Шпиндель является одной из наиболее ответственных деталей станка. От его точности, жесткости, вибростойкости и износостойкости во многом зависит точность изготовляемого изделия. Поэтому к шпинделю предъявляется ряд повышенных требований. Конструкцию шпинделя определяют: а) требуемая жесткость, расстояние между опорами, наличие отверстия (для пропуска материалов и для других целей); б) конструкция приводных деталей (зубчатые колеса, шкивы) и их расположение на шпинделе; в) тип подшипников и посадочные места под них; г) метод крепления патрона для детали или инструмента (определяют конструкцию переднего конца шпинделя).
Шпиндели современных станков имеют довольно сложную форму. К ним предъявляются высокие требования по точности изготовления; часто до половины всех проверок на точность, проводимых при изготовлении станка, приходится на шпиндельный узел. Компоновка шпиндельных узлов связана с компоновкой всего станка, так как шпиндель является одним из главных его элементов.
Работа шпинделя зависит от типа его опор. В большинстве случаев условия работы шпинделя определяют и наиболее целесообразный тип подшипников.
К опорам шпинделей предъявляют следующие специфические для металлорежущих станков требования:
- точность направления (радиального и осевого) шпинделя;
- приспособляемость к переменным условиям работы.
Кроме того, к опорам шпинделей предъявляют также требования общие для опор валов, - достаточная долговечность, малые габариты, простота изготовления (подшипников скольжения), простота и удобство сборки, регулирования и разборки и т.д. [1]
В качестве опор шпинделей шлифовальных станков используют подшипники скольжения. Для надежной работы подшипника необходимо, чтобы несущий масляной слой между шейкой шпинделя и подшипником имел необходимую толщину и жесткость во всем диапазоне скоростей и нагрузок. При износе и значительном изменении режима работы станка должна быть предусмотрена возможность регулирования зазора в подшипнике. Желательно, чтобы при этом не произошло искажения формы подшипника, так как это может повлиять на условия жидкостного трения.
В станкостроении используют многоклиновые гидродинамические подшипники, так как одноклиновые не могут обеспечивать требуемой жесткости и точности вращения. Подшипники с несколькими клиньями (многоклиновые подшипники) обеспечивают высокую точность вращения за счет центрирования шпинделя гидродинамическим давлениями, создаваемыми в нескольких зонах по окружности. Клиновые пространства создаются в подшипниках этого типа либо неравномерным деформированием вкладыша, либо применение вкладыша из нескольких самоустанавливающих частей, равномерно установленных по окружности.
Существенным недостатком гидродинамических опор является изменение положения оси шпинделя при изменение частоты вращения шпинделя. [2]
Исследования показали, что гидродинамические подшипники могут обладать высокой жесткостью и большой несущей способность. Однако при высоких скоростях скольжения применение подшипников с жидкостным трением ограничивается как тепловыделением, так и возрастанием момента трения в смазочном слое. Уменьшение этого момента применением шпинделей меньших диаметров приводит к снижению их жесткости и виброустойчивости.
В связи с этим большой интерес представляет применение подшипников с газовой смазкой. Ее малая вязкость уменьшает момент трения и соответственно тепловыделения, поэтому не требует специальных устройств для отвода тепла, кроме вентиляции. Температура и давление воздуха практически не влияют на его вязкость, что обеспечивает стабильность работы подшипника.
Главным недостатком газовых подшипников является невысокая несущая и демпфирующая способность смазочного слоя.
Улучшить эксплуатационные характеристики шпиндельных газостатических подшипников можно за счет применения газовых опор с частично пористой стенкой вкладыша. [3]
Отсутствие в магнитных подшипниках механического контакта и необходимости смазки делает их весьма перспективными при использовании в шлифовальных высокоскоростных шпинделях. Это дает неограниченный ресурс, снижение расходов на обслуживание и ремонт, отсутствие системы подготовки и подачи смазочного материала (насосов, фильтров, уплотнений), экологическая чистота. Высокие скорости вращения и низкое электропотребление приводит к снижению габаритных размеров машины, эксплутационных расходов за счет экономии электроэнергии и уменьшению коэффициента трения.
К недостаткам магнитного подвеса следует отнести: наличие внешнего источника электроэнергии и относительно высокие сложность и стоимость, вызванные наличием электронного блока управления. [4]
Дальнейшее повышение несущей способности бесконтактных опор возможно за счет использования комбинированных сил. Это могут быть газостатические подшипники с электромагнитными силами. Разработка системы гибридных газомагнитных опор, где недостатки газовых опор (невысокая несущая способность) можно компенсировать магнитными силами, а недостатки магнитных опор (неустойчивое положение и, как следствие сложная система управления) самоустанавливающимися газовыми опорами, что приведет к повышению эксплуатационных показателей в шпиндельных узлах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Металлорежущие станки / В.Э. Пуш,
В.Г. Беляев, А.А. Гаврюшин, А.А. Какойло и др.; под ред. В.Э. Пуш. - М.: Машиностроение, 1985 - 256 с. - Космынин А.В., Кабалдин Ю.Г., Виноградов В.С., Чернобай С.П. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов. - М.:«Академия естествознания», 2006. - 219с.;
- Колев Н.С., Красниченко Н.С.,
Никулин Н.С., и др. Металлорежущие станки. - М.: Машиностроение, 1980 - 256 с. - Журавлев Ю.Н. активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003. - 206с.
Библиографическая ссылка
Иванова Н.А., Космынин А.В., Щетинин В.С. ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ // Успехи современного естествознания. – 2009. – № 9. – С. 74-75;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12809 (дата обращения: 19.04.2024).