книги из ГПНТБ / Якобсон, Михаил Осипович. Технология станкостроения

Таблица 39

Контроль обработки корпусных деталей

219

220

Одноосность отверстий

Проверка при помощи гладких оправок, свободно

промежуточное кольцо

Расстояние между осями отверстий

Проверка при помощи микрометрического или ин­ дикаторного прибора и конт­

рольных валиков

0,01

Параллельность осей отверстий

Измерение микрометрами, штангенциркулями, индика­ торными и микрометриче­ скими приборами расстояний между осями в двух местах контрольных оправок, встав­ ленных в отверстие по длине

5ио мм

0,01

Параллельность осей отвер­ стий в плоскостях, перпенди­ кулярных к плоскости, про­ ходящей через оси

Измерение щупом разно­ сти расстояний от платиков 1 и 2 до контрольной оп­ равки с двух сторон на длине 500 мм

0,02—0,04

221

Перпендикулярность осей отверстий

Измерение щупом разности расстояний от платиков 1 и 2 приспособления до конт­ рольной оправки

0,02—0,04

222

ГЛАВА IV

ОБРАБОТКА ШПИНДЕЛЕЙ

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ШПИНДЕЛЕЙ

Шпиндель со своими опорами является одним из наиболее от­ ветственных узлов станка. Основное назначение шпинделя — пере­ дача вращательного движения изготовляемой детали или режуще­ му инструменту.

Шпиндели токарных, фрезерных, шлифовальных и других стан­ ков только вращаются в своих опорах и подвержены изгибающим и крутящим воздействиям. В станках других типов (сверлильных, расточных, резьбонарезных) шпиндель, кроме вращательного дви­ жения, получает одновременно и поступательное перемещение — движение подачи; эти шпиндели подвержены главным образом кру­

тящим воздействиям.

Для повышения точности обработки на металлорежущих стан­

ках необходимо увеличивать статическую и динамическую жест­ кость шпинделей станков и совершенствовать как технологию их изготовления, так и монтаж шпиндельных узлов. Опорами шпинде­ лей станков являются подшипники качения и подшипники скольже­

ния.

Статические и динамические испытания шпинделей и их опор показали, что из общей деформации шпиндельного узла деформа­

ция собственно шпинделя составляет 50—70%, а деформация его

опор 30—50%. Подобные соотношения между деформациями шпин­ деля и его опор встречаются у шпинделей, установленных на под­ шипниках скольжения и на подшипниках качения.

Наибольшее применение, особенно в станках общег^) назначе­ ния, получили подшипники качения, в том числе и повышенных классов точности, допускающие на рабочих поверхностях шпинде­ лей высокие окружные скорости (16—18 м/сек). Подшипники сколь­ жения обычной конструкции работают надежно только при скоро­ стях, не превышающих 10 м/сек-, при скоростях свыше 10 м/сек и подшипниках скольжения, имеющих форму цельной или разрезной втулки, резко возрастают потери на трение и уменьшается к. п. д. механизма привода станка.

Применение шариковых подшипников в станках, работающих при высоких числах оборотов шпинделя, ограничено из-за воз­ можности возникновения вибраций вследствие ударных импульсов

224

шариков. Подшипники скольжения не только не являются источ­ ником вибраций, но в известной мере способны гасить вибрации, возникающие при передаче вращения от зубчатой передачи к шпин­

делю. Трение, возникающее между поверхностями скольжения в

паре шпиндель — подшипник, оказывает демпфирующее влияние.

Поэтому подшипники скольжения широко используются в качестве опор для шпинделей шлифовальных и алмазно-расточных станков,

а также тяжелых токарных станков.

Применение многоблочных подшипников, способных самоуста-

навливаться соответственно линии прогиба шпинделя, обеспечивает

фиксирование шпинделя при работе станка в определенном поло­ жении. Это обеспечивает большую надежность в работе шпинделей и получение высокой чистоты обработанной поверхности.

Шпиндели особо точных шлифовальных станков последних мо­

делей, обеспечивающие точность обработки в пределах 0,5—1 мк, устанавливаются на роликовых подшипниках.

Шпиндели прецизионных станков (координатно-расточных, ал­

мазно-расточных и шлифовальных) работают в сложных условиях.

Шпиндели координатно-расточных станков вращаются с числом оборотов, изменяющимся в широком диапазоне — от 30 до 2000— 3000 в минуту. Вследствие высоких требований к точности обработ­ ки на этих станках радиальное и осевое биения шпинделя не долж­

но превышать 1 мк. Чтобы тепловые деформации шпинделя не по­ влияли на точность работы станка, температура подшипников шпинделя работающего станка не должна более чем на 10° превы­ шать температуру окружающей среды.

Шпиндели алмазно-расточных станков предназначены для рабо­ ты с малыми сечениями стружки при высоких числах оборотов.

Скорости резания при обработке на алмазно-расточных станках до­ стигают 1000 м!мин и более. Если для растачивания применяют ин­ струмент, оснащенный твердым сплавом, то скорость резания не­

сколько снижается (300—600 м/мин). Шпиндель алмазно-расточных

станков должен обладать виброустойчивостью, так как при вибра­ ции алмазные резцы и резцы, оснащенные твердыми сплавами,

скалываются и очень быстро разрушаются.

Шпиндели универсальных станков для наружного и внутреннего шлифования, несущие обрабатываемые детали, должны обладать большой жесткостью, определяющей точное и стабильное положе­

ние шпинделя в опорах. Скорости их вращения небольшие, обычно в пределах 30—300 об/мин. но могут достигать и 1000 об/мин.

На шлифовальных станках в конструкциях шпинделей для аб­ разивных кругов стремятся не применять резьбы, которые могут вызвать деформации шпинделя при его монтаже. На круглошлифо­ вальных и плоскошлифовальных станках шпиндели для абразив­ ных кругов диаметром 125—600 мм вращаются с большими ско­ ростями— от 5000 до 10 000 об/мин, поэтому они должны быть виброустойчивыми, а температура нагрева подшипников должна быть низкой.

устойчивостью. Подобные шпиндели монтируют на гидростатиче­ ских подшипниках. В этих подшипниках шпиндель не имеет непо­ средственного контакта с подшипником. Во время работы станка давление масла, поступающего в гидростатический подшипник, со­ ставляет 120—240 кг!см?.

В конструкции шпинделя должно быть выдержано целесообраз­ ное соотношение между размером шпинделя и размером подшипни­ ка. Чем больше диаметр шпинделя, тем большей жесткостью он обладает и может в известной степени гасить вибрации, однако долговечность подшипника при высоких числах оборотов, тем больше, чем меньше его размер.

Отверстие в шпинделе влияет на его жесткость. Если отношение

мало (d — диаметр отверстия в шпинделе, D — диаметр шпин­

деля), то жесткости полого и сплошного шпинделей мало отлича­ ются друг от друга. При — « 0,7, жесткость полого шпинделя при­

мерно на 25% меньше жесткости сплошного шпинделя. При даль-

d

неншем возрастании — жесткость полого шпинделя резко сни­

жается.

По технологическим особенностям шпиндели станков можно разделить на: 1) имеющие установочные пазы в торце головки шпинделя и не имеющие их; 2) со шлицами и без них; 3) имеющие фланец на головной части шпинделя и гладкие шпиндели без фланца.

Эги особенности шпинделей, а также требования, предъявляе­ мые к точности их изготовления, определяют способ получения за­ готовки и технологический маршрут их изготовления. Обработка шпинделя — процесс сложный и трудоемкий; в некоторых случаях число операций превышает 40.

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШПИНДЕЛЕЙ

Материалы. Общие соображения по выбору материала для

шпинделя станка в зависимости от условий его работы пред ставлены в табл. 40.

Для шпинделей токарных, револьверных и фрезерных станков, устанавливаемых на опорах качения и предназначенных для лег­

226

кой шеек (/?с = 40 4- 50), а для тяжелых условий работы — из ста­ ли 40Х или 20Х с термической обработкой шеек (7?с = 56 ч- 62).

Для шпинделей токарных станков, предназначенных для сред­ них условий работы, применяют также и высокопрочный (магние­ вый) чугун, который по прочности не уступает стали. Подобные полые шпиндели получают центробежным литьем в металлические

формы.

Шпиндели прецизионных станков изготовляют из стали 12ХН2;

= 66 -н 68. По мере удаления от поверхности твердость снижается:

глубина азотированного слоя составляет 0,3—0,4 мм. После азо­ тирования диаметр шпинделя увеличивается на 0,05—0,1 мм. При азотировании шпинделей в шахтных печах в свободно подвешен­

ном состоянии искривления геометрической оси шпинделей обычно не происходит. Из азотируемой стали изготовляют шпиндели шли­ фовальных станков английской фирмы A. A. Jones and Shipman;

твердость после закалки с = 68.

Английская фирма Churchill изготовляет шпиндели внутришли-

фовальных станков из стали, содержащей 0,8—1,0% С, 0,5—0,6%

Мп и 1,0—1,2% Сг; твердость 7?с = 54 ч- 56. Шпиндели внутришли-

фовальных станков фирмы Wagner (ФРГ) изготовляют из стали,

содержащей 0,7—1,0% Сг и 1—1,5% W.

Пустотелые шпиндели больших размеров для крупных станков изготовляют из серого чугуна СЧ 21-40, СЧ 15-32, модифицирован­

ного чугуна и лишь в исключительных случаях — из стального литья.

Заготовки. Заготовками для шпинделей станков являются главным образом поковки, прутковый материал и трубы. Заготовки

для шпинделей в крупносерийном производстве изготовляют путем горячей высадки на горизонтально-ковочных машинах.

На фиг. 169 показана заготовка для шпинделя токарно-вин­ торезного станка, полученная горячей высадкой на горизонтально­

ковочной машине. При этом методе получения заготовки шпинде­ ля по сравнению со свободной ковкой расход металла уменьшился на 20% и трудоемкость токарной обработки шпинделя сократилась на 30%. Коэффициент использования металла составляет 0,5.

В крупносерийном производстве заготовки стальных шпинде­ лей можно получить ковкой на ротационно-ковочных машинах; ковка осуществляется в горячем состоянии. Полученные поковки обладают высокой точностью, что позволяет не только повысить коэффициент использования металла до 0,8, но и значительно сни-

22«