Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

АЭРОСТАТИЧЕСКИЕ ШПИНДЕЛЬНЫЕ ОПОРЫ С ЧАСТИЧНО ПОРИСТОЙ СТЕНКОЙ ВКЛАДЫША

Космынин А.В., Шаломов В.И.

Достижение высокой точности и параметрической надежности металлообрабатывающего оборудования является важной проблемой высокоразвитого машиностроения.

Уже на стадии проектировочных расчетов требуется создание таких узлов и элементов станков, которые бы в течение всего эксплуатационного периода обеспечивали заданную точность обработки. Исследования по оценке влияния различных факторов на точность обработки говорят, что ее до 80% определяет шпиндельный узел (ШУ). Поскольку движение формообразования осуществляется шпинделем и шпиндельными подшипниками, то именно они вносят решающий вклад в выходные характеристики.

Работа ШУ на опорах качения сопровождается нестабильной траекторией движения шпинделя, тепловыми смещениями подшипниковых узлов, периодическим изменением жесткости подшипников, что связано с изменением угла поворота сепаратора с комплектом тел качения и т.д. Применение в конструкциях высокоскоростных ШУ гидростатических подшипников приводит к ограничению частоты вращения шпинделя (из-за потерь на трение) и усложнению конструкции опорного узла. Шпиндели на электромагнитных опорах пока не нашли широкого применения в ШУ вследствие сложности и высокой стоимости шпинделей и электронных систем управления. Таких недостатков лишены ШУ с подшипниками на газовой смазке.

Наибольший эффект применения опор на газовой смазке в станкостроении достигнут при создании высокоскоростных ШУ фрезерно-сверлильных станков для обработки плат печатного монтажа, внутришлифовальных и расточных станков для обработки отверстий малых диаметров.

Многолетний опыт ЭНИМС по эксплуатации высокоскоростных ШУ на газовых опорах в условиях мелкосерийного и серийного производства позволил выявить их основные преимущества по сравнению с ШУ на опорах качения: большая долговечность, определяемая временем работы шпинделя при неизменном качестве шлифования; большая масса и жесткость шпинделя, уменьшающие чувствительность к дисбалансу оправки и круга, позволяют улучшить качество шлифуемой поверхности; отсутствие времени для прогрева шпинделя; значительно меньший (в 4…5 раз) уровень вибрации; меньший износ шлифовального круга.

Газовые опоры ШУ имеют и определенные недостатки, которые заключаются в относительно небольшой жесткости, несущей и демпфирующей способности смазочного слоя. Поэтому такие опоры применяют в малонагруженных ШУ, когда динамические нагрузки малы, а статические регламентированы.

Анализ промышленных конструкций ШУ с опорами на газовой смазке показывает, что в их состав входят подшипники с дроссельными ограничителями расхода, характеристики которых достаточно хорошо изучены. Между тем, теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в КнАГТУ, позволили сделать вывод, что имеется заметный резерв улучшения эксплуатационных характеристик ШУ путем использования аэростатических подшипников с частично пористой стенкой вкладыша.

Так, расчетным путем установлено, что в области рабочих значений нагрузок, воспринимаемых валом, коэффициент радиальной жесткости частично пористых подшипников выше, чем у шпиндельных опор с дроссельными отверстиями в среднем на 10…30%, коэффициент угловой жесткости на 30…35%, коэффициент несущей способности на 10…20%.

Дополнительно проведено сравнение жесткости на шлифовальном круге шпинделя, работающего на газостатических опорах с пористыми вставками и дроссельными отверстиями на примере их применения в отраслевой конструкции электрошпинделя мод. А24/25. Получено, что при установке шпинделя на опоры с частично пористой стенкой вкладыша жесткость на шлифовальном круге можно увеличить примерно на 23%.

Экспериментальные исследования шпинделя на газовых опорах с пористыми и дроссельными ограничителями расхода показали на повышение точности вращения шпинделя (16…22%) при работе на частично пористых подшипниках.

Результаты исследований эксплуатационных характеристик аэростатических подшипников с частично пористой стенкой вкладыша легли в основу создания высокоскоростного шпиндельного узла, внедренного в производство в Комсомольском-на-Амуре филиале ОАО «ОКБ Сухого». Шпиндельный узел эксплуатируется в составе шлифовального станка мод. 3А228.

При избыточном давлении воздуха 0,5 МПа шпиндель развивает частоту вращения 32000 мин –1 и быстроходность n, равную 9,6×105 мм/мин.

Испытания опытного образца внутришлифовальной головки показали хорошее качество шлифуемой электрокорундовым кругом 25СТ18К поверхности отверстий (сталь Х18Н10Т, шероховатость  не более 0,04 мкм), высокую точность ее обработки (отклонение от круглости не более 0,2 мкм, волнистость поверхности на доводочном режиме не обнаружена) и безотказную работу газовых опор. Установлено также, что при работе на разработанной конструкции головки износ шлифовального круга уменьшается в 1,4 раза по сравнению с отраслевой конструкцией головки мод. ВШГ 000.000РЭЭ на опорах качения. При этом производительность труда возрастает в 2,3 раза.


Библиографическая ссылка

Космынин А.В., Шаломов В.И. АЭРОСТАТИЧЕСКИЕ ШПИНДЕЛЬНЫЕ ОПОРЫ С ЧАСТИЧНО ПОРИСТОЙ СТЕНКОЙ ВКЛАДЫША // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 2. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=221 (дата обращения: 23.09.2021).

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