Шпиндельный узел станка

Деталь конструкции обрабатывающих станков, которая служит для крепежа заготовок инструмента для резки, именуется шпинельный узел. Он считается одной из весомых частей кинематической схемы и дает возможность делать качественное крепление детали (инструмента), проводить центровку и ставить размер отделываемой части заготовки. К ним предъявляют такие требования:

• обеспечение заданной частоты вращения;
• качественное крепление заготовок или инструмента;
• требуемую скорость перемещения к задней бабке станка;
• сохранение высоких динамических качеств;
• поддержание постоянного режима температур и неподверженность тепловой деформации;
• очень маленькие энергетические потери;
• постоянство динамических параметров.

От выполнения данных требований зависит качество отделываемой заготовки.

Конструкция

Выбор типа конструкции зависит от назначения обрабатывающего станка, его размеров, мощности привода, кинематической схемы, самой большой скорости с которой он должен вращаться.

Не обращая внимания на изобилие квалификационных признаков, узел состоит из таких деталей:

• корпус;
• фиксирующие опоры (кол-во зависит от подобранной схемы);
• набор подшипников;
• крепежные элементы заготовки.

Корпус сделан в форме вала. Он делается цельным или пустотелым в виде трубы. В нём размещены крепежные элементы заготовок, инструмента для резки. Для разных станков его выполняют по индивидуальной конструкции.

Входное отверстие шпиндельных узлов может делаться в форме цилиндра или конуса (к примеру, конуса Морзе, как у сверлильных станков). Для создания конуса в цилиндрический шпиндель вставляют специализированную скалку.

В определенных узлах применяют говоря иначе оправку. Она находится в передней части шпинделя, который имеет фланец с направляющими пазами.

В эти пазы ставятся сухари. После расположения хвостовика инструмента для резки выполняется крепление с помощью болтов.

Если по техническим причинам невозможно выполнить шпиндель в форме трубы (другими словами пустотелым) крепление оправок имеющих конусообразный хвостовик выполняется накидным колпаком. Стенка оправки в данном случае снабжена двойным буртиком. В нём вырезаны лыски. В самом корпусе колпака выточена прямоугольная направляющая. В сборочном процессе выполняется вращение оправки, которое дает возможность хорошо зафиксировать устанавливаемую деталь. Подобная конструкция дает возможность производить быструю смену инструмента. В некоторых конструкциях предусматривается специализированный крепежный механизм. Он учитывает не только вращательное, но и поступательное движение.

Если понадобится концы шпинделей оборудуются конусообразным хвостовиком. На его конце крепится компонент обрабатывающего инструмента. Он фиксируется в шпинделе при помощи фланца. Использование самых разных механизмов и способов крепежа дает возможность делать надёжную установку инструмента, центровку и балансировку.

Все шпиндельные делаются из конструкционной легированной стали. При подборе материала берут во внимание характеристики станка, требования к шпиндельной головке, эксплуатационного условия. К примеру, стойкости к износу фланцев, салазок, сухарей, самого корпуса и так дальше. Большое внимание уделяют выбору подшипников.

Для производства шпиндельных улов, используются инструментальные легированные стали. Очень часто применяемыми являются следующие марки: Ст45, Ст40Х, 20Х. Они могут заменяться подобиями, как отечественными, так и заграничными.

Многие характеристики обрабатывающих агрегатов зависят от используемой очередности расположения крепежных опор шпиндельного узла на станине.

В современных станках применяют три схемы расположения подобных опор.

В первой учтены две опоры. Одна считается передней, вторая задней. При помощи передней опоры выполняется осевая и радиальная установка узла. Она выходит очень не простой в изготовлении и просит старательной настройки. Задняя опора делается динамически плавающей. Это создает демпфирование возникающей линейной деформации всего узла. Особенно откровенно она вырисовывается в результате нагрева.

Эта конструкция шпиндельного узла повсеместно используется при креплении шпинделя в токарных станках усредненных размеров, сверлильных и фрезеровочных аппаратах. Горизонтально-расточной станок имеет данную схему. Для увеличения частоты вращения взамен упорных подшипников используют радиально-упорные. Они дают возможность стабилизовать вращение шпинделя и снижаю нагрев.

Во второй схеме опорные подшипники шпинделя размещают в задней опоре. Это дает возможность облегчить конструкцию и уменьшить нагрев всего узла. Впрочем приводит к росту температурных деформирований. Она используется в шлифовальных станках.

Третья схема считается наиболее многофункциональной. Такая шпиндельная система обладает более большой надёжностью за счёт очень высокой жесткости. При всех её плюсах она обладает общим минусом. Для неё требуется проводить регулировку натяжения подшипников по отдельности. В результате уменьшается скорость перемещения узла. Для сверлильного станка чертёж делается по схеме с изменением длины подачи. Для увеличения быстроходности и снижения температурных деформирований современные разработчики делают меньше расстояние между опорами на сколько это реально. Впрочем малюсенькое расстояние между опорами уменьшает номенклатуру обрабатываемых деталей. Эту схему используют в станках усредненных размеров, которые предназначаются для обработки деталей маленьких размеров.

Рабочий принцип

Шпиндельные узлы выполняют несколько видов движения: вращательное и поступательное. Для конкретной категории агрегатов рассчитано одновременное использование двух видов. К примеру, сверлильные, токарные, расточные, фрезерные в процессе обработки одновременно делают вращение детали (инструмента для резки) и выполняют подачу к месту обработки.

Шпиндельные узлы станков выполняют одинаковую функцию. Все шпиндельные узлы станков для резки металла имеют одинаковую конструкцию.

Рабочий принцип этого узла построен на получении вращательного движения от мотора и обеспечении вращения инструмента для резки или заготовки. Способы передачи крутящего момента, крепления детали или инструмента зависят от принятой кинематической схемы.

Типы шпиндельных узлов

Эти узлы классифицируются так:

• типу привода;
• виду и количеству опор;
• связи с приводом;
• типу отверстия;
• конструктивному исполнению ШУ;
• способу закрепления заготовки, обрабатывающего инструмента, добавочной оснастки;
• марки применяемой стали;
• габаритам всего агрегата;
• количеством одновременно закреплённого инструмента;
• способам смазки.

Шпиндели и шпиндельные узлы приводятся в движение при помощи ременой или зубчатой передачи. Выбор способа привода, а значит конструкция шпиндельного узла, устанавливается нужной частотой вращения, передаваемой мощности, кинематической схемой станка.

Ременные передачи предоставляют мягкий ход, уменьшают динамические нагрузки, предоставляют передачу вращения на длинные расстояния между двигателем и шпинделем, не просят постоянной смазки.

Зубчатая передача достаточно удобна, может гарантировать постоянное передаточное отношение, больший вращающий момент.

Шпиндельный узел токарного станка поставлен на две опоры. У агрегатов, которые предназначены для изготовления больших и массивных деталей, дополнительно устанавливают третью опору. Жесткость конструкций зависит от конструкции крепежа и расстояния между ними. Использование третьей опоры вызвано необходимостью обеспечить дополнительную жёсткость крепления заготовки и демпфирования потенциальной нестабильности колебаний.

В станках, которые предназначены для выполнения огромного числа операций, концы шпинделей сделаны в форме цилиндра. В каждом из них размещается скалка, которая свободно передвигается вдоль продольной оси. Она завершается отверстием, сделанным на конус.

Станки для фрезерных работ снабжены оправкой, которая фиксируется специализированной тягой. Вращение подается устройствами, которые называются сухарями. Во время установки инструмента для резки их наконечник помещается в специализированные пазы.

Все обрабатывающие агрегаты, предназначающиеся для проведения прутковых работ, оборудуются шпинделем, в середине которого размещается механизм. Воспользовавшись его помощью выполняется качественная фиксация и подача заготовки к месту обработки.

У шлифовальных станков наконечник шпиндельного узла снабжён хвостовиком. Его выполняют в форме конуса. К нему закреплена планшайба. На неё с помощью фланца фиксируется абразивный круг. Фланец имеет специализированный паз, в который устанавливаются двигающиеся сухари. При их помощи делают балансировку круга.

В шпиндельных устройствах используются два типа подшипников:

• шариковые (ставятся в быстроходных малонагруженных агрегатах);
• роликовые (в средних и тяжёлых станках, где нужно обеспечить очень высокую жесткость).

В определенных типах станков (к примеру, агрегаты шлифовальные, расточные, для присадочного станка) применяются гидродинамические подшипники. Они предоставляют успешную работу узла при маленьких изменениях частоты вращения в условиях маленьких нагрузок.

Для обеспечения хорошей подвижности и легкости работы используют способы подачи смазки трёх типов:

• проточная под давлением (циркуляция обеспечивается специализированным насосом);
• система смазывания разработкой так на «масляного» тумана;
• использование насыщенный консистенции.

Все системы предоставляют хорошую смазку и сохранение режима температур.

Первый способ обеспечивает надежность поступления масла в территорию смазки. Происходит это благодаря насосу. Под давлением происходит качественный отвод тепла. Второй дает возможность более равномерно распределять масляную жидкость, но может обеспечить только малый отвод тепла от крутящихся деталей. По мимо этого при нарушении герметизации в сальниках манжетах может случиться выброс воздушно масляной смеси.

По количеству одновременного закреплённого инструмента станки делятся на аппараты с одним узлом крепления и несколькими. К примеру, станок для токарных работ марки ИТ 42 имеет револьверную головку с восемью крепежными элементами.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.