Точность и быстроходность шпиндельных узлов на разных опорах

Тип опор	Радиальное и осевое биение шпинделя, мкм	Отклонение от круглости обработанного изделия, мкм	Скоростной параметр , мм · мин-1
Качения	1,00	1,0	0-10
Гидродинамические	0,50	0,5	1-10
Гидростатические	0,05	0,2	0-15
Аэростатические	0,10	0,5	5-40

Учитывая эти параметры, а также то, что подшипники качения имеют меньшую стоимость при централизованном изготовлении и просты в эксплуатации, в настоящее время более 95% станков изготавливают со шпиндельными узлами на подшипниках качения.

В шпинделях станков для обеспечения высокой грузоподъемности, точности вращения, повышенной жесткости и минимальных выделений теплоты, как правило, применяют подшипники качения специальных конструкций. Для восприятия радиальных нагрузок широко используют двухрядные подшипники 3182100 с цилиндрическими роликами. Два ряда точных роликов, расположенных в шахматном порядке, обеспечивают грузоподъемность и жесткость подшипника при высокой точности вращения.

Для шпинделей также практически применяют все основные типы подшипников качения: шариковые радиальные и радиально-упорные, роликовые с коническими и цилиндрическими роликами и др. В качестве характеристики работоспособности шпиндельных опор качения можно принять следующие показатели:

; ;

; ,

где N – мощность привода; n_max – наибольшая частота вращения шпинделя; D – максимальный диаметр обрабатываемой детали; d_к – диаметр шпинделя в передней опоре.

Здесь показатели К₁ и К₃ характеризуют среднюю нагруженность шпиндельных узлов станка, а К₂ и К₄ – их быстроходность. Развитие конструкций шпиндельных узлов характеризуется возрастанием указанных показателей. Это связано с применением специальных типов подшипников качения, основные из которых показаны на рис. 5.1. Шарикоподшипник упорно-радиальный двухрядный с углом контакта 60° (рис. 5.1, а) предназначен для восприятия осевой нагрузки.

Рис. 5.1. Подшипники качения шпиндельных узлов

Его устанавливают рядом с двухрядным роликоподшипником с короткими цилиндрическими роликами. Параметр быстроходности мм · мин^-1, что в 2-2,5 раза больше, чем у обычных упорных шарикоподшипников. Роликоподшипники конические однорядные и двухрядные с буртом на наружном кольце (рис. 5.1, б, д) предназначены для восприятия радиальной и осевой нагрузок. Их устанавливают, как правило, в передней опоре шпинделя; мм · мин^-1. Роликоподшипник конический однорядный с широким наружным кольцом (рис. 5.1, в) устанавливают в заднюю опору шпинделя. Параметр быстроходности имеет то же значение, что у подшипников, показанных на рис. 5.1, б, д.

Особо быстроходный радиально-упорный шарикоподшипник в универсальном исполнении (рис. 5.1, г) предназначен для восприятия радиальной и осевой нагрузок. Подшипники собирают в комплекты (два, три или четыре подшипника). Для обеспечения высокой точности вращения шпиндели устанавливают в подшипниках повышенных классов точности; высокий (5 кл.), прецизионный (4 кл.), сверхпрецизионный (2 кл.) [9].

Методы смазывания во многом определяют надежность работы шпиндельного узла. Для подшипников качения применяют жидкий либо твердый смазочный материал. Примерные границы применимости различных методов смазывания по параметру (dn)_max указаны в табл. 5.3.

Таблица 5.3