автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение качества станков за счет совершенствования методов расчета модульных направляющих качения

ООО"

КРУТОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СТАНКОВ ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА МОДУЛЬНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ КАЧЕНИЯ

Специальность 05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 ц\р 2072

Москва 2012

005012966

Работа выполнена на кафедре "Станки" в ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент

Молодцов Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: Чеканин Александр Васильевич,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Сопротивление материалов" ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН".

Ермолаев Вадим Константинович,

кандидат технических наук, заместитель генерального директора по качеству ООО "СП "СТАНКОВЕНДГ".

Ведущая организация: ГНЦ РФ ОАО НПО "ЦНИИТМАШ"

Защита диссертации состоится /7 апреля 2012 г. в_часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.01 при ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», по адресу: 127994, Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. За

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять в адрес совета Д 212.142.01 при ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

Автореферат разослан /3 марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доц.

Волосова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Разработка нового или модернизация существующего оборудования не может проходить без принятия конструкторских решений, направленных на улучшение функциональных показателей оборудования.

Направляющие, по которым перемещаются подвижные узлы станков, машин, механизмов, измерительных приборов, роботов и других устройств, являются одним из основных элементов конструкции, и в значительной мере определяют их возможности и технический уровень.

Направляющие модульного типа в настоящее время являются самыми прогрессивными представителями узлов для реализации перемещения, как по прямой, так и по криволинейной траектории. Они обладают высокими технологическими характеристиками, имеют приемлемую стоимость, их производство освоено крупнейшими мировыми производителями. Надежность и простота использования модульных направляющих позволяет применять их не только в машиностроении, но и в любых областях техники как независимый механический элемент.

Таким образом, разработка научно обоснованной методики расчета направляющих качения модульного типа для проектирования приводов подачи металлорежущих станков, являются актуальной научной задачей.

Цель работы. Повышение качества металлообрабатывающих станков за счет рациональных конструкторских решений при разработке и модернизации оборудования, опирающихся на научно обоснованную методику и средства расчета модульных направляющих качения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Построить математическую модель упругой системы «рельс - танкетка» направляющих модульного типа с 4 рядами тел качения.

2. Провести комплекс исследований упругих перемещений танкетки при действии различных видов внешних нагрузок, включающий в себя натурные и вычислительные эксперименты.

3. Для проведения натурных исследований разработать методику экспери-

мента и спроектировать измерительный стенд.

4. Проанализировать поведение направляющих модульного типа при действии комбинированных нагрузок различных видов и дать рекомендации по их рациональному применению в металлорежущих станках.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием теории упругости контактных взаимодействий, методов механики, линейной алгебры, математического аппарата теорий матриц, метода конечных элементов. Для получения решения совокупности нелинейных уравнений был применен итерационный метод Ньютона-Рафсона. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на разработанном экспериментальном стенде с использованием модульных направляющих ведущих мировых производителей (фирмы «ТНК» (Япония), «Schaeffler KG» (торговая марка «INA») и «Bosch Rexroth» (Германия)).

Научная новизна работы заключается в:

- нелинейной математической модели упругой системы «рельс - танкетка» модульных направляющих качения, учитывающей перемещения, вызванные упругими деформациями тел и дорожек качения, и распределение между шариками комбинированных внешних нагрузок.

- закономерностях поведения упругой системы «рельс-танкетка» модульных направляющих качения с 4 рядами шариков, обусловленных наличием в ней внутренних связей.

- аналитической упрощенной модели упругой системы «рельс-танкетка» модульных направляющих качения, раскрывающей причины возникновения связей и позволяющей оценить степень влияния на них отдельных параметров конструкции.

- конечно-элементной модели упругой системы «рельс-танкетка» модульных направляющих качения, учитывающей упругие деформаций тел и дорожек качения и собственные деформации рельса и танкетки, предназначенной для моделирования направляющих станка и сопрягаемых с ними деталей несущей системы.

Практическая ценность заключается:

- в методике расчета модульных направляющих качения, с учетом сопрягаемых с ними деталей несущей системы станка и необходимом для ее реализации программном обеспечении.

- в рекомендациях по выбору направляющих качения модульного типа для зубофрезерного станка модели 5320Ф4 на основе баланса упругих деформаций и оценке вклада модульных направляющих в относительные перемещения инструмента и заготовки.

Реализация результатов работы. Работа выполнялась в МГТУ «Станкин» в рамках госбюджетного контракта (№ гос.рег. 01200804876) и государственного контракта с Министерством промышленности и торговли РФ (№ 10411.1003702.05.004/01 от 31.03.2010 г.: «Создание гаммы вертикально-зубофрезерных станков для изготовления цилиндрических колёс, максимальным диаметром обработки 0200.. .01250 мм», шифр «Шестерня».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на XVIII международной Интернет-конференции молодых ученых МИКУМС-2006; на XII Научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» 2009; на XXII Международной конференции молодых ученых МИКУМС-2010; на Международной конференции "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" Севастополь 2010; на Всероссийской конференции «Современные технические средства диагностики металлорежущих станков» МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011; VII Международная научно-техническая конференция "Проблемы исследования и проектирования машин" Пенза, 2011.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 публикации в трудах международных конференций, 2 авторских свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы из 104 наименований. Содержит 84 рисунка и 21 таблицу. Общий объем работы 152 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показаны роль и место проводимых в работе исследований в решении задач разработки и модернизации металлообрабатывающих станков для отечественного машиностроения.

В первой главе произведен анализ работ по проектированию и расчетам шариковых направляющих качения в металлорежущих станках. Рассмотрены факторы, определяющие их тип и конструкцию, особенности конструктивного исполнения и методы их расчета.

Основные положения, применяемые при конструировании и расчете направляющих станков, изложены в работах ведущих специалистов станочников, таких как: Н.С.Ачеркан, Д.Н.Решетов, З.М.Левина, В.В.Каминская, ЮДВрагов, В.С.Хомяков, В.В.Бушуев, А.Г. Бойм и др.

С середины XX века инженеры, принимая во внимание особенности конструкции, достоинства и недостатки направляющих обоих типов - качения и скольжения, отдавали предпочтение последним из-за их статической и динамической жесткости.

Однако направляющие скольжения в существенной степени стали ограничивать рост эксплуатационных характеристик станков, ставший возможным вследствие развития приводной техники, увеличения скоростей резания, использования новых режущих материалов, повышения точности систем управления. Бесконтактные опоры, имеющие небольшое трение, высокое демпфирование, хорошую плавность хода и износостойкость обладают, к сожалению, высокой стоимостью, имеют сложную конструкцию и капризны в эксплуатации.

Направляющие качения, несмотря на свои недостатки, часть из которых в настоящее время производителям удалось преодолеть (сложность изготовления и высокая стоимость), являются основной альтернативой направляющим скольжения, недостатки которых (большое трение, ограничивающее скорость перемещения подвижного узла, высокий износ и скачкообразность движения на небольших скоростях) становятся все более очевидными в свете растущих требований к точности и производительности оборудования.

Рассматривая работы, посвященные расчету шариковых направляющих качения, можно выделить труды З.М. Левиной и Д.Н. Решетова. В этих работах приводится методика расчета направляющих с учетом типовых погрешностей их изготовления, которая позволяет выбрать размеры и материал направляющих. Также приводятся методики расчета направляющих качения с использованием коэффициентов, полученных экспериментально для определенных типов направ-

ляющих качения.

В настоящее время все более широкое применение находят усовершенствованные направляющие с циркуляцией тел качения - направляющие качения модульного типа (.модульные направляющие качения). Интерес к ним объясняется тем, что направляющие данного типа представляет собой законченное унифицированное изделие, своего рода подшипник поступательного перемещения, для использования которого достаточно подготовить соответствующие поверхности на подвижном и неподвижном узлах станка. Основными производителями таких направляющих являются фирмы «ТНК» (Япония), «Schaeffler KG» (торговая марка «INA») и «Bosch Rexroth» (обе - Германия). Но в последнее время их выпуск был налажен также и другими фирмами, специализирующимися на поставках комплектующих для станочного оборудования во всем мире.

Основной проблемой выбора и расчета модульных направляющих является статическая неопределимость лштематической модели и оценка их жесткости и эквивалентной нагрузки из-за отсутствия этих данных в каталогах производителей. Некоторые производители (например, «Bosch Rexroth» и «Schaeffler KG») приводят графические зависимости для нескольких простейших видов нагрузки. Этого не достаточно для проектирования системы формообразования станка и оценки его жесткости в целом, так как направляющие модульного типа способны воспринимать целый комплекс нагрузок (сил и моментов) одновременно в пяти направлениях.

Из-за отсутствия на стадии проектирования информации о технических параметрах спроектированных направляющих, возрастает риск конструкторских ошибок, которые могут привести к снижению эксплуатационных свойств и рыночной конкурентоспособности оборудования. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию поведения модульных направляющих качения. В качестве объектов исследования были выбраны прецизионные направляющие SHS 25LC2 фирмы «ТНК» с сепаратором, KWVE25B G3V1 фирмы «Schaeffler KG» и R1651 422 20 фирмы «Bosch Rexroth» без сепаратора.

Благодаря своей конструкции направляющие модульного типа могут воспринимать нагрузки во всех направлениях, кроме направления перемещения. В правой прямоугольной системе координат вектор возможных нагрузок на танкетку имеет вид: М=,К,Мх,Му,Мг]т.

а) б)

Рис. 1. Измерительный стенд

Для исследования поведения модульных направляющих под действием нагрузок была разработана методика проведения измерений, сконструирован и изготовлен специальный измерительный стенд (см. рис. 1).

Стенд состоит из установочной плиты 1, с закрепленными на ней порталом 2, модульной направляющей 6 и индикаторами 7. На портале размещены три нагружающих устройства 3. Нагружающие устройства представляют собой винтовые соединения, которые через пьезоэлемент и промежуточные детали 4, 5 передают усилия на танкетку. Индикаторы часового типа 7 с ценой деления 1 мкм, контролирующие перемещения танкетки по координатам Оу и Ог, установлены таким образом, чтобы измерять непосредственно перемещения танкетки, исключая влияние деформации деталей стенда.

В процессе исследования танкетка подвергалась различным видам нагрузок: Рг+Мо РЛМУ. Выбор приведенных сочетаний связан с особенностями

приложения нагрузки и измерения перемещений танкетки.

Результаты обработки экспериментальных данных представлены на графиках (рис. 2 и 3) вместе с результатами расчётов. Перемещения модульных направляющих вызванные действием комбинированных нагрузок показаны на примере К\¥УЕ25В йЗУ! (см. рис. 2).

18000 16000 14000

8000 6000

4000 2000 0

"Т ~ у» г

— Fi -Н— \ уи

-Н: -И

(^^Иагиададь | | » Идцвренмк | i

бг, мкм ;

350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 о

у*

1 - Л <'4

Jfm

Н h <*

р_-Г) jrii

-1— 1 « атмодель Е

<ру. рад

а)

0,0002 0,0004 0,0006 б)

0,0003 0,001

- АГ [Ь ■ • :

tJ: ^ * г 11 Л

Л •

-f5" <* i и» мер««« Г! МКМ

Мх. Нмм ■

м!*

in

IH ^ / 1

» Измерение I г-Ызгуоаепь |

<р,,рад

д)

е)

350000 300000 250000 200000 150000 100000 5СООО О

Mt, Нш

Мх - ¿г г*-

х

-П- ,_

1 к^** л »ивремня 1 »ТЖ1«П>»|

18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

Рг, н

; 4х*

\

«•Матмодель I Ии<*рения |

0.001 0,002 0,003 0,004 0,005

ж) з)

Рис. 2. Перемещения танкетки KWVE25B G3V1, вызванные действием различных видов комбинированных нагрузок: а) и б) - Fz+My; в), г) и д) - Fy+Mx; е), ж) и з) - Fz+Mx.

На рис. 3 нанесены кривые, взятые из каталогов производителей. Данные из каталогов «Schaeffler KG» (рис. 3,6) и «Bosch Rexroth» (рис. 3,в) и результаты обработки экспериментов хорошо согласуются между собой.

18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

н | - \Рг - -л А «

5:"

.1 бг. мкм

18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 О

..........1...................... А % /

Л 1 » '

/

У ."г

ж' -*-' • Измерения Матиодаль — ■ » Компот

•

* мш

В)

Рис. 3. Перемещения танкеток, вызванные действием нагрузки а) 5Я5 251С2\ б) К1¥УЕ25В СЗУ1\ в) К1651 422 20.

Третья глава посвящена разработке математических моделей упругой системы модульной шариковой направляющей. При создании математической модели упругой системы танкетка -25 рельс сделаны допущения об идеальном качестве изготовления деталей, то есть отсутствии отклонений размеров, формы, взаимного положения поверхностей, шероховатости, волнистости и изменений физико-механических характеристик поверхностного слоя. Рельс и связанная с ним система координат считались неподвижными, а танкетка могла перемещаться под действием внешних нагрузок линейно вдоль осей Оу и Ог, и поворачиваться вокруг осей Ох, Оу и Ог (см. рис. 4). Рельс и танкетка считались недеформируемыми за исключением поверхностных слоев дорожек качения. Математическая модель в общем случае была представлена в виде {/•"}={/({£})},

где {<?}= \ду, , <р,, <ру, <рг ]г вектор перемещений танкетки, вызванных действием нагрузок {к} = , ¥г, М,, Мг, Мг ^. Ее основой является, предложенная Генрихом Герцем, модель контакта упругой сферы с упругим полупространством. В данном случае рассматривалось взаимодействие сферы с цилиндрическим желобом.

Схема контакта шарика с дорожками качения, представлена на рис. 4. Центр кривизны дорожки качения рельса О до и после приложения нагрузки не меняет своего положения, а От после приложения нагрузки переходит в 0'т.

Согласно модели, предложенной Герцем, зависимость Щ от Ду для шариковых опор имеет вид Щ = сА]'2, где с - постоянный коэффициент, характеризующий особенности контакта.

В рассматриваемом случае <У и есть функции

двух переменных. Разложив их в ряд Тейлора и удерживая члены не выше первого порядка, выражению Щ = сД^2 в матричной форме записи можно придать вид

гДе> КЫ - матрица жесткости для выбранного шарика, {я. ({о})} - вектор усилий предварительного натяга.

После суммирования реакций всех - п шариков, находящихся в контакте на каждой из т дорожек качения, получим выражение

где [А0]Т-транспонированная мат-

>1 и рица переноса.

При суммировании составляющая Ц,]ГК({°})} обращается в нуль, и

¡=1

система нелинейных уравнений принимает окончательный вид:

где [4 ({4 ММ^]" матрица жесткости системы.

¡=1

Полученная система уравнений была решена итерационно, методом Ньюто-на-Рафсона. В процессе проведения расчетов было доказано, что для разработанной модели выбранный метод обеспечивает устойчивую сходимость и необходимую точность.

При анализе расчетных и экспериментальных кривых наблюдается сложная взаимная связь, возникающая между нагрузками и перемещениями. Она проявляется только при совместном действии момента Мх и силы или Р,. При сочета-

Рис. 4. Схема контакта шарика с дорожками качения танкетки и рельса.

ниях Рг+Му и Ру+М, в упругих деформациях направляющих не было обнаружено каких-либо аномалий.

Дня объяснения выявленных особенностей поведения модульных направляющих под действием комбинированных нагрузок поперечное сечение танкетки плоскостью Оух было представлено в виде недеформируемой балки, шарнирно закрепленной на четырех пружинах, (см. рис. 5). Расчетная схема упрощенной модели составлена для танкеток выполненных по конструктивной схеме «X».

Пружины переменной жесткости kj (j=l,...,4), развернутые под углами 45е, 135°, -135° и -45°, имитируют упругие свойства дорожек и тел качения, а шарнирное закрепление - изменение угла контакта между ними. Так как интерес представляет поведение танкетки при комбинированной нагрузке, действующей в плоскости Oyz, приложим силу Р и момент М в начале координат, при этом вектор силы будет образовывать произвольный угол cío с осью Оу.

Составим уравнения равновесия для сил, действующих на балку АВ: ZFy = 0 «^+«Bj,+Fcosor0=Ol

Щ =0 Ял, + RBz + F sin «„ =ol, где Rx> = R,y +Ríy и RAz = Rlz + R2z, RBy = R2y+R,y IMo=0 Rizb-RBzb + M = 0 J

и RBz - Rlz + R,, - суммы реакций пружин в точках А и В соответственно, R¡y и Rc -проекции реакции 7-ой пружины на оси Оу и Oz соответственно, a b - половина длины балки. Данная система уравнений является статически неопределимой, и для ее решения необходимо учитывать деформации пружин.

Если выразить Щу и Rj: через 30у, <5& и <р, где 60у и бел - проекции до на оси Оу и Oz, a q> - угол поворота балки АВ в плоскости Oyz, и подставить результат в

У

Рис. 5. Расчетная схема.

уравнения равновесия, получим систему из трех уравнении с тремя неизвестными:

А, ■ 80) + А130г+Аг-Ь<р = ^соваГо]

А2-д0у + Агд02+А4-Ь<р = РьтаЛ, где А, = (к1 + к2 +кг +кА)/2,

А1-30),+А11-60! + АгЬ2р = М |

Аг = {к,-кг +к3-к4)12, А3 =(к, + к2-к,-кл)/2 И А4 =(к, -к2-к,+к4)/2.

Значение Ц для каждой пружины зависит от направления и величины приложенной нагрузки, т.е. к) = /Да0). Значения жесткости пружин, получим из математической модели как отношение Щ к Д,.

Можно аппроксимировать закон изменения жесткости для каждой из дорожек качения танкетки, выполненной по конструктивной схеме «Л», выражением

= где к0 - постоянная составляющая

жесткости, обусловленная предварительным натягом; кр - амплитуда изменения жесткости, вызванного действием силы Р\ /,« - относительное изменение жесткости, вызванное действием момента. Используя это выражение можно получить достаточно простые зависимости для коэффициентов А/. А, = 2к0, Аг = -2Хмк0, 5та0 и Аа = 72к„ соэ «„. После подстановки значений А] система уравнений равновесия балки примет

р

80у - Лм- — 4 ^а»Ь <Р = Г7- С05 «о

1 ¿Кп

р

вид -Хм-80у -ЛгСоиа0Ь(р = -- *та0

I АКп

где Хр = — - относительное из-

кп

Л, . С- л/2 , ^ ¡2 М

——-Х^\па<13(Ь,+-—ХГсо^8(к+Ь <р=—-2 2 2к0о

менение жесткости, вызванное действием силы.

Полученная система уравнений описывает поведение упрощенной модели упругой системы «рельс - танкетка» находящейся под действием комбинированной нагрузки приложенной в плоскости Оуг.

На рис. 6 показано множество положений точки О'танкетки после ее перемещения, вызванного совместным действием, последовательно прикладываемой в различных направлениях силы Р и момента М, что соответствует комбинированным нагрузкам Мх+Ру, Мх+Р,. Исходное положение точки О' совпадает с на-

чалом координат направляющей - Охуг. Линия действия лежит в плоскости Оуг и проходит через точку О, под различными углами от 0 до 360° к оси Ог. Результаты, полученные с помощью расчетной модели танкетки, нанесены квадратными и ромбическими маркерами, а аналитические зависимости для Яр= 0 и км= 0 сплошными и пунктирными линиями.

-0,06

-0,03

0,03

0,06

Ч - V

Г* V Л ' 1 / 1 '

/ г / ' V л /У

* X 1 ^ <5 N V

■0,004

0,000

V— 1 к \ град \ ч / / * \! Ц

\ ч ч \ \ { 1 МНа / / /

/ ! / / / 11 \ \ ^град ч 1 \ \ !

У |\ ; Ч •О^ -- ф г У \ Ч ч ч ч ) 1 -.—"о!

-0,002

Рис. 6. Зависимость перемещения танкетки от направления вектора нагрузки: а) -линейные перемещения при определяющем влиянии момента М по сравнению с Р (Р=20

Н, М=10 Нм - квадратные маркеры и сплошная линия, Р=20 Н, М=20 Нм - ромбические маркеры и пунктирная линия); б) и в) - линейные перемещения и поворот при М=0 (Т=1000 Н - квадратные маркеры и сплошная линия, Р=2000 Н - ромбические маркеры и пунктирная линия)

в)

Сравнительный анализ представленных графических зависимостей показал, что качественный характер поведения обеих моделей одинаков, а при соответствующем выборе к0, кР и км можно получить и удовлетворительное количественное совпадение результатов.

В четвертой главе представлена методика расчета модульных направляющих качения, учитывающая жесткость сопряженных элементов несущей системы станка. Расчет проводился с использованием метода конечных элементов, Для имитации поведения направляющих были разработаны специальные

конечно-элементные модели, учитывающие рассмотренные в предыдущих главах особенности их конструкции.

При моделировании было использовано сочетание конечно-элементных моделей танкетки и рельса со специальным элементом типа "пружина", с помощью которого имитировались упругие свойства тел и дорожек качения. Параметры "пружины" определялись с помощью нелинейной математической модели, созданной автором (рис.7,а).

зо

15000 20000

25000

в) г)

Рис. 7. Комплексная модель танкетки: а) - аппроксимация; б) - касательная нагрузка; в) - эксцентричный прижим танкетки; г) - симметричный прижим танкетки.

Полученные зависимости, представлены на рисунках 7,6 - г вместе с экспериментальными данными и результатами расчетов по нелинейной модели. Как видно из графиков (рис.7,б - г), конечно-элементная модель (сплошная линия) обеспечивает лучшую корреляцию с экспериментами (ромбические маркеры), чем нелинейная (пунктирная линия). Сравнение расчетных кривых позволяет выделить долю перемещений, вызванных контактными деформациями, которая для разных схем, приложения нагрузки, составляет 75.. .90% суммарного.

Созданная конечно-элементная модель упругой системы "рельс - танкетка" была использована для расчета направляющих горизонтального и вертикального

перемещения инструмента и определения баланса упругих деформаций вертикального зубофрезерного станка модели 5320Ф4, спроектированного в ГИЦ ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин» (рис.8).

Расчеты направляющих были проведены двумя способами: традиционным аналитическим и новым, с применением метода конечных элементов.

. 'г

Рис. 8. Зубофрезерный станок мод. 5320Ф4. Рис.9. Расчетная модель НС

Аналитический расчет заключался в составлении системы уравнений равновесия для определения реакций направляющих. Данная система является статически неопределимой и для ее решения необходимо использовать ряд допущений: базовые детали рассматриваются как абсолютно жесткие, контактные перемещения в опорах пропорциональны действующему на них усилию и нагрузка на тела качения распределена равномерно по дорожке. При восприятии танкетками нагрузок по разным направлениям не учитываются внутренние связи в их упругой системе.

В рамках конечно-элементного расчета рассматриваемых приводов зубофрезерного станка модели 5320Ф4 в модель его несущей системы были встроены разработанные автором модели модульных направляющих с целью оценки возникающих в них реакций.

Основные различия между проведенными расчетами заключались в том, что во втором случае учитывалась жесткость сопрягаемых с направляющими базовых деталей станка и особенности конструкции модульных направляющих.

Расчеты показали, что доминирующим видом нагрузок действующих на станок является сила тяжести. Конструкция спроектирована таким образом, что сила

резания разгружает направляющие от веса, перемещающихся по ним узлов станка.

Сравнение результатов расчетов позволяет сделать вывод, что направляющие горизонтального перемещения стойки инструмента спроектированы рационально, так как разница между максимальными нагрузками на танкетки не превышает 15%. (см. рис. 10,а). Можно рассматривать аналитический расчет не только как метод первоначального выбора типа и размера направляющих, но и как эталон для оценки качества проектирования сопрягаемых с ними базовых деталей, так как в случае абсолютно жесткой конструкции нагрузки между танкетками распределяются наиболее равномерно.

18000 т-

Ку! Яу2 Лу4 1*23 Н24

ГЪИ Их2 (йй Ях4 Яу1 ИуЗ

б)

Рис.10. Силы реакций в направляющих: а) - горизонтальных, б) - вертикальных.

На распределение нагрузок между направляющими вертикального перемещения суппорта существенное влияние оказывает деформации двойных стенок инструментальной стойки. Следствием этого является расхождение результатов расчетов по максимальным значениям более чем на 40%. Учитывая, что направляющие большую часть времени эксплуатируются под действием нагрузок близким к максимальным, это не может не сказаться на расчетном периоде эксплуатации. По результатам аналитического расчета (20191 часов), по результатам конечно-элементного расчета (10374 часа).

Из анализа баланса деформаций несущей системы станка 5320Ф4 следует, что направляющие модульного типа вносят существенный вклад относительные перемещения инструмента и заготовки. Вклад направляющих суппорта и стойки различен: 0,8; 4,9; 14,2% и 30,8; 19,9; 20,3% соответственно по осям Ох, Оу и Ог. Этот эффект объясняется разной удаленностью направляющих от

зоны резания.

Замена шариковых направляющих на аналогичные по габаритам, но на 70% более жесткие, роликовые (INA RUE 45-Е) не дало столь существенного эффекта, как ожидалось. Перемещения уменьшились на 10; 5 и 8% соответственно по осям Ох, Oy и Oz.

Основными этапами предлагаемой методики расчета модульных направляющих качения, учитывающей особенности их конструкции и поведения, жесткость сопряженных с ними базовых деталей станка, являются:

- аналитический расчет направляющих с целью предварительного выбора их типа и размера;

- создание конечно-элементных моделей модульных направляющих и сопрягаемых с ними деталей несущей системы и расчет методом конечных элементов для оценки реакций направляющих;

- сравнение результатов, полученных аналитическим и конечно-элементным расчетом;

- в случае существенных расхождений изменение конструкции сопрягаемых деталей и (или) замена типоразмера направляющих с целью повышения их жесткости и новый расчет направляющих;

- при удовлетворительном совпадении результатов проводится оценка долговечности модульных направляющих.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе решена научно-техническая задача, имеющая важное значение для машиностроительного производства, заключающаяся в повышении качества металлообрабатывающих станков за счет рациональных конструкторских решений при разработке и модернизации оборудования, опирающихся на научно обоснованную методику и средства расчета модульных направляющих качения.

2. Разработана математическая модель упругой системы «танкетка - рельс направляющей» шариковых направляющих модульного типа с 4-мя и 6-ю дорожками качения, учитывающая их взаимное расположение и нелинейный характер контакта между телами и дорожками качения, что позволяет оценить перемещения танкетки и распределение между шариками комбинированных внешних на-18

грузок. Адекватность математической модели подтверждается сравнением результатов расчетов с экспериментальными данными.

3. В процессе проведения натурных и вычислительных экспериментов было выявлено наличие перемещений по линейным и угловым координатам, не совпадающим с направлениями приложения составляющих комбинированных нагрузок, что позволяет сделать вывод о наличии внутренних связей между нагрузками и перемещениями при совместном действии момента Мх и силы Ру или К.

4. Разработана упрощенная аналитическая модель упругой системы «рельс - танкетка», позволяющая изучать поведение танкеток с 4 дорожками качения, развернутыми под углом в 45° к присоединительным поверхностям рельса и танкетки, под действием комбинированной нагрузки в плоскости Оуг. Доказано, что качественный характер поведения обеих моделей одинаков, а при соответствующем выборе жесткости пружин, имитирующих упругие свойства дорожек и тел качения, можно добиться и удовлетворительного количественного соответствия. Аналитические зависимости могут быть использованы для разработки упрощенных моделей направляющих модульного типа при имитационном моделировании станков с помощью метода конечных элементов.

5. Изучен механизм формирования внутренних связей, заложенный в конструкцию направляющих. Причиной их возникновения является переменная жесткость упругой системы, вызванная нелинейным характером контакта между телами и дорожками качения. При приложении внешней нагрузки жесткость, обусловленная предварительным натягом, перераспределяется между дорожками, вызывая возникновение внутренних связей в системе. Приложение момента Мх вызывает увеличение жесткости на двух противоположных дорожках качения и соответствующее снижение ее на перпендикулярных к ним дорожках. В результате наблюдаются перемещения в направлении перпендикулярном направлению вектора силы. При отсутствии внешнего момента, из-за изменения жесткости на дорожках, лежащих в направлении действия вектора силы, реакции меняются на разную величину. В результате возникает момент Мх, который может быть скомпенсирован реакциями двух других дорожек только при повороте танкетки вокруг оси Ох. Это позволяет объяснить специфический характер перемещений танкеток под действием комбинированных нагрузок.

6. Разработана специальная конечно-элементная модель модульной направляющей, учитывающая особенности конструкции и упругие свойства рельса и танкетки. Эта модель обеспечивает лучшую корреляцию с экспериментами, чем исходная нелинейная. Сравнение расчетных кривых, полученных с помощью этих моделей, позволило оценить долю перемещений, вызванных собственными деформациями рельса и танкетки, которая может достигать 25% от общего перемещения. Полученная модель предназначена для использования в качестве элемента несущей системы станка при расчетах методом конечных элементов.

7. Выявленные особенности в поведении модульных направляющих качения могут проявляться под действием нагрузок, вызванных весом перемещаемого узла, технологическими процессами, погрешностями обработки монтажных поверхностей, качеством монтажа, температурными деформациями. Выполненные расчёты показали, что внешняя нагрузка может существенно - на 58%, перераспределить реакции на отдельных дорожках модульных направляющих, что необходимо учитывать при оценке работоспособности узла. Изменение реакций приводит к изменению жесткости дорожек (до 20%), но на величину относительных перемещений инструмента и заготовки станка 5320Ф4 этот эффект не оказывает ощутимого влияния.

8. Анализ баланса деформаций несущей системы вертикального зубофрезерного станка показал, что направляющие являются одним из наименее жестких элементов его конструкции. Суммарный вклад от деформации модульных направляющих горизонтального перемещения стойки и вертикального перемещения суппорта инструмента составляет 25 - 35% от относительного перемещения инструмента и заготовки. Увеличение жесткости конструкции станка, при переходе от шариковых к роликовым направляющим, не настолько значительно как это принято считать. Положительный эффект от такой замены достигается в основном за счет большей долговечности и лучших диссипативных свойств роликовых направляющих.

9. Результаты диссертационной работы применяются на станкостроительных предприятиях (ОАО «САСТА» и ОАО "СМЗ") и используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности "Проектирование технологических машин и комплексов".

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ:

Публикации в изданиях из перечня ВАК

1. Кругов A.B., Моделирование и расчет направляющих качения модульного типа / Молодцов В.В. / Ежемесячный научно-технический журнал СТИН, JV» 12, Москва, 2010, с. 5-11.

2. Кругов A.B., Влияние конструкции направляющих качения модульного типа на их эксплуатационные свойства / Молодцов В.В. / Сборка в машиностроении, приборостроении», № 10, Москва, 2011, стр. 24 - 31.

3. Кругов A.B., Особенности поведения направляющих модульного типа под действием комбинированных нагрузок / Молодцов В.В / Научный рецензируемый журнал Вестник МГТУ «Станкин», №4(2), Москва, 2011, стр. 8-18.

Публикации в других изданиях

4. Krutov, А. V., Simulation of modular guide systems /Molodtsov, V.V./ Russian Engineering Research. 31 (3), DOI: 10.3103/S1068798X11030142 pp. 270-275.

5. Кругов A.B., Молодцов B.B., Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613452 «Расчет жесткости шариковых направляющих модульного типа» (SALM-direct) / 2010.

6. Кругов A.B., Молодцов В.В., Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613453 «Расчет жесткости шариковых направляющих модульного типа» (SALM- inverse) / 2010.

7. Кругов А.В, Изучение процессов виброакустической диагностики состояния технологических систем в автоматизированных производствах / Бушуев В.В., Сабиров Ф.С., Молодцов В.В., и др./ Отчет МГТУ «СТАНКИН» по НИР. Рук. В.В. Бушуев № гос. регистр. 01200804876, Инв. № 02201152288.2010. 69 с.

8. Кругов A.B. Методика расчета жесткости направляющих качения модульного типа И Сб. трудов Ежегодной XVIII Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения МИК-МУС-2006, ИМАЩРАН, 2006. с.65.

9. Кругов A.B., Методика расчета жесткости направляющих качения модульного типа / Молодцов В.В. / Сб. трудов XXII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (МИКМУС-2010) "Будущее машиностроения России", ИМАЩ РАН, 2010. с.56.

10. Кругов A.B., Методика расчета жесткости направляющих качения модульного типа / Молодцов В.В. / Сб. трудов Международной научной конференции "Автоматизация: проблемы, идеи, решения", Севастопольский национальный технический университет, 2010. с. 177-180.

11. Кругов A.B., Использование имитационных моделей модульных направляющих качения для прогнозирования их эксплуатационных характеристик / Молодцов В.В. / Сб. материалов всероссийской научной школы "Современные технологические средства диагностики металлорежущих станков", MI "ГУ им. Н.Э.Баумана, 2011. с. 37 - 39.

12. Кругов A.B. Использование имитационных моделей модульных направляющих качения для прогнозирования их эксплуатационных характеристик // Сборник статей VII Международной научно-технической конференции "Проблемы исследования и проектирования машин", Пенза, Приволжский дом знаний, 2011. с 41-43.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Крутов Алексей Валентинович

Повышение качества станков за счет совершенствования методов расчета модульных направляющих качения

Подписано в печать 02.03.2012. Формат 60x90 1/16. Бумага 80 г. Усл. печ. л. 1,50. Тираж 120 экз. Заказ 42.

Отпечатано в Издательском центре

ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станкин» 127055, Москва, Вадковский пер., За Тел.: 8(499) 973-31-93

61 12-5/2333

ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет

«СТАНКИН»

На правах рукописи

'/X/

Л"

Крутов Алексей Валентинович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СТАНКОВ ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА МОДУЛЬНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ КАЧЕНИЯ

Специальность 05.02.07-«Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., доцент В.В. Молодцов

Москва, 2012

Введение...................................................................................................................5

Глава 1. Особенности применения направляющих модульного типа в конструкциях современных станков.....................................................................8

1.1. Назначение направляющих в металлорежущих станках...............................................8

1.2. Особенности конструкции и эксплуатационные свойства направляющих качения 11

1.3. Особенности конструкции и эксплуатации модульных направляющих качения.....15

1.4. Разработка и совершенствование методов расчета направляющих качения.............25

1.5. Основные задачи работы.................................................................................................32

Глава 2. Разработка методики и измерительного стенда для проведения натурных экспериментов по исследованию жесткости направляющих

модульного типа....................................................................................................34

2.1. Обоснование необходимости проведения натурных экспериментов.........................34

2.2. Описание объекта исследований....................................................................................35

2.3. Описание измерительного стенда...................................................................................35

2.3.1. Нагружающие устройства............................................................................................35

2.3.2. Расположение индикаторов для контроля перемещения танкетки..........................40

2.3.3. Особенности монтажа направляющих на стенде.......................................................41

2.2.4. Конструкция стенда......................................................................................................43

2.3. Методика проведения экспериментов и обработка результатов.................................45

2.4. Результаты натурных экспериментов............................................................................49

2.4.1. Эксперименты с модулем THKSHS 25LC2................................................................49

2.4.2. Эксперименты с модулем INA KWVE25B G3V1.........................................................51

2.4.3. Эксперименты с модулем Rexroth R1651 422 20........................................................53

2.5. Выводы по главе...............................................................................................................55

Глава 3. Имитационное моделирование направляющих модульного типа.... 57

3.1. Особенности моделирования упругой системы танкетка рельс направляющих модульного типа......................................................................................................................57

3.2. Особенности решения задачи Герца для случая контакта между шариком и дорожной качения...................................................................................................................59

3.3. Построение модели контакта шарика с дорожками качения.......................................68

3.4. Преобразования координат.............................................................................................71

3.5 Построение модели упругой системы танкетка - рельс направляющей модульного типа (обратная задача моделирования).................................................................................73

3.6. Метод Ньютона-Рафсона и особенности решения прямой задачи моделирования.. 74

3.7. Программное обеспечение для реализации алгоритмов решения прямой и обратной задачи........................................................................................................................................7£

3.8. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными и данными

производителей.......................................................................................................................81

3.8.1. Результаты математического моделирования упругой системы танкетка - рельс THKSHS25LC2.......................................................................................................................81

3.8.2. Результаты математического моделирования упругой системы танкетка - рельс INA KWVE25B G3V1................................................................................................................83

3.8.3. Результаты математического моделирования упругой системы танкетка - рельс Rexroth R1651 422 20...............................................................................................................85

3.9. Исследование поведения упругой системы танкетка - рельс при воздействии комбинированных нагрузок с помощью математической модели.....................................87

3.10. Аналитическое исследование упругой системы танкетка - рельс............................96

3.11. Выводы по главе...........................................................................................................103

Глава 4. Моделирование направляющих модульного типа с использованием метода конечных элементов...............................................................................105

4.1. Цели и особенности расчета металлообрабатывающих станков методом конечных элементов...............................................................................................................................105

4.2. Имитационное моделирование направляющих модульного типа с использованием

метода конечных элементов.................................................................................................106

4.2.1. Особенности построения конечно-элементных моделей модульных направляющих и проведения вычислительных экспериментов.......................................106

4.2.2. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными и результатами расчетов с помощью нелинейной модели...................................................110

4.3. Особенности расчетов грузоподъемности и долговечности модульных направляющих качения с использованием разработанных моделей...............................113

4.3.1. Статическая и динамическая грузоподъемность, номинальный ресурс и оценка долговечности модульной направляющей по наиболее нагруженному телу качения... 113

4.3.2. Эквивалентная нагрузка в расчетах модульных направляющих............................117

4.4. Сравнительный анализ нового и традиционного методов расчета направляющих качения (на примере зубофрезерного станка 5320Ф4)......................................................121

4.4.1. Основные узлы и общий вид вертикального зубофрезерного станка модели 5320Ф4....................................................................................................................................121

4.4.2. Аналитический расчет направляющих качения.......................................................122

4.4.2.1. Расчет направляющих радиального перемещения инструмента.........................123

4.4.2.2. Расчет направляющих вертикального перемещения суппорта...........................126

4.4.3. Расчета направляющих с применением МКЭ..........................................................128

4.5. Сравнение результатов аналитического и конечно-элементного методов расчета. 131

4.6. Этапы новой методики расчета модульных направляющих......................................134

4.7. Оценка влияния направляющих на жесткость несущей системы станка (на примере зубофрезерного станка 5320Ф4)..........................................................................................135

4.8. Выводы по главе.............................................................................................................139

Заключение. Общие выводы по работе............................................................141

Список литературы...............................................................................................................144

Введение

Научно-технический прогресс во всех отраслях общественного производства означает непрерывное развитие и совершенствование орудий и предметов труда, создание принципиально новых машин, материалов, источников энергии, технологических процессов, а также связанных с ними прогрессивных форм организации производства.

Ведущая роль в решении этих задач принадлежит машиностроению, которое создает наиболее активную часть основных производственных фондов, в значительной степени определяет темпы технического прогресса, роста общественного производства и его эффективности. От уровня развития машиностроения зависят материалоёмкость, энергоёмкость валового внутреннего продукта, производительность труда, промышленная безопасность и обороноспособность государства

В результате выпуска новых машин, приборов, оборудования, не уступающих по качеству мировым аналогам, машиностроение непосредственным образом влияет на повышение производительности труда, способствует техническому перевооружению предприятий, создает базу для более экономного использования сырья, материалов, энергии, снижения материалоемкости и энергоемкости продукции, что, несомненно, способствует повышению конкурентоспособности предприятий.

Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлообрабатывающие станки (комплексы) вместе с некоторыми другими видами технологических машин -это единственный вид оборудования, который может самостоятельно обеспечивать изготовление любых новых видов оборудования.

Одной из главных проблем отечественного машиностроения можно считать критический моральный и физический износ оборудования и технологий. Решение именно этой проблемы является главной задачей развития станкостроения в последние годы в нашей стране, встающей на путь инновационного развития.

Инновации предполагают создание современного продукта, который либо превосходит существующие аналоги, либо не имеет аналогов. Любой продукт, будь то космический корабль, самолет, мобильный телефон или сердечный клапан, невозможно изготовить без технологий и оборудования мирового уровня.

Актуальность, а возможно и необходимость разработки нового оборудования в сложившейся экономической ситуации в нашей стране очевидна. Наряду с созданием нового оборудования, такой же важной задачей является модернизация действующего оборудования для обеспечения требований современных технологий.

Разработка нового или модернизация существующего оборудования не может проходить без принятия конструкторских решений, направленных на улучшение функциональных показателей оборудования. Конструктор обязан использовать новейшие технологии производства, самые современные материалы, новые концепции решения классических задач, следовать последним тенденциям развития техники, чтобы результат его работы -машина, механизм, станок был актуален и востребован потребителем.

Главную роль при решении перечисленных выше задач играет модульный принцип проектирования оборудования, который заключается использованием максимального числа унифицированных и серийно изготавливаемых комплектующих, для расширения технологических возможностей в частности металлообрабатывающих станков. Одной из приоритетных задач конструирования является обеспечение сбалансированности эксплуатационных возможностей элементов конструкции, поставляемых, как правило, различными производителями. Для ее решения необходимо проводить обоснованный выбор покупных модулей еще на ранних стадиях проектирования [15].

Направляющие, по которым перемещаются подвижные узлы станков, машин, механизмов, измерительных приборов, роботов и других устройств,

являются одним из основных элементов конструкции, и в значительной мере определяют их возможности и технический уровень.

Направляющие модульного типа в настоящее время являются самыми прогрессивными представителями узлов для реализации перемещения, как по прямой, так и по криволинейной траектории. Они обладают высокими технологическими характеристиками, имеют приемлемую стоимость, их производство освоено крупнейшими мировыми производителями комплектующих для машиностроительного оборудования. Надежность и простата использования модульных направляющих позволяет применять их не только в машиностроении, но и в любых областях техники как независимый механический элемент.

Глава 1. Особенности применения направляющих модульного типа в конструкциях современных станков.

1.1. Назначение направляющих в металлорежущих станках

Система направляющих и приводов подачи станков предназначена для перемещения инструмента заготовки и связанных с ними узлов по заданной траектории с требуемой точностью. В общем случае траектория образуется как сочетание прямолинейных и круговых движений и, соответственно, выделяются направляющие прямолинейного и кругового перемещения.

В течение заданного периода эксплуатации станка направляющие должны обеспечивать требуемую точность воспроизведения прямолинейной или круговой траектории, необходимую точность и плавность перемещений по этой траектории под действием рабочих нагрузок.

В металлорежущих станках применяются направляющие скольжения, качения, комбинированные, гидростатические, аэростатические. В настоящее время примерно в 95% станков используются направляющие первого и второго типа. Достаточно часто направляющие разных типов объединяют в одну конструкцию с целью сочетать их достоинства. Такие направляющие называют комбинированными [87].

Направляющие являются частью несущей системы станка, и решение о выборе типа направляющих принимается на ранних стадиях проектирования непосредственно после выбора компоновки исходя из требований, предъявляемых к точности, жёсткости и динамическому качеству конструкции. Направляющие оказывают большое влияние на работоспособность оборудования наряду с корпусными элементами (станины, стойки, основания и т.п.) и коробками (коробки передач, шпиндельные бабки) [8 8]. К важнейшим характеристикам направляющих, оказывающих влияние на точность, долговечность, производительность и надежность станка в целом, можно отнести износостойкость, демпфирование

и жесткость выбранного типа направляющих, а также максимальную скорость реализуемого движения.

Износостойкость направляющих лимитирует долговечность оборудования. Это происходит потому, что направляющие являются подвижным стыком в несущей системе станка, жесткость и точность которого со временем эксплуатации изменяется, влияя на качество изготавливаемой продукции. Также направляющие ограничивают скорость перемещений рабочих органов станка, что лимитирует его работу и влияет на номенклатуру выполняемых технологических операций.

В силу значимости направляющих в конструкции станка в целом, им всегда уделялось пристальное внимание ведущих специалистов станочников. В их число входят следующие авторы: Н.С.Ачеркан, Д.Н.Решетов, З.М.Левина, В.В.Каминская, Ю.Д.Врагов, Проников A.C., Бойм А.Г. В.С.Хомяков, В.В.Бушуев (бесконтактные направляющие), Е.И.Ривин [12, 15, 16, 24, 45, 77, 79, 85, 86, 87, 88, 92].

При проектировании направляющих необходимо обеспечить восприятие ими рабочих нагрузок при сохранении требуемой геометрической точности и физических характеристик в течение заданного периода эксплуатации станка [93].

Достоинства направляющих скольжения - высокая контактная жесткость и хорошие демпфирующие свойства. Кроме того они обеспечивают надежную фиксацию подвижного узла после его перемещения в заданную позицию. Однако непосредственный контакт сопряжённых поверхностей в направляющих скольжения является причиной непостоянства и большой величины сил трения [53, 54].

У направляющих скольжения существенно различаются сила трения покоя и сила трения движения, последняя сильно зависит от скорости скольжения. Эта разница приводит к скачкообразному движению узлов при малых скоростях, что крайне нежелательно особенно для станков с ЧПУ. Для устранения этого недостатка приходится использовать специальные

антискачковые масла и применять накладки из антифрикционных материалов.

Материал направляющих в значительной мере определяет их износостойкость и плавность движения узла. Во избежание крайне нежелательного явления - «схватывания» пару трения приходится изготавливать из материалов, имеющих разный состав структуру и твёрдость. Направляющие более длинной детали делают более твёрдыми и износостойкими. Этим обеспечивается длительное сохранение точности, так как короткая деталь изнашивается достаточно равномерно[55].

Направляющие качения имеют следующие основные достоинства: малый коэффициент трения (0,001...0,01); практическая независимость коэффициента трения от скорости перемещения рабочего органа (исключается «скачковый эффект»); возможность использования использования для перемещения с субмикронной точностью; отсутствие технологических зазоров; незначительный износ тел качения и направляющих элементов [15, 57]. К недостаткам можно отнести низкое демпфирование колебаний, трудоёмкость изготовления и высокую стоимость по сравнению с направляющими скольжения, хотя последние два аспекта становятся менее значимы в последнее время, так как налажено их серийное производство. В качестве тел качения в основном используют шарики и ролики прецизионных подшипников качения.

Длительное время, принимая во внимание особенности конструкции, все достоинства и недостатки направляющих обоих типов, конструкторы отдавали предпочтение направляющим скольжения из-за их статической и динамической жесткости. Однако вследствие развития приводной техники, увеличения скоростей резания, использования новых режущих материалов, повышения точности систем управления (дискретностью порядка 1мкм), направляющие скольжения стали ограничивать в существенной степени возможности повышения эксплуатационных характеристик станков. Бе