Конструкции шпиндельных узлов
Основные проектные критерии
Шпиндельные узлы станков.
Шпиндели служат для закрепления и вращения заготовки или режущего инструмента и обеспечивают заданное положение их относительно к другим узлам станка.
Шпиндельные узлы должны обладать:
1. Жёсткостью, достаточной для предотвращения недопустимых деформаций от сил резания и от привода.
2. Точностью вращения, оцениваемую радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя.
3. Виброустойчивостью, определяющейся амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний.
4. Долговечностью, определяемую по усталостному износу деталей подшипника или потере смазочных свойств масла.
5. Быстрым и точным закреплением инструмента или обрабатываемой детали.
6. Минимальными затратами на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла.
Конструктивная форма шпинделя определяется:
1. Требованием к его точности.
2. Условиями работы шпинделя.
3. Способами закрепления в нём инструментов или заготовки.
4. Размещением элементов привода.
5. Типом применяемых опор.
Факторы, определяющие конструкцию шпиндельных узлов:
1. Конфигурация переднего конца шпинделя.
Зависит от способа крепления инструмента или заготовки. Центрование осуществляется конусом Морзе, конусами 7/24 или 1/3.
7º 7' 30''
D
Применение в токарных, токарно-револьверных, токарных многорезцовых станках, шлифовальных и др.
Δ 7 : 24
Фрезерные станки
Сверлильные и D расточные станки Конус Морзе
d Шлифовальные станки D
Δ 1 : 3
2. Конфигурация внутренних поверхностей определяется наличием отверстия для пруткового материала и конструкцией зажимного устройства, встраиваемого в шпиндель.
3. Тип приводного элемента.
Зубчатые передачи просты и компактны, передают большие крутящие моменты, но из-за передачи возмущений на шпиндель их не применяют в прецизионных станках. При применении ременной передачи конструкция усложняется, увеличиваются её размеры, но при этом увеличивается плавность вращения.
Приводные шестерни и шкивы имеют посадки без зазора (предпочтительно на конические поверхности).
4. Методы смазывания.
Существуют следующие основные способы:
а). Погружение (почти не применяют)
б). Разбрызгивание (разбрызгивание от шестерён, масло подаётся в подшипники непосредственно)
в). Капельное (подшипники шпинделя смазываются независимо от других элементов привода. Масло подаётся от 1 до 100 г/час)
г). Масляный туман (применяют сжатый воздух для образования масляного тумана)
д). Под давлением (применение при высоких частотах вращения; масло под давлением сливается через сопла в зазор между сепаратором и кольцом подшипника)
е). Циркуляционное (создаётся поток масла через подшипник).
Для защиты подшипников от грязи, пыли, а также от вытекания смазочного материала применяют манжетное армированное уплотнение с пружиной из резины или кожи, или лабиринтное уплотнение. 5. Материалы шпинделей и термообработка.
Для шпинделей станков нормальной точности применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой HRCэ 50 – 60. Для прецизионных станков в условиях жидкостной смазки применяют, стали 20Х, 18ХГТ с цементацией и закалкой HRCэ 56 – 60. Для изготовления полых шпинделей большого диаметра иногда применяют СЧ20.