Направляющие скольжения для станков широко применяются в металлообрабатывающем оборудовании с ЧПУ. Их преимуществами являются простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жесткость, хорошие демпфирующие свойства, меньшие затраты на изготовление и эксплуатацию. Они обеспечивают надежную фиксацию рабочего органа станка после его перестановки в заданную позицию. Однако обычные направляющие скольжения имеют ряд недостатков, и в первую очередь большие потери на трение.
Недостатки направляющих скольжения
Непосредственный контакт сопряженных поверхностей в направляющих скольжения вызывает большую величину сил трения, которые к тому же непостоянны. В зависимости от нагрузки, скорости, типа системы смазывания и количества смазочного материала эти направляющие могут работать в режиме сухого, граничного и полужидкостного трения. Для этих направляющих существенную разницу составляют силы трения покоя (силы трогания) по сравнению с силами трения движения. Это приводит к скачкообразному движению узлов при малых скоростях, что крайне нежелательно для станков с ЧПУ. Значительное трение вызывает износ и снижает долговечность направляющих.
Устранение этих недостатков направляющих скольжения станков или их снижение до приемлемых величин проводится по различным направлениям: разрабатываются и внедряются специальные антискачковые масла; применяются накладки из антифрикционных материалов. Если коэффициент трения покоя в паре чугун–чугун при обычных маслах равен 0,21–0,28, то применение антискачкового масла ИНСп снижает его до 0,075–0,09. Применение накладок из полимерных материалов на основе фторопласта снижает коэффициент трения покоя до 0,04–0,06.
Материал направляющих скольжения в значительной мере определяет их износостойкость и плавность движения узлов. Во избежание крайне нежелательного явления — схватывания пару трения комплектуют из разнородных материалов, имеющих различный состав, структуру и твердость. Направляющие, относительно которых перемещаются подвижные узлы, делают более твердыми и износостойкими. Этим обеспечивается длительное сохранение точности, так как при движении копируется форма неподвижных направляющих.
Повышение износостойкости направляющих
Направляющие скольжения для станков из серого чугуна, выполненные как одно целое с базовой деталью, наиболее просты и дешевы, но при интенсивной работе не обеспечивают необходимой долговечности. Их износостойкость повышают закалкой токами высокой частоты или газопламенным методом, а также применением специальных покрытий (слоем молибдена или сплавами с содержанием хрома).
Чтобы повысить износостойкость, получить более благоприятные характеристики трения, обеспечить равномерность подач, применяют накладные направляющие скольжения. Накладные направляющие скольжения на станинах (и других, более длинных элементах пары трения) изготавливают обычно из стали с упрочнением до высокой твердости, что повышает износостойкость пары трения в сравнении с парой чугун–чугун в 2,5 раза. Их выполняют в виде массивных планок, иногда — врезанных и вклеенных пластин толщиной 4–8 мм из стали ШХ15. Планки крепят винтами с нерабочей стороны, при невозможности — отверстия под головки винтов плотно закрывают пробками из стали ШХ15.
Массивные планки в зависимости от формы сечения, толщины и длины выполняют из упрочненных легированных сталей. Применяют также покрытия направляющих станин износостойкими материалами — твердым хромом, напыление молибденом. Перспективно применение керамики на основе оксида алюминия, износостойкость которой при абразивном изнашивании многократно выше, чем у закаленной стали.
Важной задачей для направляющих скольжения станка является их защита от загрязнений отходами обработки и попадания на них СОЖ.
Жидкостное трение между направляющими можно обеспечить либо за счет гидродинамического эффекта, либо подачей смазки между трущимися поверхностями под давлением. Достоинство жидкостного трения в том, что отсутствует износ направляющих, обеспечиваются высокие демпфирующие свойства и плавность движения.
