Шпиндельные узлы

Шпиндельные узлы предназначены для осуществления точного вращения инструмента или заготовки и в значительной степени определяют качество обработки. Критериями работоспособности шпинделей:

Точность характеризуется радиальным, осевым и торцовым биением шпинделя и для средних станков составляет 5...8 мкм. Подшипники выбираются примерно в 3 раза точнее, чем допустимое биение. Наиболее точные станки имеют биение 0, 1...0, 02 мкм.

Быстроходность. В настоящее время скорость резания заготовок из стали и чугуна достигает 1600...2500 м/мин, алюминия - 3000...4000 м/мин, а пластиков - 3000... 10 000 м/мин. Скорость шлифования выросла до 100 м/с и более. Быстроходность оценивается по параметру n· d, где d - диаметр под шейку переднего подшипника, мм, а n — частота вращения (мин^-1).

Нагрузочная способность определяет передаваемый крутящий момент или мощность привода Р. Для токарных и фрезерных станков P/d ≈ 0, 2...0, 35 кВт/мм, для электрошпинделей на опорах качения, гидростатических и аэростатических этот показатель составляет соответственно P/d = 0, 75; 0, 3...0, 8; 0, 4.

Статическая жесткость. Необходимо стремиться к максимально возможной жесткости исходя из особенностей конструкции. На долю упругих перемещений устройств, крепления инструмента или детали приходится 30...50 % общей деформации.

Статическая жесткость сильно зависит от диаметра d шпинделя (в четвертой степени), длины консоли а конца шпинделя (в третьей степени) и мало зависит от расстояния b между опорами, причем увеличение b сверх оптимального значения лучше, чем его уменьшение.

Динамические характеристики шпиндельного узла включают частоту собственных колебаний, АФЧХ, динамическую жесткость, форму колебаний на собственной частоте.

Энергетические потери характеризуются моментом трения и мощностью холостого хода и учитываются при выборе опор, при назначении мощности привода.

Нагрев опор приводит к изменению натяга в подшипниках, к тепловому смещению конца шпинделя. Средняя температура опор не должна превышать 50...60 °С. В зависимости от класса точности станка допускается следующая температура опор.