Шпиндельные узлы станков. Конструкция и материалы.

Шпиндель – конечное звено привода главного движения, служит для крепления инструмента или заготовки и сообщает ему движение.

Конструкция шпиндельного узла зависит от типа и размеров станка, класса точности, предельных параметров обработки. Конфигурация передней части стандартизирована:

Конфигурация внутренней поверхности шпинделя определяется наличием отверстия для пруткового материала или конструкцией зажимного устройства. Тип приводного элемента зависит от частоты вращения, величины передаваемой силы, требований к плавности и общей компоновке привода.

-Зубчатые передачи:

Достоинства: простота, компактность,больше крутящие моменты.

Недостатки: неплавность.

n≤2000…3000 до 5000 мин^-1

-Ременная передача:

Достоинства: плавность, снижение динамических нагрузок с прерывистым характером резания.

Недостатки: податливость ремня, увеличение размеров, уложение конструкции.

n≤6000 об/мин, v_рез≤100 м/c.

-Ротор-шпиндель

-Инерционный привод

Rz≤0.05 мкм

Тип опор определяет форму посадочных мест шпинделя. Виды: качения, гидродинамические, гидростатические, аэростатические.

Для шпинделей станков нормальной точности применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой(обычно закалка с нагревом NDX) до твердости HRC 48-56. Шпиндели сложной формы изготавливают из сталей 50Х, 40ХГР и применяют объемную закалку до HRC 56-60. Для прецизионных станков в условиях жидкостной смазки применяют низкоуглеродистые стали 20Х, 18ХГТ, 12ХН3А с цементацией и закалкой до твердости HRC 56-60. Для слабонагруженных шпинделей высокоточных станков для уменьшения внутренних деформаций применяют азотируемые стали 38Х2МЮА, 38ХВФЮА с закалкой до твердости HRC 63-68.Для изготовления полых шпинделей большого диаметра иногда применяют серый чугун СЧ20.

Шпиндельные узлы станков. Смазывание и уплотнение.

Методы смазывания во многом определят надежность работы шпиндельного узла. Для подшипников качения применяют жидкий либо твердый смазочный материал. Примерные границы применяемости различных методов смазывания по параметру (dn)_max указаны ниже.

Смазывание: (dn)_max∙10^-5,мм∙мин^-1 Примечание:

Погружением 5,5-8 практически не применяется

Разбрызгиванием 2,2-3,2 “-“загрязненное масло, неэкономичен, 1111111111111111111111111111111111 требуется высокая частота вращения 11111111111111111111111111111111111111111шпинделя

Циркуляционное 4,2-6 расход масла по теплоотводу

1111111111111111111111111111111111111111 (неэкономичен)t<70∙C

Капельное 2,8-4 расход (1..100 г/ч)

Масляным туманом 5,5-8 высокоскоростные узлы(“-“экология)

Под давлением 7,5-10 особо тяжелые условия

(Меньшие значения для тяжелых серий подшипников, большие – для особо легких).

Твердые смазочные материалы применяются в шпиндельных узлах при относительно низких частотах вращения, особенно они удобны для шпиндельных узлов, работающих в вертикалом или наклонном положении. Следует учитывать, что избыток смазочного материала, закладываемого в подшипник, ведет к повышению температуры в опоре и вытеканию смазочного материала, а недостаточное его количество приводит к быстрому выходу подшипников из строя.

Уплотнения шпиндельных узлов служат для защиты подшипников шпинделя от проникновения в них грязи, пыли и охлаждаемой жидкости, а также препятствуют вытеканию смазочного материала из подшипника. В шпиндельных узлах чаще всего применяют различные бесконтактные лабиринтные уплотнения для уменьшения тепловыделений в узле и исключения изнашивания уплотнений. Для надежной их работы необходимо, чтобы радиальные зазоры в них были не более 0,2-0,3 мм. В шпиндельных узлах, работающих в тяжелых(по загрязнению) условиях, лабиринт заполняют твердым смазочным материалом, а при жидком смазочном материале иногда применяют продувку воздуха через уплотнение. В уплотнениях размещают полости и каналы для отвода смазочного материала от подшипников.

Рисунок – Основные типы уплотнений шпиндельных узлов:

а - контактное манжетное резиновое армированное с пружиной,

б - контактное манжетное кожаное армированное с пружиной,

в - бесконтактное лабиринтное уплотнение.