2.3 Шпиндели и их опоры

Шпиндель — одна из наиболее ответственных деталей станка. Он передает вращение закрепленному в нем инструменту или обрабатываемой заготовке.

В качестве основного материала для шпинделей применяют среднеуглеродистую конструкционную сталь 45 с последую­щим улучшением (закалкой с высоким отпуском до твердости HRC 22—28). При повышенных требованиях к шпинделю и необ­ходимости обеспечения высокой твердости его поверхности приме­няют сталь 4OX с закалкой и отпуском до HRC 40—50. При особо высоких требованиях к поверхностной твердости шеек шпинделя применяют малоуглеродистые стали типа 2OX с последующей цементацией, закалкой и отпуском до HRC 56—62. Для слабо-нагруженных шпинделей особо точных станков применяют сталь 35ХМЮА, которую подвергают азотированию с последующей закалкой и отпуском до HV 850—1000. Для шпинделей тяжелых станков применяют марганцовистые стали типа 50Г2 с последующей нормализацией или закалкой и высоким отпуском до HRC 28—35. Для изготовления полых шпинделей большого диаметра иногда целесообразно применять серый или высокопрочный чугун с шаро­видным графитом в литой структуре.

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.

Несмотря на большое разнообразие конструктивного оформ­ления шпиндельных узлов, существует несколько основных конструктивных схем шпиндельных узлов на опорах качения в станках малых и средних размеров. Большим распространением пользуются шпиндельные узлы, в опорах которых применяются Двухрядные роликовые подшипники с коническим отверстием внутреннего кольца (серия 3182100). На этих подшипниках мон­тируют шпиндели токарных, фрезерных, расточных и других станков.

Шпиндельный узел токарно-винторезного станка 1К62 с роли­ковым подшипником серии 3182100 в качестве передней опоры показан на рис. 18. При осевом перемещении внутреннего кольца подшипника коническая шейка шпинделя деформирует кольцо, и его диаметр увеличивается. При этом устраняются радиальные зазоры между роликами и кольцами и создается предварительный натяг.

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.

Большое распространение в станках, в частности шлифоваль­ных, получили многовкладышные подшипники. Двухвкладышные подшипники (рис. 20, а) шпиндельных опор имеют один непод­вижно закрепленный вкладыш 4; второй вкладыш 3 является подвижным и поджимается либо пружиной 1 , либо давлением масла, подаваемого насосом под поршень 2. У трехвкладышного подшипника

Рис. 18. Шпиндельный узел станка 1К62

(рис. 20, б) вкладыши 2 и 3 закреплены неподвижно, а вкладыш 1 при помощи плоской пружины 4 постоянно поджи­мается к шейке шпинделя. Подшипники этого типа обладают невысокой несущей способностью и долговечностью. Это объяс­няется неблагоприятным расположением масляных клиньев. На рис. 20, в показан трехвкладышный подшипник с самоустанавли­вающимися вкладышами. У этого подшипника вкладыши 4 опи­раются на сферические опоры регулирующих винтов 5, что позво­ляет им занимать в процессе работы такое положение, которое способствует образованию масляного клина и исключает появление кромочного давления. Эти подшипники обладают высокой несущей способностью и жесткостью масляного слоя. Надежное уплотне­ние подшипника обеспечивается кольцами 1 и 2, прижатыми друг к другу пружиной 3.