечность. Каждый производитель изготавливает направляющие нескольких классов натяга, отличающихся долей динамической нагрузки C, которой равна сила натяга.

Направляющие с силой натяга 0,08C рекомендуются для осей X и Y токарных станков с ЧПУ, прецизионных координатных столов, электроэрозионных станков. Направляющие с силой натяга 0,13C применяются в станках при высоких требованиях к жесткости, например, для оси Z токарных станков с ЧПУ, в шлифовальных и фрезерных станках.

Выбор направляющих по критерию точности

Направляющие изготавливаются нескольких классов точности (обычно пяти). Нормируются допуски размеров H (рис. 2), N, максимальная разность размеров H и N на одном рельсе, отклонения параллельности плоскости C относительно А, плоскости D относительно В. Взаимозаменяемость кареток и рельсов обеспечивается их точностью.

Класс точности направляющих должен соответствовать точности других элементов станка.

Схема к характеристике точности направляющих станка
Рис. 2. Схема к характеристике точности направляющих станка

Направляющие обеспечивают правильность траектории прямолинейного или кругового движения рабочего органа станка и воспринимают действующие нагрузки. Основные требования к направляющим:

  • точность перемещения и установки;
  • долговечность;
  • жесткость;
  • малая величина и постоянство сил трения;
  • высокая демпфирующая способность;
  • простота и минимальная стоимость.

В станке ЧПУ применяют направляющие качения, гидростатические, аэростатические и комбинированные (обычно скольжения в сочетании с качением). Каждый из типов направляющих имеет свои достоинства и недостатки. Выбор типа направляющих в каждом конкретном случае должен осуществляться с учетом всего комплекса требований и условий работы станка и каждого перемещаемого узла.

Направляющие качения наиболее полно удовлетворяют требования станков с ЧПУ по металлу и широко применяются для узлов массой до 10 - 15 т. Их недостатком является относительно высокая стоимость. Гидростатические направляющие по большинству показателей не уступают направляющим качения, но имеют меньшую эксплуатационную надежность. Они применяются, как правило, в тяжелых станков по металлу. Аэростатические направляющие имеют относительно низкие нагрузочную способность и жесткость.

Комбинированные направляющие станков имеют наиболее простую конструкцию и относительно низкую стоимость, однако по износостойкости уступают другим типам. Они широко применяются для узлов массой до 3 - 5 т.

Направляющие скольжения в условиях интенсивной эксплуатации, характерных для станков с ЧПУ, быстро теряют точность и практически не применяются.

Комбинированные направляющие станков по металлу

Комбинированные направляющие металлообрабатывающих станков, как правило, представляют собой сочетание направляющих скольжения и качения. При их проектировании обычно стремятся в направлении действия наибольших нагрузок устанавливать роликовые опоры, а в других направляющих - накладки из антифрикционных материалов. В качестве антифрикционных материалов широко применяются композиционные полимеры на основе наполненных фторопластов. Ранее в отечественном станкостроении был распространен фторлон ФЧК15M5 (ТУ6-05-1412-76), изготавливаемый OHПО “Пластполимер" в виде ленты толщиной 1,7 мм. Велись работы по освоению полимера марки ФЧК15MІОНІ,5, обладающего относительно лучшими свойствами по износостойкости.

Для повышения точности в гранях скольжения комбинированных направляющих следует использовать принудительную выборку зазоров по схеме рис. 3. Для исключения зазоров используются пружинные устройства 1, осуществляющие прижим подвижного узла 2 к базовой грани 3 направляющих. Усилия пружин выбирают таким образом, чтобы обеспечивалось нераскрытие стыка 3 при установочных перемещениях и чистовой обработке.

Рис. 3. Схема для расчета усилий прижимных роликов станка по металлу

При черновой обработке зазоры не исключаются, и узел может смещаться до контакта с клиньями 4, установленными с обычными для направляющих скольжения зазорами. Полное усилие прижима Р обычно обеспечивается установкой двух роликов с усилиями пружин Рпр=0,5Р. Требуемое усилие Р определяется из двух условий:

P≥6М/l (1) и P≥2М/l (2).

где М - действующий на узел момент в чистовом режиме; l - длина направляющей (рис. 3).

При выполнении условия (1), являющегося более жестким, обеспечивается треугольная эпюра распределения давлений по длине направляющей станка по металлу. Условие (2) выведено из допущения о приложении реакции в точке поворота узла и является предельным. Желательно выполнение условия (1), однако, если это приводит к существенному повышению тяговых усилий и удельных давлений, Р следует уменьшить.

Расчет требуемого тягового усилия для различных режимов производится по формуле

Q=Р+fiΣNi+кЅ,

где Р - составляющая усилия резания, направленная по перемещению; fi - коэффициент трения для граней скольжения-качения; ΣNi - сумма нормальных реакций на всех гранях от всех действующих сил (резания, веса, прижима и т.д.); к - коэффициент "прилипания" (к≈0,25); S- площадь контакта направляющих скольжения, см2.

При определении ΣNi возникают определенные трудности, так как строго система является статически неопределимой. Наиболее простым допущением является рассмотрение равновесия подвижного узла в трех независимых взаимно перпендикулярных плоскостях.

Направляющие качения для станков

В станках с ЧПУ используют направляющие шариковые и роликовые, с возвратом тел качения и без возврата, с предварительным натягом и без натяга. Наиболее распространены направляющие с роликовыми опорами (“танкеткам”) с возвратом тел качения с предварительным натягом.

В последние годы рядом зарубежных фирм изготавливаются комплектные системы направляющих качения, при этом для данного подвижного узла фирма поставляет полный комплект опор качения с направляющими рельсами. Упрощенная схема поперечного сечения одной такой опоры с направляющей приведена на рис. 4. Она представляет собой шариковую опору 1 с возвратом тел качения и предварительным натягом, перемещающуюся по желобам полукруглого профиля направляющего рельса 2. Такая опора воспринимает нагрузки в любом направлении в плоскости, перпендикулярной к направлению ее движения, а также опрокидывающие моменты.

Рис. 4. Упрощенная схема комплектных направляющих качения станка

Следовательно, при использовании таких спор их минимальное число для обеспечения движения одного узла равняется четырем (два направляющих рельса до две опоры), а для "традиционных танкеток" - двенадцати (два сечения по шесть опор) Немаловажным преимуществом таких направляющих станка является снижение требований по точности их монтажа к корпусным деталям, а также освобождение станкостроительного производства от необходимости изготавливать накладные направляющие. Для повышения демпфирования колебаний в направлении перемещения используются специальные суппорты, скользящие по этим же направляющим рельсам.

При расчете частоты собственных колебаний узла на направляющих качения за низшую частоту собственных колебаний узла на направляющих берется обычно частота угловых колебаний в одной из координатных плоскостей.

Гидростатические направляющие станков по металлу

Проектирование и расчет гидростатических направляющих должны производиться совместно конструктором-механиком и гидравликом. При этом основными задачами механика являются:

  • выбор типа и схемы направляющих, числа опор;
  • определение диапазона действующих внешних нагрузок на каждую опору с учетом знака;
  • обеспечение в станке ряда требований, необходимых для успешного функционирования направляющих (точности их изготовления, максимальной жесткости корпусных деталей: надежной защиты от пыли грязи и т.д.).

Наличие защитных устройств является необходимым условием повышения долговечности направляющих всех типов.