Упрочнение и отделка направляющих

Отделку поверхностей направляющих станин выполняют на последнем этапе технологического процесса шабрением, шлифованием, тонким фрезерованием специальными фрезами.

Шабрение применяют для обработки незакаленных направляющих и других поверхностей станин в случаях: необходимости обеспечения высокой точности (отклонения менее 10 мкм на 1000 мм), которая не может быть получена с помощью обработки резанием; обработки направляющих большой длины; обработки труднодоступных граней, торцовых поверхностей.

Шабрение позволяет обеспечить точность направляющих в пределах 2 мкм на 1000 мм длины. Различают два способа шабрения: ручное и механическое, при котором скорость резания обеспечивается приводом, а подача шабера осуществляется вручную.

Возвратно-поступательные перемещения лезвия механического шабера осуществляются от электрического привода с частотой ходов до 20 с^-1, перемещение бесступенчато регулируется в диапазоне 0...20 мм. Шабрение производится либо по сопрягаемой поверхности присоединяемой детали, либо по эталонной поверхности шабровочной линейки или плиты. Для определения выступающих точек контакта обрабатываемой поверхности станины с эталонной на обрабатываемую поверхность наносят тонкий слой краски. Глубина резания при предварительном шабрении может достигать 0,04 мм, при окончательном — менее 5...10 мкм. При окончательном шабрении необходимо обеспечить требуемое число точек контакта на площади квадрата размером 25x25 мм. Чем больше точек контакта, тем выше точность. Требуемое число точек контакта задается требованиями точности к станине. Для станков нормальной точности на направляющих требуется обычно обеспечить до 20 точек в квадрате 25x25 мм, для станков более высоких классов точности (П, В, А) — 25... 30 точек.

Хорошо обрабатывается шабрением серый чугун твердостью до НВ 220. Стальные направляющие и чугунные твердостью НВ > 220 шабрятся неудовлетворительно. Высота микронеровностей обработанной поверхности при механическом шабрении составляет 3...5 мкм, при ручном — до 1...3 мкм.

Затраты времени на шабрение зависят от площади обрабатываемой поверхности, длины, формы, погрешностей предварительной обработки, марки и твердости обрабатываемого материала.

Так, при чистовом шабрении плоских чугунных направляющих шириной 150 мм требуется 4 ч на каждый метр длины, при доводочном шабрении расходуется в 7...8 раз больше времени для достижения 30 точек контакта на поверхности 25x25 мм. Шлифование направляющих средней длины, например направляющих токарно-револьверных станков, более чем в 2 раза дешевле, чем шабрение.

Для обеспечения высокой твердости и прочности поверхностного слоя направляющих применяют поверхностное пластическое деформирование и термическую обработку.

Поверхностное пластическое деформирование направляющих может осуществляться обкаткой направляющих станины роликовыми или шариковыми упрочнителями на продольно-строгальном станке. Благодаря высокому давлению в месте контакта шарика или ролика с направляющей происходит поверхностная пластическая деформация в слое глубиной до 0,4 мм, сопровождаемая наклепом и повышением твердости на НВ 20. Шероховатость обработанной поверхности снижается в результате смятия микронеровностей.

Термическая обработка направляющих является основным методом упрочнения чугунных и стальных направляющих станин металлорежущих станков. Монолитные направляющие из чугуна СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30 и других марок могут подвергаться поверхностной закалке до твердости HRC₃45...52. Глубина закаленного слоя составляет 1...3 мм. Закалка направляющих станины осуществляется на специальной установке с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Над направляющими с зазором 5...10 мм устанавливают индукторы. Нагретые ТВЧ направляющие охлаждают водой, поступающей под давлением (1...2) 10⁵Па в непосредственной близости от индукторов, и закаливаются.

Поверхностная закалка направляющих может быть осуществлена лазером. Применяют два способа: 1) линейное сканирование расфокусированным лучом и 2) колеблющимся сфокусированным лучом.

При первом способе луч перемещается по поверхности строчками с поперечным смещением, которое несколько меньше ширины пятна луча. В сечении направляющей получается ряд упрочненных зон в виде сегментов, края которых наложены друг на друга. Сегментная форма обусловлена гауссовским распределением интенсивности излучения.

Равномерная глубина термообработанного слоя может быть получена при нагреве направляющих колеблющимся сфокусированным лучом. Колебания лазерного луча осуществляются качанием зеркал, отклоняющих луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Луч лазера перемещается по поверхности с большей скоростью, чем распространяется теплота в металле, поэтому обрабатываемая поверхность нагревается так же, как и при постоянном потоке энергии. Протяженные поверхности направляющих обрабатывают при этом способе отдельными зонами.

Для лазерной термообработки достаточно обеспечить излучение 0,1...1 Вт/м². Луч мощного лазера может быть сфокусирован в пятно диаметром примерно 0,1 мм, однако для равномерного прогрева поверхности без оплавления площадь пятна должна быть 4...400 мм². Все металлы отражают около 90 % падающего излучения небольшой мощности при длине волны более 5 мкм.

Только при высокой плотности излучения (10²Вт/м²) интенсивность поглощения возрастает до 80 % и более. Для поглощения направляющими энергии лазерного излучения используют специальные покрытия. Размеры пятна контакта, скорость перемещения по обрабатываемой поверхности и мощность излучения могут регулироваться в процессе обработки.