Vridande spindelenhet: prestandaegenskaper

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Spindeln på verktygsmaskiner presenteras vanligtvis som ett av delarna i drivmekanismen som ansvarar för fixering och formning av arbetsstycket. Samtidigt är dess gränssnitt med kraftverket, den bärande delen och enhetens arbetsutrustning så tätt att vi kan prata om hela infrastrukturen för denna del. På ett eller annat sätt bör spindelenheten (SHU) betraktas som en ansvarsfull grundmekanism för maskinen, som tillhandahåller funktionen att överföra vridmoment och styra bearbetningskraften.

Produktöversikt

Denna mekanism kallas också en motorspindel och utgör en av de viktigaste monteringsenheterna i moderna trä- och metallbearbetningsmaskiner. Prestandan och, i ännu högre grad, noggrannheten av den mekaniska påverkan på arbetsstycket beror på dess egenskaper. Som redan nämnts talar vi om ett helt komplex av element,utgör grunden för spindelenheter. Stöd, smörjsystem, tätningar, vridmomentöverföring och lagerdelar utgör grunden för denna mekanism. Oftast är dessa komponenter som utför stöd- och hjälpfunktioner för att säkerställa driften av munstycket i form av ett skärverktyg.

Det är allmänt accepterat att kraftpotentialen hos verktygsmaskiner i första hand beror på motorn. Detta är sant, men bara delvis. Till exempel har spindelenheterna i metallskärmaskiner sitt eget frekvensområde för rotation, vilket orsakar restriktiva förhållanden för skärhastigheter. Men det är viktigt att förstå att detta intervall mer är en funktion av att justera den optimala bearbetningshastigheten med stöd av en tillräckligt hög noggrannhet.

En annan av spindelns nyckelfunktioner är att hålla fast bearbetningsverktyget och i vissa fall själva arbetsstycket. För denna typ av infästning används speciella klämmor och klämmor, som en verktygshållare och patroner. Därför är det viktigt att ta hänsyn till spindelns egenskaper när man väljer ett verktyg enligt skaftets dimensioner och bestämmer de tillåtna parametrarna för bearbetningsprocessen.

ShU-design

Under utvecklingen av designlösningen för motorspindeln bör uppgiftsutförare fokusera på maximal minskning av dynamiska belastningar och vibrationsbelastningar på mekanismen. Att uppnå denna kvalitet hos arbetsgruppen påverkar direkt maskinens hållbarhet och kvaliteten på bearbetningen. Av denna anledning blir spindelaggregatet alltmerutformad som en oberoende anordning i ett separat hölje, som kallas för en huvudstock.

Följande tas som initialdata för designalgoritmen:

• Power.
• Rotationsnoggrannhet.
• Speediness.
• Maximal uppvärmning för stöd.
• Vibrationsmotstånd.
• Styvhet.

Baserat på de initiala parametrarna väljs ett strukturschema, layoutdetaljer och tillverkningsmaterial. Typen av den framtida maskinen har också inflytande på valet av vissa designlösningar. Till exempel är designen av spindelenheter för högprecisionsbearbetningsutrustning baserad på layouten av hydrodynamiska lager som kan säkerställa noggrannheten för mekanisk verkan i intervallet från 0,5 till 2 mikron. För speciellt höghastighetsaggregat med invändiga sliphuvuden används speciella glidlager som kräver luftsmörjning. Vanligtvis används principerna för att konstruera en spindelbas med tonvikt på att stödja höga bearbetningshastigheter från 600 rpm för diamantborrning och universella metallskärmaskiner. Parametrarna för komponenter för att stödja låga hastigheter beräknas traditionellt för fräs-, revolver- och borrmaskiner. Här gäller regeln, ju känsligare noggrannheten i den mekaniska åtgärden är, desto högre vridmoment bör vara vid spindeln. För komplex grovbearbetning och kapning används låga varvtalskonfigurationer.

Beräkning av spindelenheten

Bstyvhet anses vara den huvudsakliga designegenskapen. Det uttrycks som en indikator på elastiska förskjutningar i bearbetningszonen under den totala verkande kraften från den egna elastiska deformationen av spindeln med dess stödelement. Styrka används också för att karakterisera tungt belastade enheter, och för högt varvtalshuvud kommer ett lägsta resonansvärde, d.v.s. högt vibrationsmotstånd, att vara en nyckelfaktor för framgångsrik bearbetning.

Praktiskt taget alla spindelenheter för metallskärmaskiner beräknas separat för skärnoggrannhet. Denna beräkning utförs för lager baserat på den radiella utloppskoefficienten för spindeländen. Det tillåtna utloppsvärdet beror på konstruktionsnoggrannhetsklassen, i vars definition konstruktörerna utgår från kraven för bearbetningsprocessen.

Indexet för radiellt utslag på den inre ytan av lagerringen beror på dess excentricitet och felen hos spåren med rullande element. Denna noggrannhetsparameter uttrycks genom effekten av det så kallade vandrande slaget. I processen för lagerkontroll bestäms deras överensstämmelse med de etablerade standarderna, varefter produkterna kan skickas för revision om avvikelser upptäcks. Bland åtgärderna för att ytterligare förbättra noggrannheten hos lagren för spindelenheten under monteringen kan följande urskiljas:

• Excentriciteten hos de inre ringarna och lagertapparna är i motsatta riktningar.
• Excentriciteter av yttre lagerringar ochkroppshål är också placerade i motsatta riktningar.
• När man installerar excentriciteterna i de inre ringarna i lagren i de bakre och främre delarna, måste de hållas i samma plan.

ShU Performance

Styvhet och noggrannhet av viktiga tekniska och fysiska indikatorer för spindeln är inte begränsad. Bland andra viktiga egenskaper hos denna mekanism är det värt att lyfta fram:

• Vibrationsmotstånd. Förmågan hos SHU:n att ge stabil rotation utan oscillering. Det är omöjligt att helt eliminera vibrationseffekten, men tack vare noggranna designberäkningar kan den minimeras genom att minska effekten av källor till tvärgående och vridningsvibrationer, såsom pulserande krafter i bearbetningszonen och vridmoment i maskindriften.
• Speediness. Karakteristiskt för spindelenhetens hastighet, vilket återspeglar antalet varv per minut som tillåts för optim alt drifttillstånd. Med andra ord, den högsta tillåtna rotationshastigheten, som bestäms av produktens strukturella och tekniska egenskaper.
• Värmelager. Intensiv värmealstring är en naturlig derivatfaktor vid bearbetning vid höga hastigheter. Eftersom uppvärmning kan leda till deformation av elementbasen, bör denna indikator beräknas under konstruktionen. Den mest värmekänsliga komponenten i aggregatet är lagret, vars formförändring kan försämra spindelns funktion. För att minska termiska deformeringsprocesser bör tillverkarefölj normerna för tillåten uppvärmning av de yttre lagerringarna.
• Bärkapacitet. Bestäms genom prestandafaktorn för spindellager under förhållanden med maxim alt tillåtna statiska belastningar.
• Hållbarhet. Tidsindikator som indikerar antalet timmars drift av produkten före översyn. Förutsatt att spindelenhetens axiella och radiella styvhet är balanserad, kan hållbarheten nå 20 tusen timmar. Minsta tid till fel är två och fem tusen timmar, vilket är typiskt för slipmaskiner respektive invändiga slipmaskiner.

Material för att göra SHU

Val av material för spindelns elementbas är också en faktor för att säkerställa vissa tekniska och operativa egenskaper hos utrustningen. I lappnings-, gängnings- och borrenheter läggs tonvikten på skydd mot vridmomentpåverkan och spindelaggregatet i en fräsmaskin monteras till exempel utifrån effekterna av böjmoment. Materialet måste i varje fall ha tillräcklig slitstyrka på manöverytan såväl som på lagertappen. Stabiliteten i form och dimensioner är huvudförutsättningen för att produkten ska fungera korrekt, till stor del beroende på egenskaperna hos det material som används.

I maskiner med noggrannhetsklasserna H och P används spindlar gjorda av stållegeringar av kvaliteterna 40X, 45, 50. I vissa fall kan konstruktionsbeslut kankräver och speciell förädling av metallen genom härdning med induktionsvärmeverkan. Vanligtvis appliceras härdning av produkter genom härdning på prestationsytorna och lagertapparna som de mest kritiska delarna av detaljen.

För element med komplex form med koniska hål, spår, flänsar och stegvisa övergångar används volymhärdat stål. Denna bearbetningsteknik är endast tillåten för arbetsstycken från vilka det är planerat att producera de främre delarna av maskinspindelenheterna med efterföljande uppkolning. I det här fallet används stål 40XGR och 50X.

Utrustning med noggrannhetsklass A och B levereras med spindlar gjorda av stålsorter 18KhGT och 40KhFA, nitrerade. Kvävebehandlingsprocessen krävs för att öka delens hårdhet, samt för att behålla den ursprungliga formen och dimensionerna. Ökad styrka och strukturell stabilitet är en förutsättning för spindlar som används i system med vätskefriktion.

I kontrollrummets förenklade layout är kraven på material inte så höga. Element med enkla former kan tillverkas av stålsorter 20Kh, 12KhNZA och 18KhGT, men även i detta fall utsätts ämnena preliminärt för härdning, uppkolning och härdning.

ShU-strukturmodeller

Huvuddelen av spindelmekanismer som används i moderna verktygsmaskiner har en tvålagersanordning. Denna konfiguration är optimal när det gäller utrustningsoptimering och bekvämlighet för den tekniska organisationen.produktionsprocess. Men stora företag använder också modeller med ytterligare stöd från den tredje pelaren.

Konfigurationer av lagerplacering är också tvetydiga när det gäller implementeringsmetoder. Idag finns det trender mot att överföra kritiska regulatoriska funktioner till huvudområdet, vilket minskar effekten av termiska effekter. I enkla modeller av spindelaggregatet används rullager, vilket också minimerar risken för deformation från värmeutveckling och ökar effektiviteten vid justeringen. Samtidigt, tillsammans med en ökning av styvheten och en ökning av rotationsnoggrannheten, har sådana mekanismer en nackdel i form av en minskning av hastigheten. Därför är denna konfiguration bäst lämpad för svarvar med låga hastigheter.

Slipenheter med långsam hastighet är också utrustade med rullager i den främre stöddelen, och baksidan är försedd med en duplex av vinkelkontaktelement. I synnerhet är det så här spindelenheter implementeras i konstruktioner av cirkulära och interna slipmaskiner. För att förenkla enhetens funktionssystem tillåter även koniska rullager. En sådan lösning i förhållande till fräsenheter eliminerar behovet av att inkludera en axiallagergrupp. Som ett resultat upprätthålls en optimal styvhetsmarginal, men med det går inte problemen med värmealstring med begränsat vridmoment någonstans.

Produktkvalitetskontroll

Efter montering av toppstocken kontrolleras lagergruppens spelrumsförspänning. Denna operationnödvändigt för att bedöma mekanismens beredskap för fullfjädrad arbetsbelastning. Kontrollen utförs genom att ladda enheten med en domkraft och en dynamometer. Mätningar görs direkt med indikatoranordningar, inklusive mäthuvuden, sensorer, mikrokatorer, etc. Mätanordningen installeras på toppstocken så nära det främre lagret som möjligt. Vid fixering av en stegbelastningsändring byggs en graf över förskjutningar av spindeländen.

Styvheten hos den vridbara spindelenheten med stödelement styrs av tvåpunktsmätmetoden. Först sätts två kontrollpunkter på den linjära sektionen av lastkurvan. Vidare registreras deformationsdata för varje linje, varefter en jämförelse utförs. Som standardindikatorer kan både designvärden och siffror från de allmänna tekniska kraven för maskinen användas. Dessutom bör komplexa data för jämförelse, erhållna som ett resultat av tester, presenteras i form av aritmetiska medelvärden. På samma sätt utförs mätningar av axiella och radiella belastningar med fixering av de mellanrum som bildas mellan lagren.

Om avvikelser från standardvärdena upptäcks, justeras frigångsförspänningen. Vid service av spindelenheterna i en svarv för sådana uppgifter används tekniken för uppvärmning av stöd. Under förhållanden med termisk exponering av termometrar och termoelement inom ett visst område, dras muttrarna åt och justeras.

Tätningar för SHU-mekanism

Toppstockens sammansättning inkluderar ochspeciella tätningar som ökar mekanismens isolerande och tätande egenskaper. Vad är det för? Eftersom arbetsflödet i en svarv är förknippat med utsläpp av stora volymer fint avfall under smörjförhållanden, är igensättning av funktionella delar vanligt. Följaktligen, vid montering av spindelenheten, måste anordningar tillhandahållas som skyddar arbetselementen från damm, smuts och fukt. Det är vad tätningsmedlet är till för. Som regel är detta en förbrukningsvara i form av en ring, som är monterad på spindeln med hjälp av ett centreringsband. Under driften av mekanismen krävs dess periodiska utbyte eller justering av positionen. Vid förhållanden med ökad yttre förorening kan en skyddande släpring användas dessutom. Om maskinen körs med medelhög eller låg hastighet, måste även läpptätningen fixeras.

SHU-underhåll

Personalens huvuduppgift under driften av toppstocken är att övervaka smörjningen av dess delar. Detta görs vanligtvis genom att spruta på ytorna på roterande kugghjul, pumphjul och skivkomponenter. Den optimala sammansättningen för denna typ av smörjmedel bör ha ett viskositetsindex på 20 vid uppvärmning till 50 ° C. Konstruktionerna av frässpindelenheten ger möjligheten att leda olja in i lagret genom en kollektor eller direkt till arbetsgruppen. Dessutom bör en del av oljan finnas kvar även efter avslutat arbetspass. Den gamla förorenade vätskan ersätts med en ny. För att förenkla påfyllningsprocessen i moderna maskiner organiseras cirkulerande oljetillförsel samtidigt till växellådan och spindeln i automatiskt läge när avfallsmassan tappas ut.

Förutom att uppdatera oljan är det nödvändigt att bibehålla mekanismens tekniska skick. Tekniska och strukturella problem kan uppstå på grund av överhettning, överdriven deformation, höga vibrationer eller kortslutning mellan svängarna. En typisk reparation av spindelenheter som en del av tillverkningsprocessen kan vara att byta ut skadade delar, förbrukningsvaror eller bygga om säten. Till exempel, vid deformering eller installation av nya element, krävs ibland ytterligare korrigering av uttagen eller själva delarna genom att skärpa, slipa, lappa eller bygga upp.

Produktion av SHU i Ryssland

Några av de spindelkomponenter som krävs för att färdigställa verktygsmaskiner tillverkas av inhemska tillverkare vid deras egna verktygsmaskiner, beroende på den sovjetiska industrins utveckling och erfarenhet. Det finns praktiskt taget inga problem med tillverkningen av konventionella drivspindelenheter för en fräsmaskin eller svarvenheter som inte är fokuserade på högprecisionsbearbetning. Men moderna högteknologiska elektrospindlar produceras i Ryssland endast i delar och på basis av importerade komponenter. Dessa begränsningar hänger inte bara ihop med bristen på avancerad teknik inom detta område, utan också med bristen på kvalificerad personal som måste lösa ingenjörs- och produktionsproblem.

Slutsats

Spindeln är en av de centrala funktionskomponenterna i olika typer av verktygsmaskiner. Noggrannheten i utförandet av arbetsoperationer, ergonomin för utrustningskontroll och effektiviteten i regleringen av drivmekanismens kraftpotential beror på kvaliteten på dess huvudfunktioner. Därför är det så viktigt att vara uppmärksam på egenskaperna hos spindelenheten i svarven när du väljer den. Och detta gäller inte bara för industrisegmentet, där in-line-bearbetning utförs. En vanlig husmästare som utför enkla operationer i ett garage eller ett hus på landet bör också ha grundläggande kunskaper om huvudstocken. Färdigheter i att hantera spindelmekanismen kommer att göra driften mer tillförlitlig och underhållet av maskinen mer ekonomiskt.