Основные характеристики шпиндельных 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.