Шпиндель 16К25

Шпиндельный узел для 16K25 токарно-винтового станка.

Шпиндель - вал металлорежущего станка, передающий вращение закрепленному в нем инструменту или заготовке. Очень важен выбор материала шпинделя. Шпиндели средней нагрузки обычно изготавливаются из 45 стали с усовершенствованием (закалка и высокий отпуск). При повышенных силовых нагрузках применяется сталь 45 с низким отпуском. Для шпинделей, требующих высокой твердости поверхности и вязкого сердечника, применяют сталь 45 с закалкой ТФИ и низким высвобождением. Для повышения требований применяются 40Kh стали, 38KhMYuA (шпиндели высокоскоростных машин), 20Kh с цементацией, закалкой и отпуском, 12KhNZ (высокоскоростные и тяжелонагруженные шпиндели) и другие низколегированные стали. Сталь 65G используется для крупных шпинделей.

Конструкция шпинделей зависит от способа крепления к ним фиксаторов или инструментов, посадки элементов привода и типов используемых опор. Шпиндели, как правило, делают полыми для прохождения прутка, а также для уменьшения массы. Передние концы шпинделей машин общего назначения стандартизированы.

Поддержка. В качестве опор шпинделей станка используются подшипники качения и скольжения. Поскольку шпиндели требуют высокой точности, подшипники качения, используемые в опорах шпинделей, должны быть высоких классов точности. Выбор класса точности подшипника определяется допуском биения переднего конца шпинделя, который зависит от требуемой точности обработки. Как правило, в передней опоре используются более точные подшипники, чем в задней.

Конструкция шпиндельных узлов очень разнообразна. На рисунке 2.12 показан шпиндельный узел токарного станка с двухрядным роликовым подшипником с коническим отверстием внутреннего кольца в качестве передней опоры. При осевом движении внутреннего кольца подшипника коническая шейка шпинделя деформирует кольцо и его диаметр увеличивается. При этом устраняют радиальные зазоры между роликами и кольцами и создают предварительное натяжение.

Предварительная загрузка выполняется различными способами. В радиально-упорных шарикоподшипниках и конических роликоподшипниках при спаренной установке предварительное натяжение получается регулировкой при сборке, а в радиальных шарикоподшипниках - смещением внутренних колец относительно наружных. На рис. 2.13 представлены конструктивные способы создания предварительного натяжения шарикоподшипников за счет зачистки концов внутренних колец (рис. 2.13, а), установки распорных втулок между кольцами (рис. 2.13, б), применения пружин, обеспечивающих постоянное предварительное натяжение (рис. 2.13, в). На рисунке 2.13, г показан способ создания поджатия вследствие деформации внутреннего кольца при его установке на коническую шейку шпинделя в роликоподшипниках с цилиндрическими роликами. Подшипники скольжения, используемые в качестве опор шпинделя, нерегулируемые (они применяются редко, при практически полном отсутствии износа в течение длительного срока службы), с радиальной, осевой регулировкой зазора, гидростатической (они обеспечивают подачу масла под давлением в несколько карманов, из которых оно вытесняется через зазор между шейкой шпинделя и подшипником), гидродинамической и с газовой смазкой.

Прецизионные станки используют гидростатические подшипники, которые обеспечивают высокую точность вращения шпинделя. Их несущая способность, жесткость и точность зависят от величины зазоров, давления, схемы опоры. На рисунке 2.14 схематично показана конструкция гидростатической опоры. Масло под давлением подается в карманы 1 через отверстия 2. При вращении масло вытесняется из этих карманов через зазор между горловиной и подшипником и из отверстия 3 в резервуар. По мере увеличения внешней силы, стремящейся уменьшить зазор, давление масла в баке увеличивается и зазор восстанавливается. Гидростатические подшипники стабилизируют режим трения смазкой при самых низких скоростях вращения.

Самоустанавливающийся гидродинамический подшипник скольжения, используемый в шлифовальных станках, показан на рисунке 2.15. В держателе 4 расположены пять самоустанавливающихся вставок 5.Каждая вставка имеет одну сферическую опору в виде пальца 3. Штифты фиксируются в держателе винтами 2 и 8 с шайбами 1, проходящими через крышку 7. Между крышкой и держателем предусмотрены уплотнительные кольца 6.

Вставки самоустанавливаются со сферическими опорами в направлении вращения шпинделя и в направлении его оси. Это создает надежные условия трения со смазкой в опоре и стабильными масляными клиньями, а также позволяет избежать краевых давлений, вызванных несоосностью рабочих поверхностей, упругими или тепловыми деформациями шпинделя. Конструкция подшипников обеспечивает высокую точность вращения шпинделя за счет его центрирования гидродинамическими давлениями, возникающими в нескольких зонах по окружности.

Подшипники шпинделя должны быть надежно защищены от загрязнения и утечки смазки. Манжетные уплотнения (рисунок 2.16, а) из кожи, пластика или маслостойкой резины помещают в металлический кожух и прижимают к валу пружиной браслета. В шпинделях станка целесообразнее применять лабиринтные уплотнения (рис. 2.16, б), не имеющие поверхностей трения и способные работать на большой скорости. Они обеспечивают защиту подшипников в результате сопротивления потоку жидкости через узкие пазы. На рисунке 2.16 показаны уплотнения вертикальных валов, уплотнения поршневых колец и комбинированное войлочное уплотнение с дефлекторным кольцом, выбрасывающим масло.