Основные характеристики шпиндельных опор

Рис. 12.12. Параметр записи кадра

Размерные перемещения. Словами «Размерные перемещения» задается геометрическая информация. Она записывается в кадр в последовательности символов: X, Y, Z, V, V, W, P, Q, R, А, В, С. Числа, входящие в слово «Размерные перемещения», означают либо координаты опорных точек траектории инструмента в абсолютной системе координат или координаты этих точек в относительной системе. Все линейные перемещения должны быть выражены в миллиметрах и их десятичных долях. Все угловые перемещения должны быть выражены в радианах (или в градусах). Размеры записываются со знаком и с учетом дискретности задания размеров в конкретном УЧПУ.

Слова «Параметр интерполяции или шаг резьбы» записываются в последовательности I, J, K.Функциональный характер интерполируемого участка траектории (прямая, окружность, парабола или кривая более высокого порядка) определяется соответствующей подготовительной функцией. Для указания режима резьбонарезания также используются подготовительные функции.

Слово «Функция подачи» может определять как результирующую скорость подачи, так и составляющие этой скорости, разложенной по координатным осям. В кадре результирующая скорость подачи записывается под адресом F после всех слов «Размерное перемещение».

Слово «Функция подачи», относящееся к определенной оси координат, записывается непосредственно за словом «Размерное перемещение» по этой координате.

Слово «Скорость главного движения» записывается с адресом S и определяет линейную скорость точки приложения инструмента. Слово «Функция инструмента» используется для выбора инструмента и задается адресом «Т». Слово «Вспомогательная функция» определяет команду исполнительному органу станка или УЧПУ.

13. ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ СТАНКОВ. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Шпиндель, являющийся конечным звеном привода главного движения и предназначенный для крепления инструмента или заготовки, оказывает существенное, часто лимитирующее, влияние на точность, производительность и надежность всего станка. Шпиндельные узлы станков в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями должны обеспечить следующее.

1. Передачу на заготовку или инструмент расчетных режимов для заданных технологических операций.

2. Точность вращения, оцениваемую радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя; для станков общего назначения в зависимости от класса точности станка должна соответствовать стандартным значениям; для специальных станков точность вращения зависит от требуемой точности обработки:

∆≤ ∆_д /3 (13.1)

где ∆ — биение шпинделя; ∆_д - допуск на лимитирующий размер готового изделия.

Точность в первую очередь определяет технологические возможности ШУ, зависит от типа применяемых опор.

Тип опор шпинделя	Нагрузочная способность N/D, кВт/мм	Параметры точности, мкм	Быстроходность Dn, мм*мин^-1	Жесткость jmax* 10⁴ Н/мм	Демпфирование ξmax, Н • с/мм
Биение	Шероховатость
Качения	≤ 0,75 ≤ 0,25	≥ 0,5 ≥ 2,0	Rа≥ 0,1 Rа≥ 0,5	2,510⁶ 410⁵		5,0
Гидростатические	≤ 0,8	≥ 0,1	Rz≥ 0.05	2,0-10⁶		10⁶
Гидродинамические	≤ 0.5	≥ 1,0 (0,5)	Ra≥ 0,05	от 210⁴ до 110⁶		10⁴
Газостатические	≤ 0,4	≥ 0,05	Rz≥ 0,005	5*10⁶		10²
Магнитные	≤ 0,5	≥ 0,05	Rz≥ 0,005	3*10⁶	100*	10²

*Характеристики могут быть увеличены путем регулирования параметров системы управления опорами.

Примечание. Для опор качения в верхней строке указаны значения параметров прецизионных высокоскоростных шпиндельных шарикоподшипников, в нижней- для остальных.

3. Жесткость (радиальная и осевая), определяемая по деформации шпинделя под нагрузкой; при этом жесткость на переднем конце шпинделя, Н мкм,

j = F/y_, (13.2)

где F — сила, приложенная на переднем конце шпинделя, Н; у — прогиб переднего конца шпинделя, мкм.

Деформация шпиндельных узлов в общем балансе упругих перемещений станков доходит до 50 %, а в некоторых типах до 85.%. Единых норм для назначения жесткости, шпиндельных узлов не существует. Исходя из нормальной работы подшипников, жесткость на участке между опорами ограничивают величиной 250—500 Н/мкм (большие значения — для станков повышенной точности), что лимитирует диаметр шпинделя

d ≥ (13.3)

где l - расстояние между опорами шпинделя.

Иногда ограничивают приведенной величиной жесткость переднего конца шпинделя станков нормального класса точности.

Возможно также определение жесткости шпинделя, исходя из требований к точности обработки. При этом определяют прогиб y от сил резания и момента привода при соответствующих режимах обработки; он ограничивается допуском на лимитирующий размер детали:

(13.4)

4. Высокие динамические качества (виброустойчивость), которые определяются амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний. Вибрации, возникающие в шпиндельном узле, отрицательно сказываются на точности и чистоте.обработки, стойкости инструмента и производительности станка Желательно, чтобы собственная частота шпинделя была не ниже 500− 600 Гц.

5. Минимальные тепловыделения, и температурные деформации, шпиндельного узла, так как они влияют как на точность обработки, так и на работоспособность опор. Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников. Норма нагревания установлена только для станков класса Н (допустимый нагрев на наружном кольце подшипника составляет 70 °С), для станков других классов имеются лишь следующие рекомендации:

Класс точности станка................ П В А С

Допустимая температур наружного кольца, °С... 50—55 40 —45 35—40 28—30

6. Долговечность шпиндельных узлов, которая зависит от, долговечности опор шпинделя, которая в свою очередь во многом зависит от эффективности системы смазывания, уплотнений, частоты вращения, величины предварительного натяга в подшипниках качения и т. д. Долговечность шпиндельных узлов не регламентирована, её определяют по усталости, износу деталей подшипника или потере смазочных свойств масла. Диаметр шейки шпинделя выбирают по критерию жесткости; что обычно обеспечивает долговечность подшипников до ч. При применении бесконтактных опор (гидростатических, гидродинамических и аэростатических) долговечность теоретически считают неограниченной.

7. Быстрое и точное закрепление инструмента или обрабатываемой детали в шпинделе станка; в современных станках требуется автоматизация этой операции.

8. Минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла при удовлетворении всех остальных требований.

13.1. КОНСТРУКЦИЯ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА

Конструкция шпиндельного узла зависит от типа и размера станка, класса его точности, предельных параметров процесса обработки (максимальной частоты вращения , эффективной мощности привода). Факторы, определяющие её, перечислены ниже.