Направляющие качения для станков из-за большой сложности и стоимости ранее применялись достаточно редко. В настоящее время в связи с разработкой и выпуском станков с ЧПУ эти направляющие применяются достаточно широко.
Основные преимущества направляющих качения: очень малые потери на трение, благодаря чему обеспечивается равномерное и плавное перемещение рабочего органа на малых скоростях; высокая точность установочных перемещений; малые тепловыделения; отсутствие всплывания рабочего органа при высоких скоростях перемещений; малые (в том числе и при трогании с места) требуемые усилия перемещения; высокая точностная надежность при хорошей защите от загрязнений; простота системы смазки. При применении стальных закаленных направляющих с предварительным натягом обеспечивается устранение зазоров и достаточно высокая жесткость при относительно высокой нагрузочной способности.
Недостатки направляющих качения
Главные недостатки направляющих качения для станков — высокая стоимость, трудоемкость в изготовлении и монтаже на станке. Возможно получение пониженного демпфирования вдоль направляющих при отсутствии перемещения или при перемещении с малыми скоростями. Эти направляющие имеют повышенную чувствительность к загрязнению и требуют хорошей защиты.
По типу тел качения данные направляющие подразделяются на шариковые, роликовые и игольчатые (рис. 1).
Рис. 1. Формы тел качения: α — для плоских направляющих; б — для призматических направляющих; в — с крестовым расположением роликов; г — шариковая; 1 — тела качения; 2 — сепараторы. Стрелки указывают направление действия внешних сил
Варианты конструкций направляющих качения
По конструкции направляющие качения могут быть без возврата тел качения и с возвратом по специальному каналу или при перекатывании в замкнутом объеме.
В первом варианте направляющих тела качения располагаются в сепараторе. При перемещении подвижного рабочего органа шарики (или ролики) вместе с сепаратором будут перекатываться и перемещаться вслед за подвижным рабочим органом, но со скоростью, в 2 раза меньшей. При большой величине хода они отстанут и рабочий орган может опрокинуться. Поэтому данные конструкции направляющих качения для станков применяются только при малых перемещениях. Этого не происходит при перемещении направляющих (шариковых и роликовых), имеющих канал возврата. Данные направляющие могут выполняться в двух вариантах. В первом варианте шарики (есть вариант и с роликами) располагаются на всю длину направляющей подвижного рабочего органа. Аналогичную длину имеет и канал возврата.
При втором варианте направляющие выполнены в виде отдельных роликовых блоков (танкеток), которые крепятся на подвижном рабочем органе (рис. 2). Их устанавливается несколько штук в зависимости от величины хода и необходимой нагрузочной способности. Данные роликовые блоки нормализованы и выпускаются специализированными фирмами.
Натяг направляющих качения
Направляющие качения в станках с ЧПУ применяются с предварительным натягом, который устраняет зазоры и обеспечивает значительное повышение их жесткости. Предварительный натяг может быть получен за счет веса узла и внешней нагрузки в незамкнутых направляющих качения.
Недостаток этого способа — невозможность выбора оптимальной величины натяга и его регулирования. Направляющие качения без натяга обычно выполняют чугунными и применяют при малых опрокидывающих моментах или при большой массе узла, когда нет опасности отрыва при приложении рабочей нагрузки. Большинство же направляющих выполняют стальными, закаленными до твердости 59–62 HRC, с предварительным натягом.
В замкнутых направляющих предварительный натяг создают двумя способами: пригонкой размеров или регулировочными устройствами. Первый из них прост конструктивно и дает высокую жесткость, однако натяг невозможно регулировать в процессе эксплуатации и необходимо выдерживать размеры с большой точностью, так как максимальные величины натяга для шариковых направляющих не должны превышать 7–10 мкм, а для роликовых — 10–15 мкм. Рекомендуемые величины натяга обычно составляют 5–6 мкм. Данные направляющие, имея предварительный натяг, воспринимают все виды внешних сил.
Второй способ создания предварительного натяга лишен этого недостатка, но сложнее конструктивно. Натяг создается за счет регулировочных элементов (клиньями, винтами, пружинами). При этом желательно, чтобы эти устройства во избежание снижения жесткости не воспринимали основную нагрузку.
На рис. 2 показан вариант установки роликовых блоков и создание предварительного натяга. Направляющие качения для станков с ЧПУ выпускают многие специализированные фирмы.
Рис. 2. Роликовая опора (танкетка), способ ее крепления и создания предварительного натяга: α — конструкция (1 — корпус опоры; 2 — ролики; 3 — болты крепления опоры к рабочему органу станка); б — создание предварительного натяга (1 — регулировочный клин; 2 — роликовый блок; 3 — направляющая станины)
Направляющие качения и скольжения
В станках с ЧПУ применяются также комбинированные направляющие качения - скольжения. Их применение позволяет совмещать положительные свойства направляющих скольжения (простота и компактность конструкции, хорошее демпфирование колебаний, более низкая стоимость) и направляющих качения (малые потери на трение, высокая износостойкость, отсутствие переориентаций рабочего органа станка при реверсе и др.).
Их недостатки также являются совместными, которые присущи как направляющим скольжения, так и качения.
В отдельных случаях применяется комбинация гидростатических опор и направляющих качения для станка в качестве способа создания замкнутых гидростатических опор. Подпружиненные катки могут обеспечить надежное замыкание гидростатических опор даже при отсутствии внешней постоянной нагрузки.
