1.1. Служебное назначение станин и рам

Станины, основания, рамы станков, сборочных, измерительных, транспортных, энергетических и других машин и агрегатов предназначены для обеспечения требуемых относительных положений и движений присоединяемых к ним сборочных единиц и деталей в условиях допустимых воздействий рабочих нагрузок и внешней среды в течение заданного периода эксплуатации.

В описании служебного назначения станины, основания или рамы должны быть указаны следующие группы параметров:

требуемые относительные положения присоединяемых к станине неподвижных сборочных единиц и деталей;

требуемые относительные движения устанавливаемых на станину подвижных сборочных единиц и деталей;

допустимые статические и динамические рабочие нагрузки;

допустимые тепловые воздействия;

допустимые внешние воздействия и параметры окружающей среды;

требуемый период эксплуатации до ремонта и общий срок эксплуатации;

регламент обслуживания станины;

другие характеристики: эргономические, эстетические, экономические и т. п., габариты, масса.

При описании служебного назначения конкретной станины или рамы должен быть определен необходимый и достаточный качественный состав параметров по всем перечисленным группам.

По каждому параметру должна быть дана полная количественная оценка, включающая не только номинальное значение, но и допустимые отклонения, а в некоторых случаях и вероятностные характеристики распределения. Обоснование и расчет каждого параметра служебного назначения станины осуществляются исходя из служебного назначения и требований к точности машины в целом.

Определение требуемых номинальных значений параметров относительного положения и движения присоединяемых к станинам узлов и деталей, как правило, не вызывает трудностей.

Сложнее установить допустимые отклонения этих параметров от номинальных значений, исходя, например, из необходимой точности обработки заготовок, которая является одним из параметров служебного назначения станка, например токарного, и определяет требуемую точность положения заднего центра и точность движения суппорта относительно оси вращения шпинделя. В свою очередь, требуемая точность относительного положения оси вращения шпинделя и заднего центра и точность движения суппорта относительно оси вращения определяют при выбранных методах достижения точности допустимые отклонения относительного положения основных баз передней и задней бабок и суппорта на станине, которые входят в параметры служебного назначения станины.

Точность движения характеризуется:

1) точностью направления, положения и формы траектории движения, например прямолинейностью;

2) точностью параметров движения — скорости, ускорения и т. п.;

3) точностью позиционирования.

Рабочие нагрузки на станину определяются компоновкой станка, массой устанавливаемых на станину сборочных единиц и деталей, видом рабочего процесса, режимами работы. Рабочие нагрузки характеризуются силами и моментами сил, вызывающими упругую деформацию станины, и как следствие, изменения в относительных положениях и движениях сборочных единиц, установленных на станину.

Тепловые воздействия на станину при работе станка приводят к изменению относительных положений и точность движений установленных на станине сборочных единиц и деталей и в результате снижают точность изготовляемых на станке деталей.

Допустимые внешние воздействия и параметры окружающей среды описываются физико-химическими свойствами среды, в том числе влажностью, запыленностью, наличием химически активных элементов и их концентрацией, а также температурой окружающей среды и ее колебаниями, давлением, наличием и характеристиками тепловых, магнитных, электрических и других полей, вибрацией.

Требуемый период эксплуатации станины до ремонта определяет необходимую износостойкость направляющих станины при известных рабочих нагрузках, внешних воздействиях и интенсивности режима работы.

Регламент обслуживания станины предопределяет требуемую регулярность чистки и смазывания направляющих, проверок точности, отсутствия задиров, коррозии и других повреждений.

В результате анализа параметров служебного назначения станин можно сделать следующие основные выводы.

1. Все параметры служебного назначения станины вытекают из служебного назначения станка и связаны с влиянием их на точность относительного положения и движения рабочих органов станка, устанавливаемых на станину.

2. Требуемая точность положения и движения присоединяемых к станине сборочных единиц и деталей должна обеспечиваться станиной с учетом допустимых воздействий при эксплуатации в течение заданного периода времени.

Требуемые параметры служебного назначения станины обеспечиваются совокупностью определенных свойств станины, к числу которых относятся:

1) геометрическая точность поверхностей основных и вспомогательных баз и точность их относительного положения;

2) статическая и динамическая жесткость станины;

3) износостойкость направляющих;

4) тепловая стабильность;

5) отсутствие коробления;

6) малый и стабильный коэффициент трения по направляющим.

Точность относительного положения комплектов вспомогательных баз станины, непосредственно определяет точность относительного положения устанавливаемых на станину сборочных единиц и деталей. Точность относительного положения баз каждого комплекта и точность базовых поверхностей определяют точность установки присоединяемых к станине деталей и сборочных единиц, а также жесткость неподвижного соединения. При подвижном соединении точность базовых поверхностей, т. е. направляющих, определяет точность траектории перемещения сопряженных с направляющими сборочных единиц, например прямолинейность движения суппорта, а шероховатость поверхности определяет коэффициент трения, интенсивность изнашивания и срок службы при заданной точности обработки на станке.

Достигнутая в процессе изготовления станины исходная геометрическая точность претерпевает изменения в процессе эксплуатации станины под действием внешних сил и моментов, напряжений в результате упругих деформаций, старения, тепловых деформаций станины и изнашивания направляющих.

Для обеспечения высокой износостойкости чугунных направляющих станины по рекомендации ЭНИМС должна быть обеспечена твердость поверхности не менее НВ 180...200, поле рассеяния твердости одной направляющей не более НВ 20.

Тепловая стабильность достигается в основном выбором термосимметричной конструкции, в которой при изменении температуры не происходит существенных изменений, главным образом, в относительных поворотах координатных систем вспомогательных баз станины.

Рассмотрение важнейших эксплуатационных свойств станины позволяет сделать следующие выводы.

1. Допустимые изменения показателей эксплуатационных свойств станины рассчитывают, исходя из заданных параметров служебного назначения станины с учетом возможности и экономичности их достижения.

2. Все эксплуатационные свойства станины описывают в конечном счете способность станины сохранять требуемую геометрическую точность поверхностей основных и вспомогательных баз станины, точность их относительного положения, а также точность движения по направляющим в течение заданного периода эксплуатации в условиях допустимых воздействий, определенных служебным назначением станины.

3. Обеспечение всех требуемых эксплуатационных свойств станины достигается в конечном итоге выбором материалов для изготовления станины, обладающих соответствующими свойствами, и расчетом соответствующих размеров конструкции станины.