33.Изготовление шпинделей. Служебное назначение и технологические требования.

Шпиндель является одной из наиболее ответственных деталей металлорежущего станка. Качество обрабатываемых на станке деталей в значительной степени зависит от качества самого шпинделя. Основное его назначение — сообщать обрабатываемой детали или режущему инструменту вращательное движение с определенным числом оборотов. Шпиндели станков относятся к деталям типа валов с уступами. По конструктивной форме шпиндели можно разделить на три вида: а) шпиндели без осевого отверстия, применяемые в бабках абразивных кругов шлифовальных станков; б) шпиндели с несквозным отверстием, применяемые в сверлильных станках и многошпиндельных сверлильных головках; в) шпиндели со сквозным осевым отверстием имеющие наибольшее применение в токарных и револьверных станках различных типов, токарных полуавтоматах и автоматах, фрезерных, резьбофрезерных, шлифовальных, резьбошлифовальных и других станках. Для обеспечения стабильности положения оси вращения шпинделя необходимо в первую очередь обеспечить равенство радиусов в каждом из сечений его опорных шеек, правильность геометрической формы шеек, их относительного положения, соосность и требуемый параметр шероховатости поверхности. Для сохранения неизменности положения шпинделя в осевом направлении во время работы станка следует обеспечить с определённым допуском перпендикулярность основных опорных базирующих поверхностей по отношению к оси вращения шпинделя и соосность с последней резьбы установочных прижимных гаек. В соответствии со служебным назначением шпинделя устанавливают и технические требования к нему. Важнейшее из них – точность геометрической формы и размеров посадочных поверхностей и прежде всего опорных шеек и исполнительных поверхностей, а также допуск соостности исполнительных поверхностей шпинделя с опорными шейками. По точности шпиндели можно разделить на три группы: 1) для станков нормальной точности, 2) повышенной точности и 3) для прецизионных. Допуски овальности и конусообразности для станков нормальной точности обычно не должны превышать 50% допуска диаметральных размеров шеек, для станков повышенной точности - 25%, а для пртецизионных – 5-10%. Торцовое биение опорных фланцев относительно оси вращения шпинделя в зависимости от их диаметра для станков нормальной точности не превышает 0,006…0,008мм, а для прецизионных – 0,002-0,003 мм и меньше. Для шпинделей с резьбой, следует устанавливать допустимые отклонения от соосности резьбы с опорными шейками подшипников. В зависимости от класса точности станка параметры шероховатости колеблются: для поверхностей опорных шеек Ra=0,32…0,04мкм; для исполнительных поверхностей Ra=0,63…0,04мкм.

Материалы и способы получения заготовок для шпинделей. Технологический маршрут механической обработки.

Шпиндели изготовляются обычно из углеродистой стали марки 45, хромистой20Х, 40Х и хромоникелевой 40ХН, 12ХН2, 12ХНЗ и реже из других. Углеродистая сталь 45 применяется главным образом для шпинделей токарных, револьверных, сверлильных, фрезерных станков, работающих со средними окружными скоростями. Хромистая и хромоникелевая стали применяются для шпинделей автоматов и шлифовальных станков, работающих с большими, окружными скоростями и несущих большую нагрузку. Для изготовления пустотелых шпинделей некоторых тяжелых станков используют серый чугун СЧ 21—40.СЧ 15—32 и модифицированный чугун и в редких случаях стальное литье. Сталь 35ХЮА применяется для изготовления шпинделей тяжелых расточных и крупных круглошлифовальных станков (с азотированием опорных шеек). Заготовка для шпинделей выбирается в зависимости от размера программы и конфигурации их. Если шпиндель имеет фланец, диаметр которою значительно больше диаметра опорных шеек, то необходимо брать поковку, полученную свободной ковкой при мелкосерийном производстве, и штамповку с горячей высадкой на горизонтально-ковочной машине или ковкой на ротационно-ковочной машине при крупносерийном производстве. При отсутствии фланца у шпинделя или если диаметр его мало отличается от диаметра шеек заготовку следует брать из проката. В качестве заготовки для тонкостенных шпинделей без фланцев (шпиндели токарных автоматов и полуавтоматов) целесообразно применять трубы соответствующих размеров. Наиболее сложным является изготовление шпинделей со сквозным отверстием. Обработка таких шпинделей обычно начинается с фрезерования торцов и сверления в них центровых отверстий, которые служат технологической базой для чернового и получистового обтачивания наружных поверхностей. Такое обтачивание в настоящее время осуществляется в серийном производстве на гидрокопировальных станках за 1—2 хода. Число проходов определяется размерами шпинделя, а главное — величиной припусков на обработку. Реже для обтачивания наружных поверхностей используются многорезцовые станки. Сверление сквозного отверстия шпинделя обычно производится на специальном одно- или двухшпиндельном станке специальным перовым сверлом с пластиной из быстрорежущей стали или твердого сплава. При вращении шпинделя сверлить можно на всю длину с одной установки. Если же вращать сверло, то для меньшего его увода сверлить следует до половины длины с одного конца и вторую половину — с другого конца, т. е. за две установки с базированием по обточенным шейкам. Затем зенкеруют отверстие с переднего конца коническим зенкером на вертикально-сверлильном станке, с последующим растачиванием конического отверстия с переднего и заднего концов, с одновременным подрезанием обоих торцов на токарном станке. Затем заготовка подвергается термической обработке, которая зависит от выбранной марки стали и преследует цель повышения износостойкости поверхностей опорных шеек и других поверхностей с сохранением сырой сердцевины. Термическая обработка не должна вызывать заметных деформаций шпинделя. Применяется поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты. Сущность этого процесса заключается в кратковременном нагреве поверхностного слоя на глубину 1—3 мм металла, который подвергается закалке. Остальная часть металла не нагревается, что исключает деформацию шпинделя. Нагрев и охлаждение закаливаемых поверхностей происходят при помощи специальных индукторов. Обычно подвергаются закалке поверхности наружного конуса под патрон и конического отверстия в переднем конце. Опорные шейки закаливаются при применении подшипников скольжения. Шпиндели, изготовленные из стали 20Х, подвергаются цементации с последующей закалкой и отпуском. После термообработки окончательно растачиваются конические отверстия в переднем и заднем концах шпинделя. С базированием по переднему коническому отверстию накладного кондуктора сверлятся отверстия во фланце шпинделя с последующим нарезанием резьбы в некоторых из них. Далее в конические отверстия вставляются специальные пробки с центровыми отверстиями. Заготовку шпинделя базируют по центровым отверстиям пробок и производят окончательное обтачивание наружных поверхностей, а также обработку наружных резьб на токарном или резьбофрезерном станке. Фрезерование шлицев и шпоночных пазов также производят с помощью центровых пробок, чем достигается их параллельность оси шпинделя. Шлифование опорных шеек и наружного конуса под патрон тоже осуществляют с базированием шпинделя центровыми пробками. Шейки прецизионных станков часто после шлифования подвергают полированию или суперфинишу, получая шероховатость поверхности 10—11-го классов. Используя окончательно обработанные опорные шейки, расшлифовывают на внутришлифовальном станке переднее конусное отверстие. Правильность расположения этого конусного отверстия по отношению к опорным шейкам шпинделя проверяется точной оправкой, вставляемой конусным концом в отверстие.