Показатели технического уровня и надежности станков - жесткость, деформация

Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появлению по осям координат упругих смещений под действием нагрузки. Жесткость, Н/мкм, может быть определена как отношение силы F, приложенной к узлу в заданном направлении, к упругому отжатию этого узла.

1. Деформация деталей узла под действием приложенных к ним сил (растягивающих, сжимающих, изгибающих и т.д.). Величину упругих смещений можно подсчитать по формулам, известным из курса сопротивления материалов. Трудность связана с выбором расчетной схемы из-за сложности конструктивных форм некоторых деталей узлов. Например, шпиндельные узлы могут устанавливаться в опоры скольжения (гидростатические, гидродинамические, аэростатические, магнитные), качения (шариковые и роликовые), а эпюры для балки строят так же, как для случая шарнирного опирания или заделки. Кроме того, при расчетах следует учитывать жесткость опор, так как под действием приложенных к ним сил они деформируются.

2. Контактная деформация, обусловленная действием сил, приложенных к узлам, опирающимся на тела качения. Начальное касание деталей происходит в точке или по линии (в подшипниках качения, кулачковых механизмах, направляющих качения). Величину контактной деформации можно рассчитать по методике, изложенной в курсе «Сопротивление материалов».

3. Деформация стыков. На величину отжатая узла деформация стыков влияет в большей степени, чем деформация его деталей и контактная деформация.

4. Деформация тонких тел (при неполном касании по их поверхностям). Такие детали, как клинья и планки, применяемые для компенсации износа соприкасающихся поверхностей, находясь между двумя плоскостями, не обеспечивают их полного касания по всей поверхности. Длинная тонкая планка будет иметь лишь отдельные зоны микроконтакта, в результате чего при действии силы происходит «распрямление» тонких тел и деформация увеличивается. Поэтому наличие в узле планок и клиньев снижает его жесткость.

Таким образом, при расчете узла на жесткость необходимо учитывать суммарную величину упругих отжатий, вызванных упругими деформациями всех видов.

Меры по повышению жесткости станков направлены на создание таких конструкций, которые могли бы воспринимать большие силы резания при малой деформации узлов. К таким мерам относятся: повышение качества поверхностей стыков (сопряжений) и сборки; уменьшение числа стыков и сокращение кинематических цепей; создание жестких рамных конструкций базовых узлов (например, координатно-расточные станки рамной конструкции имеют большую жесткость, чем вертикальные одностоечные, а следовательно, и большую точность обработки); повышение жесткости слабых звеньев (планок, клиньев, цанг); расположение клиньев и планок в узлах со стороны, противоположной действию сил; создание в конструкциях с опорами и направляющими качения предварительного натяга.