4.2 Привод главного движения. Шпиндельные группы

Привод главного движения предназначен для вращения шпинделя с заготовкой или инструментом. В состав привода входят двигатель привода главного движения, коробка скоростей или переключений, приводной вал которой соединяется с двигателем посредством муфты, и шпиндельный узел (головка). Из-за конструктивного объединения в станках с ЧПУ привода и шпиндельного узла его часто называют шпиндельной группой.

Главное отличие шпиндельной группы станка с ЧПУ от привода главного движения универсального станка заключается в уровне автоматизации выполнения основных и вспомогательных функций. В станках с ЧПУ по программе обеспечивается смена скорости вращения шпинделя, останов его в заданном ориентированном положении для смены инструмента, зажим и разжим инструмента или заготовки.

Для привода главного движения требуется регулирование примерно с постоянной мощностью, так как силовое резание выполняется при меньших частотах вращения шпинделя, а при чистовой обработке необходима большая частота вращения, но малые силы.

Широко используются автоматические коробки скоростей (АКС). С помощью АКС производятся все операции управления главным приводом по программе, задаваемой устройством ЧПУ,— пуск, торможение, реверсирование, регулирование частоты вращения. АКС имеет шесть электромагнитных муфт, подключение которых в определенной последовательности позволяет получить девять частот вращения шпинделя.

Передача вращения от электродвигателя к коробке скоростей и от коробки скоростей к шпиндельной бабке осуществляется ременной передачей или упругой муфтой.

В шпинделе станков с ЧПУ размещают устройство для автоматического закрепления инструмента или автоматический патрон для закрепления детали. Конструкция шпиндельного узла многооперационного станка показана на рис. 4.2.

4.2.1 Требования к приводу главного движения:

Привод главного движения должен обеспечивать:

широкий диапазон регулирования, чтобы использовать работу инструмента на предельных значениях режимов резания;

использование всей мощности двигателя в большом диапазоне частот вращения;

постоянную мощность на конечном элементе независимо от скорости вращения,

высокую равномерность движения при разных нагрузках на всех скоростях;

жесткую механическую характеристику;

малое время переходных процессов;

высокое быстродействие при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения;

возможность автоматической смены скорости вращения под нагрузкой или в процессе настройки;

минимальные габариты при высоких значениях крутящего момента и мощности;

высокую экономичность и малую стоимость.

Совмещение всех требований в одном приводе невозможно. Поэтому необходимо исходить из конкретных условий.

Для обеспечения высокой точности, снижения вибраций шпиндельные узлы собираются на высокоточных шариковых и роликовых подшипниках. Выбор класса точности подшипника определяется допуском на биение исполнительных поверхностей шпинделя, который зависит от требуемой точности обработки. Обычно в передней опоре используют более точные подшипники, чем в задней.

Р исунок 4.3 - Шпиндельные опоры станков с ЧПУ

Особую группу составляют шпиндели на гидростатических подшипниках, обеспечивающих высокую жёсткость и точность. Преимущественная область применения шпинделей с гидростатическими подшипниками – прецизионные станки, шлифовальные станки, работающие периферией круга.

Типовые конструкции шпиндельных опор приведены на рис. 4.3.

Шпиндельные узлы, приведенные на рис. 4.3,а, предназначены для токарных, фрезерных, шлифовальных и многоцелевых станков с ЧПУ В передней опоре установлены два подшипника, двухрядный роликовый подшипник с конусным отверстием во внутреннем кольце и упорно-радиальный сдвоенный подшипник с углом контакта 45°. Оба подшипника передней опоры работают с некоторым натягом. Натяг в роликовом подшипнике достигается за счет осевого смещения внутреннего кольца 8 вдоль шпинделя. В исходном свободном состоянии между беговыми дорожками колец 8 и роликами имеется радиальный монтажный зазор 0,03—0,06 мм. При смещении вправо вдоль шпинделя 1 внутреннее кольцо 8 растягивается на конусе шпинделя, монтажный зазор уменьшается и в подшипнике появляется натяг. Положение подшипника на шпинделе фиксируется дистанционным кольцом 11. Упорно-радиальный подшипник воспринимает осевые нагрузки.

В шпиндельном узле, приведенном на рис. 4.3,б, использован в задней опоре конический роликоподшипнике широким наружным концом, а в передней опоре двухрядный конический роликоподшипник с буртом на наружном кольце. Опоры такого типа применяют в конструкции средних и тяжелых токарных и фрезерных станков. Шпиндельные узлы, показанные на; рис. 4.3,в предназначены для высокоточных высокоскоростных токарных, фрезерных и шлифовальных станков.

В шпиндельные опоры устанавливают подшипники самых высоких (2-го и 4-го) классов точности. Собранный шпиндельный узел благодаря высокой точности шпинделя, расточек корпуса шпиндельной бабки, подшипников, втулок и гаек имеет высокую выходную точность, определяемую обычно радиальным биением оправки, установленной в отверстие шпинделя, осевым биением шпинделя; радиальным биением посадочного пояска шпинделя; торцовым биением опорного бурта шпинделя.

П одшипниковые узлы станков с ЧПУ должны позволять создать предварительный натяг. Предварительный натяг осуществляется различными способами, в радиально-упорных шарикоподшипниках и конических роликовых подшипниках при парной установке предварительный натяг получают регулировкой во время сборки, а в радиальных шарикоподшипниках — смещением внутренних колец относительно наружных. На рис. 4.4 представлены конструктивные способы создания предварительного натяга шарикоподшипников вследствие сошлифовывания торцов внутренних колец (рис. 4.4,а), установки распорных втулок между кольцами (рис. 4.4,б), применения пружин, обеспечивающих постоянство предварительного натяга (рис. 4.4,в). На рис. 4.4,г показан способ создания предварительного натяга вследствие деформации внутреннего кольца при установке его на конической шейке шпинделя в роликоподшипниках с цилиндрическими роликами.

Для привода главного движения необходимо использовать максимальную мощность для обеспечения необходимых скоростей резания, поэтому неизбежным оказывается наличие коробки передач. Если диапазон частот вращения шпинделя велик, коробки передач получаются сложными.