Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ НА БЕСКОНТАКТНЫХ ОПОРАХ

Блинков С.С. Тихова М.Е.

Производительность, надежность, высокая точность металлообрабатывающего оборудования является важной проблемой машиностроения. Поэтому к шпиндельному узлу предъявляются высокие требования по обеспечению высокой точности вращения, быстроходности, параметрической надежности и т.д. Поскольку движение формообразования осуществляется шпинделем и шпиндельными подшипниками, то именно они вносят решающий вклад в выходные характеристики шпиндельных узлов. В современных конструкциях высокоскоростных ШУ применяют опоры качения, гидростатические, гидродинамические, электромагнитные и газостатические подшипники. Каждый из этих типов опор имеет свои преимущества и недостатки. Так, для подшипников качения предельная быстроходность составляет всего 1,4·106 мм мин-1. Кроме того, потеря заданной точности вращения наступает после 1000...2000 часов работы ШУ, что связано с износом тел качения и колец подшипников. К изменению точности механообработки ведет также увеличение температуры опор качения [1]. Применение электромагнитных опор ведет к росту стоимости шпиндельного узла из-за необходимости использования сложной электронной аппаратуры и дополнительных периферийных компонентов, а так же не высокой несущей способности [2]. Недостаток опор скольжения с жидкой смазкой (как гидродинамических, так и гидростатических), состоит в значительном выделении тепла в результате относительного скольжения слоёв смазки, поскольку мощность, затрачиваемая на трение, пропорциональна вязкости смазки и квадрату скорости вращения. Шпиндельные газостатические опоры способны развить быстроходность до 2,5·106 мм мин-1 и обеспечить точность вращения шпинделя, равную 0,02...0,04 мкм. Преимущества высокоскоростных шпинделей на газовых опорах состоит в простоте конструкции и независимости от температурных режимов. Главным недостатком газовых подшипников является невысокая несущая и демпфирующая способность смазочного слоя, что при повышенных силах резания ведёт к снижению точности обработки и возможной потери устойчивой работы подшипника. Поэтому также опоры применяют в малонагруженных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы. Улучшить эксплуатационные характеристики шпиндельных газостатических подшипников можно за счет применения газовых опор с частично пористой стенкой вкладыша, стационарные характеристики которых к настоящему времени исследованы достаточно полно. Поэтому главной задачей усовершенствования бесконтактных опор является разработка комбинированных опор - газомагнитных, где недостатки газовых опор (невысокая несущая способность) можно компенсировать магнитными силами, а недостатки магнитных опор (неустойчивое положение и, как следствие сложная система управления) самоустанавливающимися газовыми опорами. Результаты испытаний шпиндельного узла на точность обработки показали, что отклонение от круглости составляет не более 0,2 мкм (5, 6 квалитеты точности), волнистость - до 0,1 мкм, шероховатость поверхности Ra не более 0,03 мкм. Установлено также, что разработанная конструкция ШУ при работе опоры с включенным электромагнитом позволяет снизить износ шлифовального круга на 10 % по сравнению с работой ШУ в гибридном режиме с отключенным электромагнитом, и на 40 % по сравнению с отраслевой конструкцией шпинделя мод. ВШГ 000.000РЭЭ на опорах качения. При этом за счет увеличенной быстроходности шпиндельного узла сокращено операционное время обработки на финишных операциях в 2,8 раза, и 1,7 раза на предварительных операциях [3]. Применение магнитной силы позволяет повысить несущую способность газостатического подшипника. Повышение несущей способности подшипника позволит уменьшить время производственной операции, а значит, и увеличить производительность металлообрабатывающего оборудования. Кроме этого это позволит расширить технологическую зону применения шпиндельных узлов на газостатических подшипниках.

Список литературы

  1. Металлорежущие станки / В.Г. Беляев, А.А. Гаврюшин, А.А. Какойло и др.; под ред. В.Э. Пуш. - М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.
  2. Космынин А.В., Кабалдин Ю.Г., Виноградов В.С., Чернобай С.П. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов. - М.: Академия естествознания, 2006. - 219 с.
  3. Щетинин В.С. Основы проектирования высокоскоростных шпиндельных узлов на газомагнитных опорах / А.В. Космынин, В.С. Щетинин, А.С. Хвостиков. - Владивосток: Дальнаука, 2011. - 178 с.

Библиографическая ссылка

Блинков С.С., Тихова М.Е. РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ НА БЕСКОНТАКТНЫХ ОПОРАХ // Современные наукоемкие технологии. – 2012. – № 9. – С. 80-81;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=30936 (дата обращения: 30.03.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074