7.1. Выбор компоновки шпиндельных узлов

Основными исходными данными для выбора компоновки шпиндельного узла, являются его условия работы /3/. По условиям работы шпиндельные узлы делятся на две группы: а) шпиндели, подверженные изгибающим и крутящим воздействиям (токарные, фрезерные, шлифовальные и др. станки); б) шпиндели, подверженные преимущественно крутящим воздействиям (сверлильные, резьбонарезные притирочные станки).

Конструктивная форма.шпинделя определяется типом и назначением с'ганка, способами закрепления в нем инструмента или заготовки, размещением элементов привода и типом опор.

Размеры шпинделей нормальной точности выбираются такими, чтобы расстояние между опорами равнялось четырем-пяти диаметрам шпинделя в передней опоре, длина консольной части должна быть минимальной. Жест­кость шпинделей легких и средних станков, условно рассматриваемых в ви­де балки на двух шарнирных опорах с силой посредине, должна быть не менее 25-10' Н/м (25 кгс/мкм). Шпиндели прецизионных станков должны иметь более высокую жесткость. 50-10' Н/м (50 кгс/мкм). Собственная частота поперечных колебаний должна быть не ниже 500-600 Гц.

Конструктивно шпиндельные узлы выполняют двухопорными и трехопор­ными. Жесткость двухопоркых конструкций немногим ниже жесткости трех­опорных, при условии оптимального расстояния между опорами. Применение третьей опоры иногда диктуется конструктивными соображениями, например значительной длиной коробки скоростей. В отдельных случаях установка третьей опоры вызывается стремлением увеличить демпфирование в шпин­дельном 'узле.

Среди многообразия конструкций шпиндельных узлов выделяют восемь основных типов. В табл. 7.1 приведены Схемы шпиндельных узлов и показа тели работоспособности, выраженные относительными величинами. За едини­цу сравнения приняты показатели работоспособности первого типа шпиндель ного узла. Габариты шпиндельных узлов для всех конструктивных вариантов примерно равны.

Для шпиндельных узлов легких высокоскоростных токарных и фрезер­ных станков рекомендуются опоры по первой схеме. Шпиндельные узлы такого типа имеют удовлетворительные характеристики по всем показате­лям, за исключением осевой жесткости и тепловыделения в передней опоре. Осевая жесткость может быть повышена путем применения упорно-радиаль­ных шарикоподшипников взамен радиально-упорных.

Для шпиндельных узлов токарных, карусельно-шлифовальных, зубо­фрезерных и фрезерных станков средних размеров рекомендуются опоры

33

по второй схеме (см. табл. 7.1). Однако значительное тепловыделение в передней опоре и воздействие гироскопического и центробежного эффек­тов на работу упорных шарикоподшипников ограничивает верхний предел частот вращения.

Перенос упорных шарикоподшипников в заднюю опору высокоточных токарных и фрезерных станков нецелесообразен из-за резкого увеличения температурных смещений базового торца шпинделя. Размещение упорного подшипника перед радиальным (четвертая схема) приводит к заметному снижению радиальной жесткости и динамической устойчивости станка. Та­кая конструкция используется только для специальных станков, предназна­ченных для точной обработки торцов изделий.

Шпиндельные узлы по пятой схеме имеют достаточно высокую радиаль­ную и осевую жесткость, которая обеспечивается тремя подшипниками.

Их используют для станков нормальной точности при сравнительно неболь­ших частотах вращения и небольших диапазонах регулирования.

Шестая и седьмая схемы предусматривают применение конических роликоподшипников и обеспечивают высокую работоспособность шпиндельно­го узла, кроме нагрева. Достоинством опор этого типа является то, что конические роликоподшипники передней опоры одновременно воспринимают радиальную и осевую нагрузки, что устраняет необходимость размещать в передней опоре и радиальные, и упорные подшипники. Область применения шестой и седьмой схем такая же, как в первой и второй.

Восьмая схема использует радиально-упорные шарикоподшипники в передней опоре, что связано со снижением несущей способности и жесткости узла. Целесообразная область применения - быстрозаходные шпиндельные узлы типа шпиндельных головок алмазно-расточных станков, легких токар­ных автоматов, т.к. при малом диапазоне шпинделя разница в жесткости опор слабо влияет на общую жесткость шпиндельного узла.

Шпиндели токарных, токарно-револьверных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных станков выполняются при легких и средних условиях рабо­ты из улучшенной стали 45, закаленной в масле до твердости HRC = 35; в тяжелых условиях работы при повышенных требованиях к прочности и необхо­димости высокого сопротивления усталости - из улучшенной стали 40Х. Поверхности центрирующих шеек и отверстий передних концов шпинделей подвергают местной термообработке до твердости HRC = 45-48.

Шпиндели расточных станков при легких и средних условиях работы выполняются из нормализованной стали 50Г2, при тяжелых условиях рабо­ты - из улучшенной стали 50Г2 или из стали 65Г, закаленной до твердости НРС = 28.

34

Шпиндели диаметром до 50 мм токарных автоматов, сверлильных, шлифовальных и револьверных станков при тяжелых условиях работы выпол­няются из стали 20х, цементированной и закаленной в масле до твердости

HRC = 59.

Рис. 6.1. Зависимость относительного времени пуска

электродвигателя от критического скольжения

35

* п/п	Схемы опор	Подшипники опор ! Быстр ох од- !			* п/п	Схемы опор	Подшипники опор		ВысотСХОД­НОСТЬ , О,/ ■Птах
		«ость, . передней!задней j cl -Птах					передней	задней
I	«=> а . . ΕΓΞ —— β	3I82I00 4600 2 шт.	3I82I00	(2,51-3,5) Ю^ММ'МИН*	У	ю сэо	3I82I00	4600 8000	(1,5»-1,8)
						Ύ М ЕГЗСП
П	Ξ Ξ	3I82I00	4600 2 шт.	(2,5-3,5) Ю^ЫМ'МИН"	I Л	fo/ ·	2007100 или 7000	2007100 или 7000	(I,6-2,0) М^мм-мин-^
	^ ·$- ■S's·"’ .
3182100 25i 1—3 |о| |о! гч гч Ш =ГГ..: 8000 еГЗ К>1 Μ“3·&, 2 ШТв			3I82I00	(1,5-1,8) Ю^ЛМ'МИН-	:уп		2007100 2 шт. или 7000 2 шт.	2007100 ИЛИ 7000	(1,6*2,0) Ю^ол-мин-1
ТУ	<=> ο н __ <=ra w"	3I82I00 аооо 2 шт.	318 2100	(1,5-1,8) 105мм*мин-	1УШ	Η Ч^4 ^ а	46000 2 шт.	2000, или 3I82I00, или 46000	(2,5-3,5) Ю^ЛМ'МИН-1 'ν'