Достоинства гидростатических опорных систем обусловили их широкое применение в направляющих и шпиндельных узлах различных по назначению металлорежущих станков. Однако, в ряде случаев, главным образом в прецизионных станках (координатно-расточных и др.) возможности их использования в значительной степени сокращаются из-за наличия относительно больших расходов смазочной жидкости через рабочие зазоры в несущих опорах, приводящих к увеличенным и недопустимым для этих станков энергетическим потерям, следствием которых являются тепловые деформации корпусных деталей, а, значит, возможность снижения точности обработки. Кроме того, в базовых деталях возникают дополнительные, проявляющие себя в точных станках, механические деформации, обусловленные всплытием на сосредоточенных опорах. Следует отметить, также пониженное демпфирование которое имеют гидростатические направляющие в направлении подачи без применения дополнительных устройств, вносящих трение скольжения.
Поэтому все более широкое применение в станках начинают находить направляющие скольжения с различными системами неполной разгрузки их от веса подвижного узла. При этом обеспечиваются в значительной степени снижение силы трения скольжения и уменьшение крутизны и протяженности «падающего» участка характеристики силы трения. Однако отрыва подвижного узла от станины не происходит, а имеет место постоянное базирование непосредственно на ней, что гарантирует сохранение высокой точности взаимного положения корпусных деталей. Применение направляющих с неполной разгрузкой весьма эффективно при отсутствии отрывных реакций и опрокидывающих моментов, значительных весах подвижного узла и относительно небольших силах резания. Все это характерно, например, для тяжелых координатно-расточных станков. Применяют разгрузку, создаваемую с помощью механических средств и гидравлическую. Механическая - чаще осуществляется с помощью опор качения, находящихся под действием пружин, гидроцилиндров, рычагов и т. п. и воспринимающих часть нагрузки на направляющие. При этом существенно меняется характер процесса трения.
При использовании гидроцилиндров появляется возможность введения гибкого управления усилием разгрузки с использованием возможностей системы ЧПУ станка, что особенно эффективно при значительных диапазонах изменения веса подвижного узла.
Вместо опор качения могут использоваться опоры трения скольжения с антифрикционными накладками, например, из тефлона.
Еще больший эффект разгрузки основных направляющих базового узла обеспечивают системы гидроразгрузки с подачей рабочей жидкости под давлением в разгружающие опоры, сходные гидростатическими опорами, причем величина давления может быть либо постоянной или мало меняться, либо может управляться, например, средствами ЧПУ станка или посредством специальных систем управления.
Пример такого устройства на базе типовых и стандартных гидроаппаратов приведен на рис. 1.
Рис. 1. Устройство автоматизированной гидроразгрузки направляющих
Устройство автоматизированной гидроразгрузки направляющих (один канал управления) содержит (рис. 1) направляющую поверхность 1 базового узла 2 (станины) и сопряженную с ней направляющую поверхность подвижного узла 3, на которой размещен карман 4 разгружающей опоры. Карман гидролинией 5 через управляющее устройство 6 гидростатического всплытия (которым может быть дроссель постоянного сопротивления) и через источник ступенчатого давления соединен с источником питания 7. Источник ступенчатого давления представляет собой последовательно включенные панель управляемых гидрораспределителей 8 и группу делителей давления 9. Входы каждого последующего распределителя соединены с выходом предыдущего распределителя и соответствующим делителем, задающим уровень разгружающего давления. С карманом разгружающей опоры связан датчик 10 уровня давления. Для подключения соответствующего делителя давления (ступени разгрузки) в зависимости от сигнала с датчика уровня давления служит блок 11 управления циклом выбора ступени разгрузки.
При отсутствии управляющего сигнала с блока управления в каждую опору подвижного узла подается смазочная жидкость под давлением питания насоса. При этом подвижный узел всплывает относительно базового, в результате чего контакт в направляющих исчезает и они переходят в режим гидростатической смазки. В каждом кармане устанавливается давление, соответствующее части веса, приходящейся на данную опору. По снимаемому с датчика давления сигналу блок управления по окончании «взвешивания» подключает к опоре необходимый для данной ступени разгрузки делитель давления. Величина давления в опоре несколько уменьшается и происходит опускание узла до контакта в направляющих. В результате большая часть веса уравновешивается давлением в опоре, а другая - реакцией в стыке направляющих поверхностей. Таким образом, обеспечивается гидроразгрузка направляющих, являющаяся оптимальной с точки зрения точности базирования подвижного узла по направляющим станины и снижения величины силы трения.
В высокоточных станках, кроме разгрузки направляющих от веса, осуществляется также разгрузка от гидродинамических сил и делается это для обеспечения высокой точности базирования подвижного узла относительно неподвижного базового узла при его перемещении в условиях наличия жидкостной смазки направляющих.
Направляющие скольжения подвижного узла 1, например, стола металлорежущего станка (рис. 2, а, б), содержат плоскую 2 и призматическую 3 направляющие поверхности. На каждой из направляющих поверхностей 2 и 3 выполнены взаимопараллельные пересекающиеся продольные 4 и поперечные 5 сквозные канавки. Расстояния между канавками определяются точностью, например, обработки на станке.
Рис. 2. Разгрузка от гидродинамических сил в направляющих скольжения
Назначение канавок состоит в том, что они разрывают образующиеся при наличии жидкой смазки в стыке сопряженных гладких направляющих поверхностей продольные и поперечные эпюры давления (кривые Р1 и Р2, в зависимости от направления движения узла, и кривая Р3). В результате уменьшения до нуля давления в области канавок существенно снижается вертикально действующая гидродинамическая подъемная сила, вызывающая нежелательное всплытие подвижного узла, особенно на больших рабочих подачах, т. е. наиболее высокопроизводительных и чистовых операциях. Таким образом, повышается точность направляющих и станка в целом без применения каких-либо дополнительных усложняющих конструкцию устройств.
На рис. 2, б приведена конструкция направляющей подвижного узла, на которой выполнены опоры 6 системы гидравлической разгрузки от его веса. Сетка канавок при этом размещена в промежутках между участками направляющих поверхностей, на которых расположены разгружающие опоры. В таких условиях предлагаемые направляющие скольжения позволяют достичь наибольшего эффекта.
Весьма эффективны, особенно для точных станков, системы неполной пневматической разгрузки, содержащие регуляторы управления разгружающим давлением в функции внешней нагрузки.
На рис. 3 приведена схема такого пневматического устройства неполной разгрузки, которое работает следующим образом. От источника питания газ поступает в сопловую камеру регулятора, откуда через переменное пневмосопротивление 1 типа «сопло-заслонка» и стабилизирующий дроссель 2 поступает в микроканавку 3 разгружающей опоры. Заслонкой соплу 4 служит упругая диафрагма 5 малой площади, которая через толкатель 6 связана с диафрагмой 7 большей площади. Через дроссель 8 газ поступает в опору 9 измерения сопротивления стыка направляющих поверхностей и в среднюю камеру регулятора. Третья камера служит для настройки с помощью редукционного клапана 10 требуемого режима пневморазгрузки. При приложении внешней нагрузки к подвижному узлу в направлении, указанном на рис. 3, происходит увеличение пневматического сопротивления стыка направляющих поверхностей за счет их сближения и деформации вершин микронеровностей контактирующих поверхностей (изображены условно). В результате увеличивается давление в опоре 9 и средней камере регулятора, следствием чего является увеличение прогиба его упругой системы, заслонка перемещается, уменьшается сопротивление элемента «сопло-заслонка» и увеличивается расход газа через регулятор, благодаря чему возрастает величина давления в разгружающей опоре и обеспечивается автоматическое увеличение усилия разгрузки, пропорциональное приложенной внешней нагрузке.
Рис. 3. Устройство автоматической пневморазгрузки направляющих
