8.Шпиндельные механизмы.

Шпиндельные механизмы состоят из шпинделя и шпиндельных опор.

Шпиндель является основной деталью станка. Шпиндель - это полый ступенчатый вал на переднем конце, которого при помощи приспособления закрепляется заготовка или инструмент.

Конструктивная форма шпинделей определяется способом крепления на нем зажимных приспособлений или инструмента, посадками элементов привода и типом применяемых опор. Шпин­дели, как правило, изготовляют пустотелыми для возможности прохода прутка, а также для уменьшения веса. Передние концы шпинделей станков общего назначения стандартизованы.

В качестве опор шпинделей станков применяют подшипники качения и скольжения. Так как от шпинделей требуется высокая точность вращения, то подшипники качения, используемые в опо­рах шпинделей, должны быть высоких классов точности. Выбор класса точности подшипника определяется допуском на биение переднего конца шпинделя, который зависит от требуемой точ­ности обработки. Обычно в передней опоре применяются более точные подшипники, чем в задней.

Подшипники скольжения, применяемые в качестве опор шпин­делей, бывают нерегулируемые (применяются редко, при практи­чески полном отсутствии износа в течение длительного срока эксплуатации), с радиальной, осевой регулировкой зазора (рис. 19), гидростатические (у которых предусматривают подвод масла под значительным давлением в несколько карманов, из которых оно вытесняется через зазор между шейкой шпинделя и подшипником) и с воздушной смазкой.

К шпинделям предъявляют следующие требования:

1. Точность вращения - характеризуется радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя. Зависит от точности изготовления и точности применяемых опор.

2. Жесткость - способность сохранять первоначальное положение под действием приложенных сил. Зависит от выбора материала.

3. Виброустойчивость - способность не воспринимать внешние колебания. Зависит от выбора материала.

4. Износостойкость - способность длительное время сохранять первоначальные геометрические параметры. Зависит от выбора материала.

Жесткие шпинделя изготавливают из стали 45 с последующим улучшением (закалка и высокий отпуск).

Износостойкие шпинделя изготавливают из стали 40Х с закалкой на ТВЧ или из стали 20Х с последующей цементацией и закалкой.

Виброустойчивые шпинделя изготавливают из стали 38ХМЮА с последующим азотированием и закалкой.

Тяжело нагруженные шпинделя изготавливают из стали 50Г2 с последующей закалкой.

Шпинделя большого диаметра можно изготавливать из серого чугуна СЧ20.

В качестве опор шпинделей применяются подшипники качения и скольжения.

Для уменьшения силы трения применяют подшипники качения различных конструкций.

Для повышения жесткости шпиндельных опор и устранения зазоров между отдельными телами качения и кольцами применяют предварительный натяг подшипников качения - осевое смещение внутренних колец относительно наружных.

Вращающиеся (внутренние) кольца подшипников нужно устанавливать с наибольшим натягом (-2.., -4) мкм; не вращающиеся (наружные) кольца - с натягом в низкоскоростных шпинделях и с небольшим зазором в высокоскоростных.

При работе шпиндельного узла главную роль играет передняя опора шпинделя. Она воспринимает основные нагрузки и находится ближе к месту обработки. Поэтому компоновка шпиндельного узла осуществляется таким образом, чтобы передняя опора имела более точные подшипники, часто сдвоенные для увеличения жесткости.