Лекция №7, 8. Шпиндельные узлы станков
Шпиндель является конечным звеном привода главного движения и предназначен для крепления инструмента или заготовки. Точность его изготовления оказывает существенное, часто лимитирующее, влияние на точность, производительность и надежность всего станка.
Шпиндельные узлы станков в соответствии с предъявляемыми к ним требованиям должны обеспечивать следующее.
1. Передачу на заготовку или инструмент расчетных режимов для заданных технологических операций.
2. Точность вращения, оцениваемую радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя:
для станков общего назначения в зависимости от класса точности станка должна соответствовать стандартным значениям
для специальных станков точность вращения зависит от требуемой точности обработки
Δ≤
,
где Δ – биение шпинделя;
ΔД – допуск на лимитирующий размер готового изделия.
3. Жесткость (радиальная и осевая), определяемая по деформации шпинделя под нагрузкой.
П
ри
этом жесткость на переднем конце шпинделя
(рис. 1), Н/мкм
,
Р – радиальная составляющая силы резания, приложенная к переднему концу шпинделя;
δ – прогиб переднего конца.
4. Виброустойчивость, определяемая амплитудой колебания переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний.
5. Минимальные тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла, так как они влияют на точность обработки и на работоспособность опор.
Таблица 1
Норма температурного нагрева
Класс точности |
Н |
П |
В |
А |
С |
Допустимая Т,ºС наружного кольца |
70 |
50-55 |
40-45 |
35-40 |
28-30 |
6. Долговечность шпиндельных узлов, которая зависит от долговечности опор шпинделя, которая в свою очередь зависит от эффективности системы смазывания, уплотнений, частоты вращения.
7. Быстрое и точное закрепление инструмента или обрабатываемой детали в шпинделе. В современных станках требуется автоматизация этой операции.
8. Минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла.
Конструкция шпинделей
Основными компонентами конструкции шпинделя являются:
тип приводного элемента шпинделя, обуславливающий максимально возможную мощность (момент) и частоту вращения;
шпиндельные подшипники (шпиндельные опоры): тип, количество, расположение, определяющие точность станка;
метод смазки;
конструктивное исполнение уплотнения;
конструкция вала шпинделя, включая тягу зажима инструмента;
корпус шпинделя: размер, тип присоединения;
Главную роль в определении функциональных достоинств и недостатков любого шпинделя играют, в первую очередь, приводной элемент и тип опор. Именно они определяют область применения шпинделя – скорости и процесс резание. Это обусловлено размерами шпинделя – маленький двигатель вынуждает жертвовать крутящим моментом ради достижения более высокой скорости, а маленькие подшипники имеют меньшую жесткость. Таким образом, необходим постоянный компромисс между скоростью резания и усилиями резания.