Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Токарный шпиндельный узел: эксплуатационные свойства

Устройство шпинделя токарного станка по металлу

Шпиндель — одна из важнейших частей токарного станка. Не будет преувеличением сказать, что без него станок — лишь груда металла, ведь практически все части, которые используются в токарном станке, предназначены для поддержания работы шпинделя.

Поэтому в этой статье будет рассказано о том, зачем он нужен, какие к нему предъявляются требования и ещё многое другое.

Что представляет собой шпиндель для токарного станка

Шпиндель для токарного станка представляет собой вал с отверстием посередине. В него, в отверстие, вставляют заготовки будущих деталей. Изготавливают его из высокопрочной стали, так как на него постоянно ложится большая нагрузка. Теперь немного поподробнее.

Чертеж и конструкция устройства

То, какой конструкции будет шпиндель, зависит от большого перечня факторов. К примеру, от того, какие работы нужно будет выполнить, или от скорости, с которой будет происходить работа. Также в этот перечень можно внести виды станка, так как для разных видов нужен разный шпиндель.

Требования к шпиндельному узлу

В прошлом основным упором для данного узла были подшипники, на которых вращается шпиндель. Отклонение на них достигало около одного микрометра. Сейчас же всё поменялось: теперь требования к современным шпинделям усилились, и они изготавливаются при помощи либо магнитных, либо воздушных опор.

Это позволяет добиться намного лучших результатов, чем при использовании подшипников: теперь отклонения от нормы составляют лишь около двух десятых микрометров, что позволяет работать даже с самыми сложными деталями, не боясь выпустить брак.

Однако, две десятые микрометров не придел. При помощи маховика, который разгоняет шпиндель, можно добиться снижения погрешности до трёх сотых микрометров, что намного меньше предыдущего результата. Правда, такие работы должны выполняться после того, как маховик будет отключен. То есть, работы выполняются за счёт инерции, при помощи которой шпиндель продолжает движение.

Вот список требований, которым должны соответствовать шпиндельные узлы:

  • Точность. Это требование проверяется на основание того, для какого станка нужен шпиндель и применения.
  • Скорость обработки. Шпиндельные узлы вращаются всегда с разной скоростью (это зависит от вида). Если говорить грубо: чем быстрее — тем лучше. От скорости зависит, на каком уровне будет качество выполненной детали.
  • Жёсткость. Здесь всё не так, как со скоростью. То есть, чем ниже — тем лучше. Вычисляется он при помощи соотношения величины прогиба шпинделя и уровня радиального биения. Вычислив получившееся число у двух шпинделей, можно сказать: какой из них лучше.
  • «Время жизни». Этот показатель означает, сколько шпиндель сможет прослужить при выполнении предназначенных работ. Он зависит от того, какой подшипник используется при эксплуатации. Естественно, чем он хуже — тем быстрее сломается шпиндельный узел.
  • Устойчивость к вибрации. Естественно, при работе станок очень много вибрирует, что может привести к браку, если шпиндель не соответствует этому требованию. Если шпиндельный узел плохо переносит вибрацию, то уровень точности при работе будет заметно ниже.
  • Максимальный уровень нагревания. Это — одно из важнейших требований. При работе шпиндельный узел, из-за силы трения, сильно нагревается, а потому иногда ему нужно, так сказать, «отдохнуть» от работы. При сильном нагреве он может начать видоизменятся и поломаться, а потому нужно выбирать самый устойчивый к высокой температуре.
  • Максимально переносимый вес. Благодаря этому требованию можно определить — какого веса инструменты можно закреплять на шпиндельном узле. Также от этого показателя зависит размер используемого инструмента.

Учитывая все эти требования, которые предъявляют к шпинделю можно выбрать максимально хороший и подходящий для работ шпиндельный узел.

Назначение и принцип действия

Самым главным и, как следствие, основным назначением шпиндельного узла является закрепление на нём патрона, который в свою очередь предназначенных для зажима заготовки будущей детали.

Инструкция по эксплуатации

Перед тем, как вообще использовать шпиндель с токарным патроном для работы с заготовками, необходимо провести обкатку, о которой чуть позже.

После того, как обкатка была завершена, можно приступать к самой работе. Если в шпиндельном узле используются подшипники, то их смазывают специальной смазкой, которая помогает использовать возможности шпинделя по полной на высокой скорости.

Это позволяет шпиндельным узлам служить на протяжении всего времени, которое им отводят производители. Конструкция шпинделя сделана так, чтобы эта замазка могла смазывать все движущиеся части, при этом не позволяя ей выбраться из подшипника.

Также, благодаря конструкции, не только смазка не может выбраться наружу, но и различная грязь не сможет забраться внутрь шпиндельного узла.

Промывку необходимо производить с тщательным соблюдением мер обеспечения чистоты рабочего места и инструментов. При промывке подшипника, в случае констатации предельных или запредельных люфтов, а также износа беговых дорожек или выкрашивании текстолитового сепаратора, рекомендуется произвести полную замену подшипников шпинделя.

Кроме, выше указанного, в ряде случаев, когда шпиндель имеет высокую степень технологической загрузки, а режим его работы относится или близок к категории «круглосуточный», замену смазки в подшипниках следует производить по истечении определённого эмпирическим путем периода времени работы шпинделя.

Как производится регулировка и ремонт шпинделя

Обкатка или регулировка шпинделя, осуществляют следующим образом: нужно выполнить пять циклов каждый по двадцать минут. При этом необходимо делать перерывы между циклами по примерно две минуты.

Если же режимы работы были нарушены, а также если воздух в помещении, где выполняются работы, был сильно загрязнён пылью и грязью, то трущиеся поверхности достаточно быстро приходят в негодность, смазка, которая заливается ещё при производстве и должна служить на протяжении всего срока работ, начинает терять свои свойства.

Из-за этого трения начинает вызывать сильное повышение температуры и подшипники, после некоторого времени такой работы, приходят в негодность и больше не могут выполнять возложенные на них функции.

Чтобы избежать такого печального развития событий, нужно при первых признаках перегрева, а также при появлении вибраций и необычных звуков, шпиндельного узла немедленно прекратить работу с заготовкой и в срочном порядке произвести техническое обслуживание шпинделя. Оно состоит из: снятия защиты со шпиндельного узла, очистки и смазывания новой, качественной смазкой, которая предназначена для высоких скоростей.

Заключение

Из этой статьи понятно, для чего нужен шпиндельный узел в токарном станке. Это очень важная деталь, которая используется во всех токарных станках в наше время, не исключая и станки с ЧПУ.

Важно лишь знать, какой вид подойдёт под конкретные виды работ, ведь от этого зависит то, насколько хорошо шпиндель будет справляться со своей работой и сколько он сможет прослужить. А поэтому всегда внимательно следите за своим рабочим местом и тогда неожиданные поломки не смогут прервать вашу работу.

Способ регулировки натяга в радиально-упорных подшипниках шпиндельного узла

Существует два концептуально разных типа шпинделей. Первые удерживают инструмент, вторые – обрабатываемую деталь. Первые применяются во фрезерных, сверлильных, расточных станках. Вторые входят в состав токарного оборудования. В соответствии с другой общепринятой классификацией различают скоростные и силовые шпиндельные узлы. Они находят применение в станках специального назначения, используемых для нестандартной металлообработки.

Конструкция шпинделя

Классическая конструкция этого компонента включает следующие элементы:

  • вал;
  • опоры;
  • концевое зажимное устройство (патрон, цанга и пр.);
  • приводной узел.

Нужно отметить, что конструкции шпинделей постоянно совершенствуются, и, к примеру, в некоторых из них отсутствует приводной узел. Такие шпиндели не получают вращательный момент от двигателя, а сами являются ротором асинхронного электромотора, помещённым внутрь цилиндрического корпуса со статорной обмоткой.

Коробка 16К20М

Сегодня я расскажу про станок 16К20М — это модификация очень распространенного универсального токарно-винторезного станка 16К20.

Коробка 16К20М Главное отличие коробки скоростей станка 16К20М от своего «прародителя» — это конструкция шпиндельного узла.

Напомню, что на «классике» 16К20 шпиндель установлен на таких подшипниках: спереди 3182120 4-й класса и сзади 46216Л 5-го класса.

А вот на рассматриваемом станке 16К20М шпиндель устанавливается на подшипнике 697920Л 2-го класса спереди и 17716Л 2-го класса сзади.

На рисунке внизу — объединенная схема расположения подшипников станков 16К20 и 16К20М. Для станка 16К20М следует смотреть на схему в верхней части (номера позиций 100 и 101).

Добавление от 28.08.2011: фото — коробка станка 16К20М, со шпиндельными подшипниками 697920Л спереди и 17716Л сзади

Производство выбирает недорогое решение для гибки и отгибки — гибочный станок ручной.

Особенности конструкции шпинделя

Ключевой конструктивной особенностью шпинделя любого типа является использование в конструкции опорных подшипников, удерживающих вал в рабочем положении (горизонтальном или вертикальном) и предотвращающих его радиальное биение. Дешёвые шпиндели комплектуются, как правило, самыми простыми подшипниками качения. Узлы, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации радиальных биений, оснащаются гидродинамическими подшипниками скольжения. В высокоскоростных прецизионных станках применяются гидростатические и магнитные опоры, обеспечивающие осевые отклонения не более 0,5 мкм. Такие подшипники используются сегодня в большинстве машин с ЧПУ.

Другая особенность конструкции шпинделя состоит в наличии собственной системы охлаждения. Поскольку шпиндель механически непосредственно сопряжён с обрабатываемой заготовкой или инструментом, то выделяемое в процессе металлообработки тепло поглощается зажимным устройством и валом, что вызывает температурные деформации компонентов шпинделя. Этот эффект предотвращает смазочно-охлаждающая жидкость, омывающая специальные технологические полости внутри шпинделя, за счёт чего устраняются условия возникновения деформаций.

Способ регулировки натяга в радиально-упорных подшипниках шпиндельного узла

СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ НАТЯГА В РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ПОДШИПНИКАХ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА, заключающийся в том, что наружную обойму одного из подшипников перемещают в осевом направлении на расчетную величину, о тл ича ющи и с я тем, что, с целью повышения долговечности шпиндельного узла путем исключения деформации обоймы при ее осевом перемещении , перед осевым перемещением обоймы одного из подшипников к шпинделю прикладывают осевое усилие для разгружения этого подшипника, а после осевого перемещения обоймы осевое усилие, приложенное к шпинделю, снимают . СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН (19> (11) g 1> В 23 В 19/02

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° аа (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3509074/25-08 (22) 12.11.82 (46) 23.06.84. Бюл. Ф 23 (72) Э.В.Коргичев. (71) Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов (53) 621.941.2 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

11> 415097, кл. В 23 В 19/02, 1970 (прототип). (54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ НАТЯГА

В РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ПОДШИПНИКАХ

ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА, заключающийся в том, что наружную обойму одного из подшипников перемещают в осевом направлении на расчетную величину, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности шпиндельного узла путем исключения деформации обоймы при ее осевом перемещении, перед осевым перемещением обоймы одного из подшипников к шпинделю прикладывают осевое усилие для разгружения этого подшипника, а после осевого перемещения обоймы осевое усилие, приложенное к шпинделю, снимают.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в многооперационных станках, высокоточные шпиндельные узлы которых выполняются с дистанционно регулируемым натягом в подшипниках.

Известна шпиндельная головка с гидродуплексацией радиально-упорных подшипников, которая реализует способ регулировки натяга, заключающийся в том, что наружную обойму одного из подшипников перемещают в осевом направлении на расчетную величину(11.

Недостатком известного способа является пониженная долговечность шпиндельного узла, вызванная интенсивным износом соединения корпус шпиндельного узла — перемещаемая обойма подшипника. Интенсивный износ происходит при осевом перемещении обоймы на расчетную величину, соответствующую большим значениям натяга, поскольку обойма при этом деформируется под действием возрастающих сил взаимодействия с шариками и увеличивается в диаметре. От этого установленный при сборке монтажный зазор между обоймой и корпусом высокоточного шпиндельного узла (2-6 мкм) уменьшается до отрицательного значения, значительно увеличивая силы трения, препятствующие осевому перемещению обоймы.

Цель изобретения — повышение долговечности шпиндельного узла путем исключения деформации обоймы при ее осевом перемещении.

Указанная цель достигается тем, ., ь что согласно способу регулировки натяга в радиально-упорных подшипниках шпиндельного узла, заключающемуся в том, что наружную обойму одного из подшипников перемещают в осевом направлении на расчетную величину, перед осевым перемещением обоймы одного из .подшипников к шпинделю прикладывают осевое усилие для разгружения этого подшипника, а после осевого перемещения обоймы осевое усилие, приложенное к шпинделю, снимают.

На чертеже изображен шпиндельный узел, предназначенный для реализации способа регулировки натяга в радиально-упорных подшипниках.

Шпиндельный узел состоит из корпуса 1, шпинделя 2, радиально-упорных подшипников передней 3 и задней

4 опор. Подшипники смонтированы на

98671 2 шпинделе и вставлены в корпус. В корпусе также смонтировано исполнительное устройство, которое в простейшем случае может быть выполнено, 5 например, в виде самотормозящего клинового механизма, содержащего контактирующую пару колец 5 и 6, взаимодействующих на подвижную обойму 7 задней опоры 4, причем контактирующие поверхности колец 5 и 6 выполнены плоскими под углом к оси, о отличным от 90, а кольцо 5, взаимодействующее с механизмом смещения, установлено с возможностью перемещения в радиальном направлении. Механизм смещения выполнен в виде гидроцилиндра 8 с упором 9. В расточке шпинделя 2 размещен штревель 10.

Способ регулирования натяга в

20 радиально-упорных подшипниках шпиндельного узла осуществляется следующим образом.

При наименьшем значении отрегулированного натяга в опорах 3 и 4, равного 100 кгс, кольцо 5 со скосом находится в позиции, зафиксированной на чертеже ° Шпиндельный узел (ШУ) при таком значении регулируемого натяга налажен на работу с повышенными оборотами (4000-5000 об/мин) для проведения чистовых операций.

Зазор между наружной обоймой 7 опоры 4 и корпусом 1 равен монтажному значению (3 мкм) .

При переналадке ШУ на работу с пониженными числами оборотов (10002000 об/мин) для проведения черновых технологических операций в опорах 3 и 4 дистанционно устанавливается наибольший натяг 400 кгс.

4О Для этого к штревелю 10 шпинделя

2 прикладывают осевое усилие смены инструмента Р с= 800 кгс. Усилие это прикладывается специальным механизмом (не показан), который струк 45 турно входит в многооперационные станки.

Под действием усилия Ро = 800 кгс нагружается подшипник опоры 3 и разгружается подшипник опоры 4. В подшипнике опоры 4 устанавливается зазор порядка 20 мкм. Диаметр наружной обоймы 7 подшипника 4 при этом несколько уменьшается.

Далее специальным исполнительным

И устройством в виде колец 5 и 6 наружную обойму 7 подшипника опоры 4 принудительно смещают в сторону подшипника опоры 3 на расчетную величиСоставитель Г.Никогосова

Техред С.Иигунова . Корректор И.Эрдейи

Заказ 4306/7 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIHI «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Э 10986 ну 25 мкм, соответствующую наибольшему значению регулируемого натяга, равного 400 кгс. Для этого в полоеть гидроцилиндра 8 подается от системы управления (не показана) под давлением масло. Поршень гидроцилиндра смещается в сторону от корпуса 1 до упора 9. Кольцо 5 смещаясь своим скосом, перемещает кольцо 6 с наружной обоймой 7 в сторону подшипников 1О опоры 3.

Наружная обойма 7 свободно перемещается не деформируясь, а значит, не меняя своего диаметра.

К этому времени технологически заканчивается смена инструмента в шпинделе 2 и усилие Р = 800 кгс снимают, отчего шпиндель 2 под действием упруго сдеформированного подшипника передней опоры 3 смещается на подшипник опоры 4, наружная обойма 7 которой стоит в позиции, соответствующей наибольшему значению регулируемого натяга, равного 400 кгс.

Смещение шпинделя 2 на опору 4 сопровождается увеличением в последней натяга до расчетной величины, равной 400 кгс, и увеличением диаметра наружной обоймы 7 до величины, при которой зазор между обоймой 7 и корпусом 1 устанавливается равным

1-3 мкм. Больше диаметр обоймы практически не увеличивается из-за большой жесткости стыка обойма 7 — корпус 1.

При таком способе регулировки натяга в процессе перемещения обоймы на расчетную величину, соответствующую большим значениям натяга, зазор между перемещаемой обоймой и корпусом ШУ сохраняется неизменным, поскольку диаметр обоймы не увеличивается. Диаметр обоймы не увеличивается из-sa того, что до перемещения обоймы подшипника последний разгружают приложением осевого усилия к шпинделю. Натяг в подшипнике с перемещаемой обоймой отсутствует. Отсутствуют, значит, и силы взаимодействия шариков с обоймой, изменение которых при перемещении обоймы по существующему способу. приводит к изменению диаметра обоймы.

Диаметр обоймы увеличивается только лишь после ее перемещения и остановки в результате снятия осевого усилия на шпинделе, поскольку при этом в подшипниках появляется натяг, а значит, и силы взаимодействия шариков с обоймой, увеличивающие ее диаметр на величину, превышающую монтажный зазор.

Поскольку в .процессе перемещения обоймы она не деформируется, постольку зазор между ней и корпусом не меняется и остается равным монтажному.

От этого дополнительные силы трения не появляются и в соединении обойма — корпус их практически нет.

Выбирая шпиндель

К выбору шпиндельного узла нужно подходить комплексно, учитывая все конструктивные особенности. При покупке шпинделя для модернизации станка, либо станочного оборудования в зависимости от типа шпиндельного узла анализу подлежат следующие моменты.

  1. Скорость металлообработки, на которую рассчитана оснастка.
  2. Величина радиальных биений.
  3. Тип опорных подшипников.
  4. Простота обслуживания системы охлаждения.

Если правильно подобрать шпиндель в зависимости от скорости вращения, то это обеспечит долговременное исправное функционирование подшипников, что в свою очередь снизит погрешности обработки заготовок. Тип опор влияет, прежде всего, на точность металлообработки и цену станка, так как, например, оборудование с гидростатическими подшипниками оснащается достаточно дорогостоящими масляными насосами. Как дополнительный критерий выбора шпиндельного узла можно рассмотреть наличие возможности его ремонта, что уменьшает стоимость эксплуатации, снижая расходы на замену шпинделя.

Токарный шпиндельный узел: эксплуатационные свойства

Существует два концептуально разных типа шпинделей. Первые удерживают инструмент, вторые – обрабатываемую деталь. Первые применяются во фрезерных, сверлильных, расточных станках. Вторые входят в состав токарного оборудования. В соответствии с другой общепринятой классификацией различают скоростные и силовые шпиндельные узлы. Они находят применение в станках специального назначения, используемых для нестандартной металлообработки.

Конструкция шпинделя

Классическая конструкция этого компонента включает следующие элементы:

  • вал;
  • опоры;
  • концевое зажимное устройство (патрон, цанга и пр.);
  • приводной узел.

Нужно отметить, что конструкции шпинделей постоянно совершенствуются, и, к примеру, в некоторых из них отсутствует приводной узел. Такие шпиндели не получают вращательный момент от двигателя, а сами являются ротором асинхронного электромотора, помещённым внутрь цилиндрического корпуса со статорной обмоткой.

Читать еще:  Технологии художественной обработки металлов


Электрооборудование

Электрооборудование обеспечивает максимальную защиту оператора от повреждения электрическим током, а устройства блокировки — от получения травм и выхода из строя самого станка. Основные составляющие электрооборудования:

  • Основной электродвигатель.
  • Электродвигатель перемещения каретки и суппорта.
  • Электронасос системы подачи СОЖ.
  • Система автоматических выключателей.
  • Плавкие предохранители.
  • Тепловые реле и реле времени.
  • Заземление.
  • Микропереключатели.

Основные особенности блокировочных и защитных систем:

  • Защита от перегрузок основного электродвигателя и двигателя перемещения каретки и суппорта осуществляется плавкими предохранителями и тепловыми реле.
  • Ограничение холостого хода основного электродвигателя достигается за счет реле времени.
  • Запуск электронасоса системы подачи СОЖ может быть выполнен только после запуска главного электропривода.
  • Устройство отключения подачи фартука.
  • Устройство, отключающее электроснабжение станка при открывании шкафа управления. Для осмотра электрооборудования станка под напряжением, необходимо воспользоваться деблокирующим переключателем.
  • При снятии защитного кожуха гитары, срабатывает выключатель, отключающий главный электродвигатель от электросети.
  • Регулировка узлов и агрегатов.
  • Для регулировки шпиндельной бабки необходимо демонтировать коробку скоростей затем, используя регулировочный винт откорректировать продольное положение шпинделя. При этом необходимо обращать внимание на пробные проточки.
  • Регулировка шпиндельных подшипников.

Особенности конструкции шпинделя

Ключевой конструктивной особенностью шпинделя любого типа является использование в конструкции опорных подшипников, удерживающих вал в рабочем положении (горизонтальном или вертикальном) и предотвращающих его радиальное биение. Дешёвые шпиндели комплектуются, как правило, самыми простыми подшипниками качения. Узлы, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации радиальных биений, оснащаются гидродинамическими подшипниками скольжения. В высокоскоростных прецизионных станках применяются гидростатические и магнитные опоры, обеспечивающие осевые отклонения не более 0,5 мкм. Такие подшипники используются сегодня в большинстве машин с ЧПУ.

Другая особенность конструкции шпинделя состоит в наличии собственной системы охлаждения. Поскольку шпиндель механически непосредственно сопряжён с обрабатываемой заготовкой или инструментом, то выделяемое в процессе металлообработки тепло поглощается зажимным устройством и валом, что вызывает температурные деформации компонентов шпинделя. Этот эффект предотвращает смазочно-охлаждающая жидкость, омывающая специальные технологические полости внутри шпинделя, за счёт чего устраняются условия возникновения деформаций.

Стоимость ремонта

Вид работСтоимость
Профилактика Шпинделя9,000 руб.
Устранение сбоев в работе зажимного устройства19,000 руб.
Перегорание (повреждение) обмотки статора30,000 руб.
Замена подшипников с балансировкой ротора50,000 руб.
Замена датчиков шпинделя10,000 руб.
Техническое обслуживание10,000 руб.
Нестандартные работы10,000 руб.
Капитальный ремонт50,000 руб.
Модернизация станочного оборудования30,000 руб.
Основная наша специализация — ремонт станков

Если ваш станок не работает, наш специалист приедет в кратчайшие сроки и починит его. Позвоните и проконсультируйтесь по тел: 8

Технологии

За счет использования современных приборов мы более точно определяем неисправности. И экономим ваши деньги на ремонте

Если с вашим станок сломался не стантартно. Мы отправим его нашим техническим специалистам и они решат любую проблему

Скорость.

Вам нужно чтобы станок в кратчайшие сроки работал. Наши желания совпадают.

Прочитайте полезную информацию:
Ремонт бабки станка

Бабка — важный элемент станка. Если данная деталь выходит из строя, справиться самостоятельно с ремонтом очень сложно и приходится обращаться в специализированные мастерские. Как предотвратить поломки, что важно знать при самостоятельном ремонте и сколько стоят услуги квалифицированных мастеров — все это можно узнать из статьи.

Капитальный ремонт станков

Не один агрегат не может работать вечно. Для восстановления работоспособности токарного оборудования, часто прибегают к капитальному ремонт. Произвести этот процесс самостоятельно онь сложно, поэтому стоит обратиться к компании, которая специализируется на ремонте данных агрегатов.

Ремонт направляющих станков

Что собой представляет конструкция направляющих станков, их особенность и специфика ремонта. Сервисное обслуживание и самостоятельный ремонт.

Стоимость ремонта станка

Любая техника при недостаточном уходе и несвоевременной диагностике выходит из строя. В данной статье читатель может найти информацию о видах станков, распространенных поломках, а также о действиях специалиста при ремонте.

Неисправности шпинделя и их устранение

В современном производстве используется множество станков с ЧПУ (с числовым-программным управлением). Станки беспрерывно работают круглыми сутками и как любая техника иногда имеет неисправности. Одним из основных элементов станков является шпиндель, рассмотрим какие поломки могут возникнуть при эксплуатации и можно ли их устранять самостоятельно.

При заключение договора на долгосрочное обслуживание вы получаете скидку до 20%. Не забываете на все виды работ у нас действует гарантия.

  • инженер — механик
  • Программист ЧПУ
  • Инженер наладчик
  • Электрик
  • Электронщик
  • Слесарь — ремонтник

Выбирая шпиндель

К выбору шпиндельного узла нужно подходить комплексно, учитывая все конструктивные особенности. При покупке шпинделя для модернизации станка, либо станочного оборудования в зависимости от типа шпиндельного узла анализу подлежат следующие моменты.

  1. Скорость металлообработки, на которую рассчитана оснастка.
  2. Величина радиальных биений.
  3. Тип опорных подшипников.
  4. Простота обслуживания системы охлаждения.

Если правильно подобрать шпиндель в зависимости от скорости вращения, то это обеспечит долговременное исправное функционирование подшипников, что в свою очередь снизит погрешности обработки заготовок. Тип опор влияет, прежде всего, на точность металлообработки и цену станка, так как, например, оборудование с гидростатическими подшипниками оснащается достаточно дорогостоящими масляными насосами. Как дополнительный критерий выбора шпиндельного узла можно рассмотреть наличие возможности его ремонта, что уменьшает стоимость эксплуатации, снижая расходы на замену шпинделя.

Разновидности шпинделей токарных станков

Шпиндельный узел (ШУ, коробка скоростей) замкнута в литой чугунный картер. Главным элементом считается шпиндель, как звено станка. Это трубчатый полый вал со сквозным отверстием, на концах которого крепятся зажимные элементы или режущий инструмент. На опорах и посадочных гнездах коробки чаще используются подшипники качения. К ним предъявляются серьезные требования по соблюдению точности посадочного места. Иначе неизбежна деформация подшипниковых колец с негативными последствиями.

При малых скоростях, агрегат получает обороты от шестерни, сидящей на валу. Высокие скорости вращения достигаются от приводного шкива и ремня. Передняя опора компенсирует осевую нагрузку, причем задняя остается не закрепленной. Такой подход положительно выявляет жесткость, уменьшая нагрев, а также возможную деформацию правой шейки шпинделя.

Описание и виды

Отличаются по назначению, размерам, мощности, способу привода, классу чистоты, типу опор.

Использование шпиндельной бабки привязано к быстроходности, точности поверхности заготовки, производительности токарного станка. Показатель низкого качества обработки свидетельствует о малых оборотах, изношенности гнезда, рабочего инструмента (резца), отсутствия балансировки ШУ.

Техническая характеристика шпиндельного узла ориентирована нарезать винтовую резьбу разного профиля, шага. Оборудование растачивает, сверлит заготовки любой твердости, включая каленный прокат.

Технической особенностью устройства считается точение метрической, модульной, других профилей резьбы необходимого шага. Параметры, характеризующие шпиндель:

  1. Диаметр обрабатываемого изделия, Д.
  2. Высота центров, ВЦ — означает половину (0,5Д), которая может разместиться над станиной.
  3. Расстояние между центрами, РМЦ — расстояние между центром задней (подвижной) бабки и кулачками патрона.

Шпиндель токарно-винторезного станка имеет правую и заднюю опоры. Первая входит в радиальный двухрядный роликовый, а задняя сидит на двух упорных шариковых подшипниках. Валы входят в конические ролики качения и получают обороты от клиноременного шкива. Конструктивная простота шпиндельного узла определяется количеством подшипников, надежной фиксацией, герметичностью элементов уплотнения.

Ремонт заключается в точном восстановлении шеек шпинделя. При наличии заусениц, шейки посадочных мест подвергаются проточке, шлифовке, полированию (желательно пастой ГОИ) мелкозернистой наждачной бумагой, смачивая поверхности маслом.

Посадочные места подшипников склонны к ослаблению, если не сказать изнашиванию. Приемлемый вариант реставрации: хромировка, лучше металлическое напыление требуемой высоты. Не возбраняется растачивать шейку настолько, чтоб впрессовать на нее стальную горячую втулку. После обкатки подшипники проверяют на предмет биения.

Конус шпинделя нарезается на станке. По окончании операции его шлифуют наждачным полотном. Ремонт детали выполняется при наличии станков: токарного, вертикально-фрезерного, круглошлифовального. Внутренний диаметр шпинделя привязан к РМЦ и большим размерам обработки, особенно, изделий трубного сортамента. Такие машины целесообразно приобрести для использования в нефтяной, геологоразведочной отраслях.

Шпиндель, как элемент токарного станка, состоит из полого ступенчатого вала. На торце его монтируется патрон или вспомогательные планшайбы для установки, фасонных изделий нестандартной формы.

Точение наружной цилиндрической, конусной поверхности изделия, расточка внутренней оболочки. Помимо металлических материалов токарь торцует цилиндры, конуса, нарезает резьбу на древесном, композитном сырье. Вкупе со специальными навесными устройствами токарный станок выполняет также операции сверления, шлифования, фрезерования.

При этом, узел настроен на переменный режим работы, но высокой производительности с учетом применения твердосплавных инструментов (резцов).

Технологические характеристики оборудования среднего класса обеспечены достаточным уровнем автоматизации и, как следствие, качеством конечной продукции.

Шпиндельные бабки применяются в сфере энергетической, машиностроительной, авиастроения, изготовления колесных пар железнодорожного подвижного состава, турбин, конструкций прокатных станов. Продукцию этого ряда можно и желательно купить у солидных поставщиков.

  • Опоры на подшипниках качения. Не подвергаются нагреву, поскольку охлаждаются жидкой смазкой. Процесс упреждает тепловую деформацию от нагрева.
  • Аэростатические посадочные места имеют электрический или воздушный привод. Работают с высокими скоростями, что повышает эксплуатационные характеристики обработки внутренних поверхностей.
  • Гидростатические опорные шейки. Характеризуются отсутствием выработки при постоянных нагрузках. Фактором тому служит отсутствие контактов в металлических сочленениях шпинделя.
  • Магнитные опоры. Отличаются продолжительным периодом эксплуатации под нагрузкой, без смазки. Устройство работает под воздействием магнитного поля, обеспечивая устойчивость шпинделя в заданном положении.

Стоимость описанных выше агрегатов варьируют в зависимости от диаметра заготовки, ВЦ, РМЦ, других опций.

Автор: Валерий Строев

Статьи по теме:
Технология сборки своими силами гидравлического пресса

Токарно-винторезные станки от российского изготовителя

Для чего нужна задняя бабка, ее виды и устройство

Передняя и задняя бабки токарного станка

За точность установки и обработки детали в токарных станках отвечают специальные узлы — токарные бабки.

Шпиндельная (передняя) бабка — устройство токарного станка, предназначенное для сообщения заготовке вращательного движения. Обрабатываемая деталь закрепляется в кулачки патрона, цангу, планшайбу установленные на переднем торце шпинделя или фиксируется центрами между передней и задней бабками. Частота вращения заготовки и направление могут регулироваться от системы управления.

Задняя (упорная) бабка — узел токарного станка для фиксации (поджатия) обрабатываемых заготовок с помощью упорного или вращающегося центра. На универсальных станках также используется для установки режущего инструмента: сверл, зенкеров, разверток.

Устройство бабки токарного станка (шпиндельный узел)

Передняя бабка состоит из корпуса (чаще всего чугунного) и шпинделя. В станках с коробкой скоростей добавляются валы, шестерни и устройство переключения диапазонов для обеспечения различных моментов резания для обработки заготовок, система смазки шпиндельной бабки. Усилие вращения на деталь передается через шкив на первом валу. При установке шпинделя «картриджного» типа — вращательное движение патрона передается от двигателя через ремни на шкив, установленный на шпинделе. При установке электрошпинделя — ременная передача и внешний двигатель не применяются.

Корпус шпиндельной бабки может иметь различную форму, отливается, как правило, из чугуна. В современных станках в жестком корпусе передней бабки имеются точные отверстия для установки передних и задних подшипников шпинделя, это достигается расточкой корпуса на расточном станке с борштангой, с последующим контролем на измерительной машине. Предусмотрена возможность регулировки оси шпинделя в плоскости движения оси Х (для станков с горизонтальной станиной это будет горизонтальная плоскость, направление «к оператору или от оператора»). В вертикальной плоскости точность достигается пришабриванием

Передача вращательного движения от двигателя к шпинделю, чаще всего, осуществляется посредством клиновых или поликлиновых ремней и шестерней зубчатой передачи. В станках токарной группы с ЧПУ для обеспечения функций нарезания резьбы и поддержания постоянства скорости резания устанавливается дополнительный датчик — энкодер шпиндель. Энкодер воспринимает вращение шпинделя и преобразует его в электрический импульс, посылаемый в модуль ЧПУ. В свою очередь, контроллер управляет работой серводвигателя привода для плавного(не дискретного) регулирования частоты оборотов шпинделя.

Шпиндельный узел, как правило, имеет систему циркуляционной смазки и может иметь систему охлаждения. В шпинделя «картриджного» типа консистентная смазка закладывается на весь срок службы подшипников.

Кинематическая схема шпиндельной бабки обычно приведена в документации на конкретный станок.

Шпиндель передней бабки

Шпиндель — полый внутри вал, изготовленный из углеродистой стали, в отверстие которого пропускают длинномерные заготовки. Установлен шпиндель в корпус передней бабки посредством переднего и заднего подшипниковых узлов.

Торец шпинделя токарных станков, в зависимости от исполнения, соответствует ГОСТ 12595-2003 или ГОСТ 26651-85. На современных станках ЧПУ, в зависимости от запросов потребителя, геометрия торца шпинделя может быть изменена. На торец устанавливается зажимное устройство: токарный патрон, цанга, планшайба, упорный центр.

Посадочные поверхности торца шпинделя имеют обработку не ниже 6 квалитета, при изготовлении поверхность подвергается закалке и шлифовке. В противном случае радиальное и торцевое биение установленного патрона или другого зажимного устройства, установленного на шпиндель, будут превышать допустимые значения. Это скажется на точности обработки заготовки. После установки шпиндель проверяется на наличие вибраций, и, при необходимости, производится балансировка

В связи с этим, при замене зажимной оснастки посадочные поверхности шпинделя необходимо оберегать от различного рода повреждений, не допускать наличия стружки и грязи, а также проверять биение вновь установленных патрона или цанги.

пример — шпиндель «картриджного» типа

пример — шпиндель с валами и шестернями коробки скоростей

Проверка точности

Геометрическую точность на токарных станках с ЧПУ проверяют по контрольным скалкам и оправкам. Проверка методом проточки не входит в проверки по ГОСТ(в токарный патрон зажимается заготовка диаметром не менее 80 мм длиной до трех диаметров и обтачивается цилиндрическая поверхность перемещением по оси Z без поджима задней бабкой), является неточной и не отражает реальное положение оси шпиндельной бабки. на результаты проточки влияет очень много факторов и погрешность измерения будет превышать величину допуска (режимы резания, высота режущей кромки и вылет оправки, состояние подшипников шпинделя и остальной кинематики . Допустимые отклонения указаны в приложении к свидетельству о приемке станка.

При неудовлетворительных результатах проверки точности выявляют и устраняют причину и проводят повторную проверку.

Задняя бабка

Задняя бабка входит в стандартную комплектацию любого токарного станка, производимого Тверским станкостроительным заводом.

Устройство задней бабки токарного станка

Упорная бабка состоит из плиты (основания, опирающегося на направляющие станины), корпуса, пиноли, штурвала перемещения пиноли) и рукояток фиксации пиноли и задней бабки. В левом торце пиноли имеется коническое отверстие, служащее для установки и фиксации приспособлений и инструмента.

Задняя бабка станка чаще всего перемещается вручную оператором. На некоторых моделях станков может присоединяться к суппорту и совместно перемещаться вдоль оси Z к месту зажима.

Пиноль задней бабки выдвигается и отводится, перемещением маховика. Возможна установка гидравлического или электро-механического устройства выдвижения

Для регулировки соосности оси шпинделя и оси пиноли задней бабки при обработке заготовок применяют поперечное смещение оси задней бабки (к оператору или от оператора).

В токарных обрабатывающих центрах задняя бабка может иметь управляемое от ЧПУ перемещение (ось W). Также возможно замена пиноли на противошпиндель.

Настройка и регулировка

Регулировка задней бабки токарного станка выполнена на заводе изготовителе. Дополнительная регулировка требуется при ухудшении точности станка. Заключается она в установке минимальных зазоров в передних и задних подшипниках пиноли (модели с вращающейся пинолью), компенсации люфта между опорными поверхностями упорной бабки и направляющими станины, исключению смещения относительно оси шпинделя.

Фиксация задней бабки станка к направляющим осуществляется при зажиме гаек 2, пиноль 1 фиксируется рычагом 5. Перемещение пиноли происходит при вращении штурвала 4.
Для облегчения позиционирования задней бабки по направляющим станины может использоваться система разгрузки или механизм 3, при ослаблении болтов крепления 2 задняя бабка перемещается в направлении противоположном направлению вращения рукоятки механизма 3.
В корпусе пиноли расположена масленка для выполнения ручной смазки.
Регулировка оси пиноли в горизонтальной плоскости производится с помощью установочного винта (под штурвалом пиноли) и двух винтов А.

Геометрическую соосность передней и задней бабок проверяют, зажимая поверочную скалку (диаметр и длина зависит от РМЦ станка) в неподвижных центрах бабок токарного станка. Стойка с индикатором часового типа, установленная на суппорт или револьверную головку, перемещается вдоль осевой линии заготовки в вертикальной и горизонтальной плоскости. После проверки и при необходимости производится настройка задней бабки.

Токарный шпиндельный узел: эксплуатационные свойства

Шпиндельный узел – главный узел станка от которого зависит точность обработки поэтому к нему предъявляются особые требования.
Точность вращения устанавливается соответствующими ГОСТами в зависимостиот типа и назначения станка. Регламентируются следующие параметры: радиальное биение центрирующей шейки шпинделя, конического отверстия, осевое биение шпинделя, торцевое биение опорного буртика шпинделя.

Жесткость ГОСТ не регламентирована. Жесткость шпинделя устанавливается исходя из баланса жесткости станка (система СПИД). И эти нормы регламентированы ГОСТ. Наибольшее влияние на жесткость оказывает диаметр шпинделя. Межопорное расстояние влияет на деформацию шпинделя. При проектировании следует стремиться с одной стороны к увеличению жесткости(увеличение диаметра), с другой стороны при этом падает быстроходность. Результатом расчета на жесткость является величина прогиба конца шпинделя которая должна быть clip_image250на радиальное биение шпинделя. А максимальный прогиб между опорами не больше 0,0002 от расстояния между опорами.

Виброустойчивость определяется динамическими свойствами – амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний. Виброустойчивость станка на 40-50% определяется параметрами шпиндельного узла. Чем выше собственная частота и меньше резонансная амплитуда тем лучшими динамическими показателями обладает шпиндельный узел.
Быстроходность шпинделя определяется конструктивными и технологическими особенностями станка. Быстроходность оценивается по произведению частоты вращения шпинделя и диаметра переднего подшипника. (nÄd)
Установка каждого дополнительного подшипника снижает быстроходность на 25%, применение керамических подшипников повышает быстроходность до 2х раз.

Несущая способность шпинделя

Для большинства шпиндельных опор несущая способность и выбранная по критериям жесткость предельно допустимая статическая нагрузка подшипника соответствует предъявляемым к шпиндельным опорам требования, применяются опоры с высокой несущей способностью.

Долговечность шпиндельных опор ГОСТ не регламентируется. В паспорте устанавливается срок службы. Ниже срок службы у расточных и шлифовальных станков.

Теплостойкость шпинделя.
Допускаемый нагрев подшипников шпиндельных опор зависит от точности станка. Гост устанавливается 50о плюс комнатная температура. Практикой установлены следующие значения для станков Н 60-70о, П 50-550, В 40-450, А 35-400, С 28-300 Нагрев опор приводит к изменению натяга в подшипниках, снижается несущая способность, уменьшается жесткость.

Быстрота и точность закрепления инструмента или заготовки в шпинделе, возможность автоматизации.

Минимальные затраты на изготовление, сборку, эксплуатацию шпиндельного узла.

Перечисленные требования могут быть обеспечены правильным выбором: материала и т/о, конструкции опор, допуска на размеры, технологические условия сборки и регулировки, правильная эксплуатация, своевременная(постоянная) смазка.

Конструкция шпинделя зависит от типа, размера, класса точности и других характеристик станка.

3 разновидности шпиндельных узлов:

а) шпиндели со сквозным отверстием и наружным или внутренним посадочным отверстием под ТО;

б) шпиндели с не сквозным отверстием и внутренним посадочным отверстием под ТО (сверлильно-расточная группа);

в) Шпиндели не имеющие сквозного отверстия ( шлифовальные).

Технические требования к шпинделю:

1) точность размеров

2) точность формы поверхности

3) точность расположения поверхностей

4) качество поверхностей

5) для высокоскоростных шпинделей – допустимый дисбаланс

Точность размеров:

Точными должны быть диаметральные размеры опорных поверхностей и посадочных поверхностей под технологическую оснастку (ТО). Обычно 6 кв., в прецизионных – 5кв.

Посадочные поверхности под зубчатые колеса 7 кв. реже 6, остальные по 9-12 квалитету. Резьб. Поверх.отверстия 6 степени точности, остальные наружные 8, внутренние – 7.

Точность формы поверхности:

Регламентируется для опорных и посадочных отверстий. Допуск формы ответственных поверхностей шпинделя для станков нормальной точности не более 50% допуска соответствующего диаметрального размера, повышенной – 25%, для станков Б и В — 5-10%.

Отклонение от круглости поперечного сечения и профиля продольного сечения диаметра 100..120 мм подшипники качения: 3…0,8 мкм, отклонение продольного сечения 2,5…0,6 мкм, для подшипников скольжения отклонение от круглости 1,5…0,3 мкм

Посадочные отверстия под ТО отклонения от круглости 15…3 мкм

Точность расположения поверхностей:

Наиболее важным для точности вращения шпинделя торцевых опорных поверхностей. Под подшипники относительно подшипниковых шеек допуск торцевого биения 4…1 мкм. Отклонение от соосности опорных и посадочных поверхностей 10…3 мкм.

Качество поверхностей:

Шероховатость поверхностей: опорные под подшипник качения 0,4…0,01 мкм, скольжения – 0,2…0,01 мкм. Наружные посадочные под ТО 0,4…0,1 мкм, под внутренние – 0,4…0,01 мкм. Под ЗК 0,8…0,2 мкм. На остальные поверхности 6,3…1,6 Ra.

Требования по твердости зависят от материала и т/о.

Подшипники качения: норм. 40-45HRC, повыш. 48-52HRC, выше.до 65 HRC

Подшипники скольжения: норм. 50-56HRC, повыш. 56-62HRC, выше.до 68 HRC.

Шпиндели сложной формы ст. 50Х, 40ХГТ объемная закалка тв. до 60 HRC. Для прецизионных станков низкоуглеродистые стали 20Х, 18ХГТ + цементация + закалка. Для слабонагруженных высокоточных станков для уменьшения внутренних напряжений применяют азотируемые стали 38ХМЮА + закалка до 68 HRC. Шпиндели большого диаметра с отверстиями иногда выполняются из чугуна СЧ20.

Допустимы дисбаланс шпинделя:

Предъявляется только к высокоскоростным шпиндельным узлам, балансируется не только не только шпиндель, но и все составляющие, а также в сборе. Для станков нормальной точности дисбаланс не более 20-30 гÄсм, для прецезионных станков 1-2 гÄсм.

Выбор типа передачи на шпиндель(зубчатая или ременная) зависит в первую очередь от частоты вращения и от величины передаваемой силы. Зубчатая передача более проста и компактна и передает значительные крутящие моменты. Однако из-за ошибок шага она не сможет обеспечить высокое качество обработки на прецезионных станках а в станках с переменными силами резанья уменьшает плавность вращения шпинделя и возрастают динамические нагрузки в деталях коробки скоростей.

Применение ременной передачи получает некоторое увеличение размеров и усложнение конструкции, так как шкив следует устанавливать на самостоятельные опоры что бы разгрузить шпиндель. Однако в этом случае обеспечивается плавность вращения и высокое качество обработки. Для станков с прерывистым резаньем применение ременной передачи снижает максимальные значения крутящих моментов.

Опоры качения шпинделей (преимущества и недостатки, выбор, особенности расчёта, виды уплотнений, способы создания предварительного натяга, способы смазки). Особенности конструкций быстроходных шпиндельных узлов с опорами качения.

По виду применяемых опор шпиндели делят на две группы:

1-опоры качения
2-опоры скольжения(гидростатические, гидродинамические, аэростатические)
Типы опор шпинделя определяют форму посадочных мест, выбираются на основании требований точности и быстроходности.
В зависимости от быстроходности шпинделя применяют следующие методы смазки: погружение; разбрызгивание; циркуляционное; капельное; масляный туман; под давлением.

Погружение — для шпиндельных узлов практически не применяется из-за потерь в опорах, из-за загрязнённого масла.

Циркуляционное — кроме смазки осуществляет теплоотвод от опор, чаще всего система общая для шпинделя и коробки.

Капельный метод – индивидуально для каждой опоры. Расход масла 1-100 гр/час.

Масляный туман – при вращении з.к., погружённых в масляную ванну и имеющих v>2 м/с(

Уплотнения шпиндельных узлов: для защиты подшипников в шпинделе от проникновения грязи, пыли, охлаждающей жидкости, а также препятствуют вытеканию смазочного материала из подшипника. Чаще всего и лучше применяют бесконтактные лабиринтные уплотнения для уменьшения трения в узле и изнашивания уплотнения. Для надёжной работы нужно, чтобы радиальные зазоры в них были не более 0,2-0,3 мм. При работе в условиях тяжёлой загрязнённости лабир. Заполняют твёрдым смазочным материалом. Иногда применяют продувку воздухом через уплотнения (изнутри). В уплотнениях размещают полости (каналы для отвода смазочного материала в подшипниках).

Конструктивные разновидности шпиндельных узлов: 1 из главных признаков шпиндельного узла является тип опор, наибольшее распространение получили подшипники качения: прецизионные конические и цилиндрические роликоподшипники, упорно-радиальные шарикоподшипники и радиально упорные шарикоподшипники. Подавляющее большинство шпиндельных узлов создаётся на базе типовых конструктивных схем.

Для закрепления внутреннего кольца подшипника в шпиндельных узлах станков Н и П точности применяют корончатую гайку с лепестковой шайбой или 2е корончатые гайки.

В шпиндельных узлах прецизионных станков используют специальные конструкции гаек, имеющие промежуточный самоустановочный элемент. Для обеспечения осевого перемещения инструмента шпиндельный узел монтируется в специальной гильзе (пиноль). Привод осевого перемещения гильзы со шпинделем м.б. ручным или механическим .

Шпиндельный узел станка

Деталь конструкции обрабатывающих станков, которая служит для крепления заготовок режущего инструмента, называется шпинельный узел. Он является одной из основных частей кинематической схемы и позволяет производить надёжное крепление детали (инструмента), проводить центровку и устанавливать размер обрабатываемой части заготовки. К ним предъявляются следующие требования:

  • обеспечение заданной скорости вращения;
  • надёжное крепление заготовок или инструмента;
  • требуемую скорость перемещения к задней бабке станка;
  • сохранение высоких динамических качеств;
  • поддержание постоянного температурного режима и неподверженность тепловой деформации;
  • минимальные энергетические потери;
  • постоянство динамических характеристик.

От выполнения этих требований зависит качество обрабатываемой заготовки.

Конструкция

Выбор типа конструкции зависит от назначения обрабатывающего станка, его размеров, мощности привода, кинематической схемы, максимальной скорости с которой он должен вращаться.

Несмотря на обилие квалификационных признаков, узел состоит из следующих деталей:

  • корпус;
  • фиксирующие опоры (количество зависит от выбранной схемы);
  • комплект подшипников;
  • элементы крепления заготовки.

Корпус выполнен в форме вала. Он изготавливается цельным или полым в виде трубы. В нём расположены элементы крепления заготовок, режущего инструмента. Для различных станков его выполняют по индивидуальной конструкции.

Входное отверстие шпиндельных узлов может выполняться в форме цилиндра или конуса (например, конуса Морзе, как у сверлильных станков). Для создания конуса в цилиндрический шпиндель вставляют специальную скалку.

В некоторых узлах используют так называемую оправку. Она располагается в передней части шпинделя, который имеет фланец с направляющими пазами.

В эти пазы вставляются сухари. После размещения хвостовика режущего инструмента производится крепление при помощи болтов.

Если по техническим причинам невозможно выполнить шпиндель в форме трубы (то есть полым) крепление оправок имеющих конический хвостовик производится накидным колпаком. Стенка оправки в этом случае снабжена двойным буртиком. В нём вырезаны лыски. В самом корпусе колпака выточена прямоугольная направляющая. В процессе сборки производится вращение оправки, которое позволяет надёжно закрепить устанавливаемую деталь. Такая конструкция позволяет производить быструю смену инструмента. В отдельных конструкциях предусмотрен специальный механизм крепления. Он предусматривает не только вращательное, но и поступательное движение.

При необходимости концы шпинделей оснащаются коническим хвостовиком. На его конце закрепляется элемент обрабатывающего инструмента. Он крепится в шпинделе с помощью фланца. Применение различных механизмов и способов крепления позволяет производить надёжную установку инструмента, центровку и балансировку.

Все шпиндельные изготавливаются из конструкционной легированной стали. При выборе материала учитывают характеристики станка, требования к шпиндельной головке, условия эксплуатации. Например, износостойкости фланцев, салазок, сухарей, самого корпуса и так далее. Особое внимание уделяется выбору подшипников.

Для изготовления шпиндельных улов, применяются инструментальные легированные стали. Наиболее часто используемыми являются следующие марки: Ст45, Ст40Х, 20Х. Они могут заменяться аналогами, как отечественными, так и зарубежными.

Многие характеристики обрабатывающих агрегатов зависят от применяемой последовательности размещения крепежных опор шпиндельного узла на станине.

В современных станках используют три схемы расположения таких опор.

В первой предусмотрены две опоры. Одна является передней, вторая задней. С помощью передней опоры осуществляется осевая и радиальная установка узла. Она получается достаточно сложной в изготовлении и требует тщательной настройки. Задняя опора выполняется динамически плавающей. Это производит демпфирование возникающей линейной деформации всего узла. Особенно явно она проявляется в результате нагрева.

Такая конструкция шпиндельного узла широко применяется при креплении шпинделя в токарных станках средних размеров, сверлильных и фрезерных аппаратах. Горизонтально-расточной станок имеет данную схему. Для увеличения скорости вращения вместо упорных подшипников применяют радиально-упорные. Они позволяют стабилизировать вращение шпинделя и снижаю нагрев.

Во второй схеме опорные подшипники шпинделя располагают в задней опоре. Это позволяет упростить конструкцию и снизить нагрев всего узла. Однако приводит к росту температурных деформаций. Она применяется в шлифовальных станках.

Третья схема является наиболее универсальной. Такая шпиндельная система обладает более высокой надёжностью за счёт повышенной жесткости. При всех её достоинствах она обладает общим недостатком. Для неё требуется проводить регулировку натяжения подшипников раздельно. В результате снижается скорость перемещения узла. Для сверлильного станка чертёж выполняется по схеме с изменением длины подачи. Для увеличения быстроходности и снижения температурных деформаций современные разработчики уменьшают расстояние между опорами на сколько это возможно. Однако маленькое межопорное расстояние ограничивает номенклатуру обрабатываемых деталей. Эту схему применяют в станках средних размеров, которые предназначены для обработки деталей небольших размеров.

Принцип работы

Шпиндельные узлы осуществляют два вида движения: вращательное и поступательное. Для определённой категории агрегатов предусмотрено одновременное применение обоих видов. Например, сверлильные, токарные, расточные, фрезерные в процессе обработки одновременно производят вращение детали (режущего инструмента) и осуществляют подачу к месту обработки.

Шпиндельные узлы станков выполняют одинаковую функцию. Все шпиндельные узлы металлорежущих станков имеют схожую конструкцию.

Принцип действия этого узла основан на получении вращательного движения от двигателя и обеспечении вращения режущего инструмента или заготовки. Способы передачи крутящего момента, крепления детали или инструмента зависят от принятой кинематической схемы.

Типы шпиндельных узлов

Эти узлы классифицируются следующим образом:

  • типу привода;
  • виду и количеству опор;
  • связи с приводом;
  • типу отверстия;
  • конструктивному исполнению ШУ;
  • способу закрепления заготовки, обрабатывающего инструмента, дополнительной оснастки;
  • марки используемой стали;
  • размерам всего агрегата;
  • количеством одновременно закреплённого инструмента;
  • способам смазки.

Шпиндели и шпиндельные узлы приводятся в движение с помощью ременной или зубчатой передачи. Выбор способа привода, а следовательно конструкция шпиндельного узла, определяется необходимой скоростью вращения, передаваемой мощности, кинематической схемой станка.

Ременные передачи обеспечивают плавный ход, снижают динамические нагрузки, обеспечивают передачу вращения на большие расстояния между двигателем и шпинделем, не требуют постоянной смазки.

Зубчатая передача достаточно компактна, способна обеспечить постоянное передаточное отношение, больший крутящий момент.

Шпиндельный узел токарного станка установлен на две опоры. У агрегатов, предназначенных для изготовления крупногабаритных и массивных деталей, дополнительно устанавливают третью опору. Жесткость конструкций зависит от системы крепления и расстояния между ними. Применение третьей опоры вызвано необходимостью обеспечить дополнительную жёсткость крепления заготовки и демпфирования возможной нестабильности колебаний.

В станках, предназначенных для выполнения большого числа операций, концы шпинделей выполнены в форме цилиндра. В каждом из них размещается скалка, которая свободно перемещается вдоль продольной оси. Она заканчивается отверстием, выполненным на конус.

Фрезерные станки снабжены оправкой, которая крепится специальной тягой. Вращение передается приспособлениями, которые называются сухарями. При установке режущего инструмента их наконечник помещается в специальные пазы.

Все обрабатывающие агрегаты, предназначенные для проведения прутковых работ, оснащаются шпинделем, внутри которого располагается механизм. С его помощью производится надёжная фиксация и подача заготовки к месту обработки.

У шлифовальных станков наконечник шпиндельного узла снабжён хвостовиком. Его выполняют в форме конуса. К нему закреплена планшайба. На неё при помощи фланца крепится шлифовальный круг. Фланец имеет специальный паз, в который монтируются подвижные сухари. С их помощью производят балансировку круга.

В шпиндельных устройствах применяются два типа подшипников:

  • шариковые (устанавливаются в быстроходных малонагруженных агрегатах);
  • роликовые (в средних и тяжелых станках, где необходимо обеспечить повышенную жесткость).

В некоторых типах станков (например, агрегаты шлифовальные, расточные, для присадочного станка) используются гидродинамические подшипники. Они обеспечивают успешную работу узла при небольших изменениях скорости вращения в условиях небольших нагрузок.

Для обеспечения хорошей подвижности и легкости работы применяют способы подачи смазки трёх типов:

  • проточная под давлением (циркуляция обеспечивается специальным насосом);
  • система смазывания созданием так на «масляного» тумана;
  • применение густой консистенции.

Все системы обеспечивают хорошую смазку и сохранение температурного режима.

Первый способ обеспечивает надежность поступления масла в зону смазки. Это происходит благодаря насосу. Под давлением происходит качественный отвод тепла. Второй позволяет более равномерно распределять масляную жидкость, но может обеспечить только незначительный отвод тепла от вращающихся деталей. Кроме этого при нарушении герметизации в сальниках манжетах может произойти выброс воздушно масляной смеси.

По количеству одновременного закреплённого инструмента станки подразделяются на аппараты с одним узлом крепления и несколькими. Например, токарный станок марки ИТ 42 имеет револьверную головку с восемью элементами крепления.

Шпиндельный узел токарного станка: моделирование диагностических ситуаций

Шпиндельный узел токарного станка и его техническое состояние напрямую влияет на стабильность показателей качества поверхности деталей, обрабатываемых на токарных станках. Особое влияние имеет передняя опора шпинделя, которая в наибольшей степени испытывает воздействие динамических составляющих силы резания.

При эффективном диагностировании технического состояния станка и своевременных профилактических мероприятиях затраты на его техническое обслуживание и ремонт, достигающие 6-8 % совокупных производственных затрат, могут быть сокращены на 20-25 %. Таким образом, разработка методик и средств диагностирования технического состояния (особенно его экспресс-оценки) наиболее важных узлов станка, в первую очередь шпиндельных узлов токарного станка, является важной и актуальной научно-технической задачей.

С точки зрения информативности диагностических сигналов о техническом состоянии узлов станка, наиболее предпочтительны спектральные характеристики (СХ), так как они позволяют не только оценить техническое состояние конкретного узла, но и дать заключение о состоянии его элементов. Однако традиционные методики предполагают использование набора эталонных спектров (образов) Дефектных узлов, что связано с необходимостью обширных предварительных экспериментальных исследований. Кроме того, методики обработки СХ (анализ огибающих, вычисление эксцессов, кепстров и т.д.) достаточно сложны для практической реализации. Они не позволяют учитывать режимы функционирования станка, что снижает информативность и достоверность диагностирования его технического состояния.

Анализ динамических характеристик токарных станков показал, что они представляют собой сложную нелинейную систему взаимосвязанных элементов и узлов с упруго-диссипативными перекрестными связями и воздействием неконтролируемых динамических возмущений.

Для выявления узлов токарного станка, техническое состояние которых наиболее существенно влияет на показатели процесса обработки, создана обобщенная структура динамической системы механического узла, учитывающая следующие факторы: инерционные массы вращающихся валов и движущихся элементов; жесткость опор валов и ходовых винтов; жесткость элементов, передающих движение (зубчатых зацеплений, направляющих), а также износ элементов, т. е. отклонение от их нормального технического состояния. При этом динамические возмущения представляют в виде обобщенного вектора F = W[G(∆)], где W — оператор преобразования; G(∆) — функция, описывающая проявление дефектов элементов узла в параметрах его структуры; ∆ — износ элементов узла.

Динамические возмущения, воздействуя на инерционную массу этой структуры (корпус), вызывают возникновение в ней вибраций. Контролируемой величиной в данном случае является суммарный уровень вибраций, представляемый в виде обобщенного вектора Z = V[F], где V — оператор преобразования. Тогда можно записать Z = V = P[G(D)], где P — оператор преобразования.

Таким образом, задача оценки технического состояния станка в общем виде сводится к нахождению оператора Р, который позволяет по результатам измерений вибраций Z определить эксплуатационный ресурс элементов диагностируемого узла.

Для конкретизации постановки задачи примем следующее допущение: спектр контролируемого вибросигнала, характеризуемый в общем случае сложной структурой, имеет конечное множество составляющих, которому поставлено в соответствие множество состояний диагностируемого узла. В этом случае задача сводится к тому, чтобы по результатам сравнения измеренного спектра вибросигналов с определенными диагностическими признаками идентифицировать техническое состояние узла станка.

В основу диагностической модели станка положена известная модель динамических связей его основных элементов, учитывающая качественные и количественные показатели процесса обработки, а также входные и возмущающие воздействия (рис. 1). Здесь показаны следующие параметры: fшу(t) и fсп(t) — внутренние динамические возмущения; t — текущее время; ωш(t) и uсп(t) — частота вращения шпинделя и скорость подачи суппорта; Zшу(t) и Zсп(t) — измеряемые уровни вибрации; ∆xш(t), ∆xp(t) и ∆xз(t) — амплитуда вибраций соответственно шпинделя, резца и неравномерной поверхности заготовки.

Рис. 1. Структура диагностической модели токарного станка

Шпиндельные узлы станков с ЧПУ

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Шпиндельный узел является одним из основных элементов несущей системы станка, во многом определяющим его жесткость, точность и виброустойчивостъ. В технической литературе достаточно хорошо изложены методики расчета динамических и статических характеристик шпиндельных узлов, широко растиражировано программное обеспечение для их расчета, что позволяет конструктор) при проектировании оптимизировать необходимые параметры и выбирать лучший вариант шпиндельного узла.

Однако в литературе совершенно недоста точно уделено внимание вопросам конструирования отдельных элементов шпиндельного узда. При проработке конструктивных особенностей шпиндельного узла и, в первую очередь, его опор возникает ряд трудностей, которые определяются отсутствием доступной информации в нужном объеме

Цель работы: изучить шпиндельные узлы станков с ЧПУ

В качестве приводного двигателя в станках с ЧПУ обычно применяются регулируемые двигатели постоянного и переменного тока. Последние проще по конструкции и обладают большей надежностью в виду отсутствия щеточных узлов (особенно в области высоких частот вращения, которые требуются для главного движения). Диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью ограничен величиной 3. 5 (в последних моделях двигателей 6. 8), что требует, как правило, применения в приводе главного движения механических устройств (коробок скоростей) и диапазоном регулирования числом ступеней скорости 2,3 или 4. При этом (особенно в широкоуниверсальных станках) иногда закладываются значительные перекрытия отдельных диапазонов регулирования при переключении передач, что обеспечивает полную обработку детали определенного диаметра без переключения диапазонов в коробке в процессе обработки.

На шпиндель действуют нагрузки, вызываемые силами резания, силами в приводе (ременном, зубчатом), а также центробежными силами, возникающими от неуравновешенности вращающихся деталей самого шпиндельного узла, приспособления и заготовки. Проектирование узла включает: выбор типа приводного элемента, опор, устройств для их смазывания и защиты от загрязнений; определение диаметра шпинделя, расстояния между опорами и разработку конструкции всех элементов.

Современные виды шпинделей.

На современном рынке доступно большое количество шпинделей. Системы охлаждения, технология приведения в движение ротора, способ фиксации режущего инструмента и регулирования питания мотора тоже может отличаться. Поэтому лучше всего классифицировать все шпиндели, доступные в продаже, по типу обрабатываемых материалов. Возможности каждого устройства обусловлены их техническими характеристиками.

Шпиндели мощностью 0,8 кВт применяются для обработки ювелирных изделий, для создания гравировок, порезки пластиковых деталей до 5 мм толщиной,

Высокоскоростные шпиндели мощностью от 1,2 кВт могут используют с качественными твердосплавными фрезами для обработки металлических изделий. Для работы с тонкими прочными фрезами всегда используются шпиндели со скоростью вращения 30 000 об/мин.

Шпиндели мощностью 1,5 кВт используются для обработки сувениров, создания неглубоких фрезеровок на латунных и алюминиевых предметах

Шпиндели на 4 кВт применяются при резке твердых материалов.

Классификация шпинделей приведена в таблице 1.

На долю упругих перемещений устройств, крепления инструмента или детали приходится 30. 50 % общей деформации. Например, на токарном станке со шпинделем диаметром d — 110 мм деформация распределялась следующим образом: 16 % шпиндель; 28 % опора; 36 % кулачковый патрон. Деформация шпиндельного узла многоцелевого станка с диаметром шпинделя 80 мм распределялась: 37 % шпинделя с опорами; 11 % оправки; 52 % конического соединения шпинделя с оправкой.

Достигнутая статическая жесткость составляет (4. 5)d Н/мкм (d в мм). Статическая жесткость сильно зависит от диаметра d шпинделя (в четвертой степени), длины консоли а конца шпинделя (в третьей степени) и мало зависит от расстояния b между опорами, причем увеличение b сверх оптимального значения лучше, чем его уменьшение. Назначение размеров шпинделя (диаметров, длины переднего конца) производится с учетом силовых и скоростных характеристик станка. Статистические данные позволяют практически однозначно связать размеры переднего конца с основным размером станка. Принятые соотношения диаметра шпинделя и основного размера станка приведены ниже:

Шпиндельные узлы металлорежущих станков

Виды опор шпинделей. В шпиндельных узлах металлорежущих станков в качестве опор шпинделей применяют следующие виды подшипников (рис..1): а) подшипники качения; б, в) подшипники скольжения с жидкой смазкой б) — гидродинамические, в — гидростатические); г) подшипники с газовой смазкой; д) активные магнитные подшипники.

Рис. 1. Основные виды опор шпинделей:

а — подшипник качения; б — гидродинамический подшипник скольжения; в — гидростатический подшипник скольжения; г — подшипник с газовой смазкой; д — активный магнитный подшипник

Подшипники с жидкой и газовой смазкой занимают прочное место в тех станках, к которым предъявляются экстремальные требования по точности, быстроходности или несущей способности. Активные магнитные подшипники (наиболее быстроходные) находятся на начальной стадии промышленного развития. Преобладающим видом опор шпинделей являются подшипники качения (ПК): по различным оценкам 90 — 95 % шпиндельных узлов станков выпускают с ПК.

Подшипники качения для шпиндельных узлов станков. В большинстве современных ШУ устанавливают ПК, специально предназначенные для этих узлов (рис. 2)

а — радиалъно-упорные шарикоподшипники с текстолитовыми сепараторами;

б — радиальные двухрядные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами;

в — радиальные однорядные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами;

г — упорно-радиальные шарикоподшипники;

д — конические роликоподшипники с буртом на наружном кольце;

е — конические роликоподшипники с встроенными пружинами;

ж — конические роликоподшипники с управляемым натягом;

з — перекрестно-роликовые подшипники;

и — комбинированные (упорно-радиальные шарикоподшипники).

Критерии работоспособности ШУ. Основными показателями работоспособности шпиндельных узлов являются: быстроходность (характеризуемая «параметром быстроходности» П = dn max -10 -5 мм • мин -1 , где d, мм — диаметр шейки шпинделя в передней опоре; п тах , мин -1 — наибольшая частота вращения шпинделя); жесткость; точность; ресурс.

Погрешность ∆ вращения шпинделя — это векторная сумма всех частотных составляющих процесса смещения оси шпинделя, частота которых отлична от частоты вращения. Она непосредственно влияет на отклонение от круглости обрабатываемых деталей и опосредственно на параметры шероховатости обрабатываемой поверхности и другие отклонения формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей .

Погрешность ∆ возникает в процессе упругого взаимодействия дорожек и тел качения при вращении ПК шпинделя. Необходимо рассматривать последовательные положения оси шпинделя при его повороте с учетом погрешностей формы рабочих поверхностей деталей ПК и внешней нагрузки, т.е. квазистатический процесс.

Заключение

Шпиндель станка служит для передачи вращения обрабатываемой детали или инструменту. Шпиндели сверлильных, расточных и некоторых других станков кроме вращательного движения осуществляют одновременно поступательное движение, а шпиндел и хонинговальных станков одновременно осуществляют возвратно-поступательное движение . Шпиндель является весьма ответственной деталью станка. От точности вращения шпинделя зависит точность обработки деталей.

Шпиндель станка: что это такое и для чего он нужен

Давно занимаетесь металлообработкой или только начинаете изучать теорию? Мы поможем разобраться с базовыми навыками. В статье расскажем о шпинделе станка: что это такое, покажем фото держателя инструмента и поговорим о том, как с ним работать.

Устройство и характеристики

Обработка металла на станках получила широкую распространенность. Это и не удивительно, с появлением машинизированного оборудования значительно, в разы увеличилась производительность труда, а сам процесс изготовления металлических изделий стал намного проще – рабочие тратят меньше времени на один производственный цикл.

Создание станочного оборудования также обеспечило:

  • Более высокое качество деталей, хороший класс точности.
  • Снижение итоговой стоимости всех работ.
  • Увеличение скорости производства.

Практически ни один станок не обходится без фиксации шпинделя – что это расскажем на примере токарного аппарата. Это элемент, который отвечает за крепкую и надежную установку на одном месте заготовки. Если брать в качестве образца токаря, то он крепит металлический брусок или вал между двумя бабками, с одной из сторон которой установлен такой держатель. Вторая очень простая иллюстрация – это дрель. Здесь для того, чтобы удержать сверло или другой инструмент, тоже нужно монтировать его внутрь шпинделя.

Само слово имеет немецкое происхождение. Spindel – это веретено, то есть то, что имеет возможность вращаться в разные стороны. Конструктивно это вал. Сам термин в основном применяется в таких направлениях как станкостроение, металлообработка и деревообработка, соответственно. Это крайне важный элемент, без него не может быть представлена работа ни единого устройства. Задача детали – передавать усилие, которое генерирует электродвигатель, к обрабатываемой заготовке из металла или дерева, пластмасса. На вал крепится приспособление для центрирования и зажима данного бруска.

Объясним еще раз на простом примере, чтобы понять, что есть две основные цели – вращаться и держать заготовку. В токарном станке есть шпиндель. С одной стороны прикреплено зубчатое колесо, посредством него происходит передача усилия. Со второго края вала расположен подшипник. На него прикрепляется патрон для зажима.

Но, казалось бы, зачем еще он нужен, если можно присоединять металлический или деревянный образец непосредственно к коробке передач, редуктору? Дело в том, что эти части станка не приспособлены к повышенным вибрациям и высоким нагрузкам, они просто сломаются от них. А вот вал может стать посредником, который и принимает на себя все механические (и термические) воздействия. К тому же, на одной его стороне есть патрон, который имеет элементы крепления – резьбу, шлицы, пазы, то есть универсально подходят под конкретную цель крепежа.

Какие можно назвать особенности устройства шпинделя:

  • Крепление осуществляется с помощью подшипника качения. Это прочный узел, стандартный, но он тоже имеет различные исполнения. Например, одни могут иметь устойчивость к вибрации, другие – более дешевую стоимость. Намного лучше работают станки, оснащенные системой подачи охлаждающей и смазывающей жидкости, потому что в таком случае подшипники меньше испытывают напряжение и трение, тем самым значительно увеличивая срок годности.
  • Основное вращательное движение вал получает от асинхронного двигателя. Он устанавливается в корпусе оборудования – обычно в правой бабке. Сперва электродвигатели питались только от трехфазных источников и устанавливались непосредственно на производствах. Считалось, что они обладали более высокой мощностью. Но сейчас производят аппаратуру, которая питается от 220 В, поэтому может быть размещена и в обычных условиях – часто токарные или фрезеровочные установки стоят в гаражах и иных «домашних» постройках для личного пользования.
  • Шпиндель может получать вращательное движение напрямую от электродвигателя, но чаще – через дополнительный узел, например, ремень. Ременная передача удобна – эта деталь недорого стоит, легко крепится, а также проста в использовании, но на очень высоких оборотах она может проскальзывать. В таких случаях, когда нужна большая скорость, устанавливают зубчатые колеса, шестерни.
  • Основное крепление, которое находится с края вала, – это цанговый патрон. Это позволяет осуществить надежное крепление хвостовика любого диаметра. Практически все инструменты для резки по металлу, для сверления оснащены таким наконечником (хвостом), а если нет, то крепить приходится по внешнему краю, что намного менее надежно и допускает значительные расхождения и вибрации.
  • Очень важно при промышленном производстве – наличие системы охлаждения на токарных или фрезерных станках. Она играет большое значение – продлевает максимальный период эксплуатации, а также время беспрерывной металлообработки.
  • Самые сложные шпиндели – у аппаратуры с ЧПУ. Дело в том, что наличие пульта числового управления делает возможным изготовление деталей с максимальной точностью. Это, в свою очередь, требует минимальных вибраций. Такую качественную аппаратуру можно заказать через интернет на сайте компании https://stanokcnc.ru/. Здесь представлены качественные станки для обработки металлических заготовок.
  • Степень фиксации вала напрямую зависит от скорости вращения. Чем она выше, тем более надежно должно происходить крепление.

Принцип работы шпинделя и из чего он состоит

Практически все оборудование с данным элементом заключается в применении режущей кромки по подготовленному материалу. Конструктивная особенность вала в том, что можно производить надежную фиксацию инструмента в одном из режимов работы станка – в силовом или скоростном. Во втором случае основная задача аппарата заключается в том, чтобы в максимально короткие сроки срезать верхний слой с поверхности обрабатываемой заготовки. У скоростного принципа работы есть свои особенные черты:

  • Увеличивается производительность. Перед тем как просто выбрать высокую частоту вращения, необходимо провести измерения и занести все параметры в технологическую карту.
  • Максимальное распространение данный вариант получил в случае финишного точения или при тонкой фрезерной обработки, поскольку нужно снимать только крайне тонкий слой на высокой скорости.
  • Наиболее частый тип исполнения – это асинхронный двигатель с ременной или зубчатой передачей.
  • Но иногда элемента-посредника попросту нет. Но из-за этого нельзя давать на аппарат слишком большое усилие, это грозит перегрузкой мотора. Но это еще и существенно уменьшает минимальные размеры всей установки, поэтому технология прямого подключения применяется в различных ручных электроинструментах.

Вторая категория – силовые аппараты – имеют следующие характерные черты изготовления и эксплуатации:

  • Между резцом (сверлом) и самим крепежным устройством электрошпинделя необходимо вставлять втулки – это прокладки конической формы, которые существенно увеличивают положительные качества изделия и снижают вибрации, хорошо влияют на прочность. Их необходимо выбирать в зависимости от хвостовика – диаметра и типа.
  • Не рекомендуется подключение напрямую к мотору, так как переменная нагрузка выводит его из строя. Основной способ передач – клиноременная или с помощью шестерен.

Применение шпинделя: для чего он нужен

Для начала отметим, что сфера использования настолько широка, насколько много различного оборудования для металлообработки и обработки дерева, пластика. Если основное назначение детали заключается в том, чтобы держать оснастку, то и, соответственно, применение исходит из особенностей инструментария:

  • Каждый электроинструмент, имеющий насадку, не обходится без электрошпинделя в качестве держателя.
  • Необходим узел для фрезерных и токарных станков – они, в свою очередь, имеют очень широкое распространение, так как с их помощью можно создать многочисленные изделия.
  • Фиксация проката для его обработки – это еще одно назначение.

Но самой главной функцией остается фиксация оснастки. Причем надежность крепления такая высокая, что она позволяет достигать максимальных вращений и предельной осевой нагрузки на вал.

Классификация шпинделей по типу, размеру и диаметру

Есть различные основания для классифицирования. Первая, она же, пожалуй, основная, – это то, для какого оборудования предназначен узел. Безусловно, для разных станков и электрооборудования необходимы различные приборы.

Второй принцип различения – это типоразмер. Аппараты бывают разных размеров, предназначены для промышленного использования и частного применения. В связи с этим и расходные детали нужны самые разные – покрупнее помельче. Если вы хотите заменить шпиндель на собственном станке, то обязательно при покупке необходимо указать номер своего оборудования, название и год выпуска (могут быть разные модификации).

Ну и последняя, но не по назначению, классификация – по виду. Валы могут быть:

  • Коллекторные. Это устройство, включающее цанговый валец высокоскоростного типа. Основные сферы использования – фрезерные станки, а также операции по нанесению гравировки.
  • Специализированные на высоких оборотах. Они позволяют достигать значительной скорости металлообработки, поэтому повышается производительность. Но так как хорошее качество может быть достигнуто только при большой точности, то применяются высокоскоростные модели в основном только на оборудовании с ЧПУ. Купить такие станки можно на сайте https://stanokcnc.ru/.
  • Конструкция со встроенным охлаждением. Охлаждающая система может подавать через деталь или жидкость, или холодный воздух. Это повышает скорость резания и степень шероховатости поверхности, а трение становится меньше, поэтому и износ тоже приходит позже.

Есть и еще одна классификация – по производителю. Конечно, европейское изготовление более предпочтительно, чем китайское. В Европе часто используют фарфоровые подшипники, которые дают очень положительные качества работы.

Выбор типа шпинделя

Теперь представим конкретные разновидности, отметим их достоинства и характерные черты. Их следует учитывать при подборе детали.

Со встроенным электромотором (электрошпиндели)

  • Способствуют развитию очень высоких скоростей. При стандартных 18 000 – 24 000 оборотов в минуту, некоторые модели могут поддерживать и рабочие 120 тысяч об/мин.
  • Очень хорошо режут на больших скоростных режимах.
  • Имеют ограничения в нагрузках – оно продиктовано использованием небольших шариковых подшипников.
  • Не приспособлены для обратного хода. Отсутствие такой функции сильно затрудняет создание некоторых элементов, например, нарезку резьбы.
  • В качестве фиксаторов наиболее часто применяются конусы или цанговые зажимы.

Механические с внешним приводом

  • Имеют дело с намного меньшими скоростями. Стандартном можно считать от 300 до 8 000 оборотов в минуту. Это обусловлено тем, что довольно трудно привести в движение все подшипники, шестерни и прочие передающие движение элементы
  • Жесткость и нагрузочная способность больше. Почему? потому что можно использовать не только шарикоподшипники, но и более устойчивые – роликовые. Так что такое оборудование может быть использовано даже для силовой фрезеровки титана или других прочных металлов.
  • Есть обратная связь – при условии установки мотора с энкодером.
  • Применяются инструментальные конусы вместо цанг – последние не отвечают требованиям по жесткости фиксации.

Выбор вида охлаждения

Охлаждать зону вращения требуется, чтобы увеличить срок эксплуатации. Есть два типа.

Водяное (жидкостное)

  • Они очень тихие – жидкость поступает почти бесшумно. Но при этом есть еще один громкий звук от движения крыльчатки.
  • Наличие контура, которые включает систему трубок, емкость, помпу. Нужно постоянно контролировать подачу влаги и ее температуру.
  • Может работать на низких оборотах.

Воздушное

  • Сильный и не самый приятный звук.
  • Может происходить разлет стружек под воздействием струи воздуха.
  • Необходимо с одинаковыми промежутками заниматься прочисткой рубашки, где забиваются частички металла.
  • Требуется очень тщательно следить за температурой, идеально – установить датчик с сигналом, потому что весь аппарат очень чувствителен к перегреву.

В результате рекомендуем применять воздушный вариант при работе с мягкими материалами, но когда заготовка из прочного металла, лучше применять жидкостное охлаждение.

Выбор скорости и мощности

Параметры напрямую зависят от того – как и что нужно резать. Алгоритм определения режима приблизительно такой:

  • Оценивается твердость материала и поставленная задача (сверление, пазы, разрезание и пр.).
  • Выбирается фреза.
  • Под инструмент и процедуру подстраивается диапазон скоростей.
  • Отсюда – максимальное и минимальное вращение.

Как изготовить своими руками шпиндель по картинке

Если вы не боитесь самостоятельно создать изделие по готовым образцам из интернета. Для этого обычно требуются точные расчеты и наличие токарного оборудования. Приведем пример чертежа с размерами:

Обслуживание

Основные требования к эксплуатации:

  • Своевременная очистка от стружки или система стружкоотведения.
  • Оснащение охлаждением зоны резания.
  • Подбор и фиксация хвостовика по размерам.
  • Нельзя вставлять сломанный инструмент.
  • Устраняем излишнюю вибрацию.

Мы рассказали об одной из наиболее важных частей станка. Будьте внимательны при выборе и использовании.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector