ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ШПИНДЕЛИ ТОКАРНОГО СТАНКА С ЧПУ

HIGH-SPEED CNC LATHE SPINDLES

Mohammed M. A.Saqer

Master's student, Department of Technology and Equipment of Mechanical Engineering, Moscow Polytechnic University,

Russia, Moscow

Yuri Maximov

scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, professor, Moscow Polytechnic University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрено повышение эффективности функционирования привода главного движения токарного станка с ЧПУ в условиях высокоскоростной обработки, путем использования высокоскоростных шпинделей. Также будут указаны конструкция высокоскоростных шпинделей и их компоновки.

ABSTRACT

The article discusses the increase in the efficiency of the main movement drive of a CNC lathe in high-speed processing conditions by using high-speed spindles. The design of high-speed spindles and their layout will also be indicated.

Ключевые слова: высокоскоростные шпиндели; высокоскоростная обработка; мотор с ременной передачей; мотор-шпинделя.

Keywords: high-speed spindles; high-speed machining; belt drive motor; spindle motor.

Конструкция высокоскоростного шпинделя:

При проектировании высокоскоростного шпинделя токарного станка возникают следующие вопросы:

1. Тип шпинделя: с ременной передачей или мотор-шпиндель (Электрический шпиндель);
2. Подшипники шпинделя: тип, количество, конфигурация, вид смазки;
3. Мотор: электродвигатель с ременной передачей или мотор-шпиндель, мощность, размеры
4. Приспособление для зажима заготовки;
5. Корпус шпинделя: вид монтажа, размеры.

В этой статье мы будем рассматривать высокоскоростные шпиндели.

1. Шпиндель с ременной передачей:

Высокоскоростной шпиндель с ременной передачей аналогичен обычному шпинделю с ременной передачей. шпиндель с ременной передачей включает в себя установленный в корпус шпиндельный вал на подшипниковых опорах. Он снабжён системами для зажима и разжима заготовки, причём механизм разжима заготовки в большинстве случаев монтируется извне. Мощность и крутящий момент передаются шпинделю от электродвигателя, который устанавливается близко от шпинделя. Посредством ременной передачи момент передаётся к шпинделю. Мощность, скорость шпинделя и момент определяются характеристиками электродвигателя и передаточным отношением ременной передачи.

Частота вращения таких шпинделей не превышает 12 000 – 15 000 об/мин.

Рисунок 1. Шпиндель с ременной передачей

Преимущества высокоскоростных шпинделей этого типа:

• Сравнительно низкая стоимость: стоимость шпинделя сравнительно низкая по сравнению с альтернативными решениями.
• Широкий диапазон технических данных.
• Высокая мощность и момент.

Однако следует отметить ограничения шпинделей с ременной передачей, особенно существенные при высокоскоростной обработке:

• Ограничение максимальной скорости.
• Ременная передача снижает нагрузочную способность подшипников.

2. Мотор-шпиндели (Шпиндель со встроенным мотором)

​

Рисунок 2. Объемное изображение современного мотор-шпинделя в разрезе

Мотор интегрирован в корпус шпинделя и обеспечивает возможность высоких скоростей вращения без ограничений, обусловленных ременными и зубчатыми передачами.

Шпиндель c встроенным мотором должен использовать электродвигатель в качестве части вала ротора. Опоры шпинделя обычно компонуют высокоскоростных прецизионных радиально-упорных шарикоподшипников. чтобы обеспечить необходимую точность вращения шпинделя и жесткость. Применяют как стальные, так и гибридные подшипник и (с керамическими телами качения).

Мотор-шпиндели характерны большая мощность (до 60 кВт), большая частота вращения (до 90000 об/мин) и номинальной частоты вращения, низкий уровень шума и вибраций.

Компоновки мотор-шпинделей для токарных станков с ЧПУ приведены на рис. 3:

Неподвижная передняя опора представляет собой пакет радиально-упорных шарикоподшипников, а в задней (плавающей) опоре установлен радиальный двухрядный или однорядный роликоподшипник с цилиндрическими роликами. В однорядных подшипниках потери на трение и соответственно выделение тепла до 50 % меньше, чем в двухрядных. Поэтому применение однорядных роликовых подшипников позволяет повысить частоту вращения шпинделя. Кроме того, из-за относительно малого нагрева эти подшипники могут монтироваться с малым зазором или без зазора.

Из трех приведенных на рис. 3 компоновок наиболее жесткой является последняя.

Рисунок 3. Компоновки мотор-шпинделей для токарных станков с ЧПУ

Устройство мотор-шпинделя:

Рисунок 4. Устройство мотор-шпинделя:

1 — шпиндель; 2 — ротор; 3 — корпус статора; 4 — статор; 5 — корпус; 6 — задняя стенка

Преимущества мотор-шпинделя:

По сравнению с традиционной конструкцией шпиндельных узлов Преимуществами мотор-шпинделя, являются

• небольшие габариты и вес, достигаемые путем специфической компоновки двигателя и шпиндельного узла.
• Конструкция мотор-шпинделя позволяет проводить бесступенчатое регулирование частоты вращения и уменьшить размеры и вес шпиндельного узла благодаря отсутствию коробки передач и некоторых других механизмов, а также сделать работу шпинделя практически бесшумной.

Однако такое устройство является конструктивно сложным и дорогостоящим.

Список литературы:

1. Чернянский П.М., ред. Проектирование автоматизированных станков и комплексов. Т. 1. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 336 с.
2. Чернянский П.М., ред. Проектирование автоматизированных станков и комплексов. Т. 2. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 303 с.
3. Королев Э.Г., Юденков Н.П., Арапов А.Н. Мотор — шпиндели для станков с ЧПУ // Станки и инструмент. 1986. № 2. С. 8–9.
4. Ягопольский А.Г., Комкова Т.Ю. Особенности применения современных электроприводов в оборудовании прокатных комплексов // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 1–6. URL: https://science-education.ru/article/view?id=20309.
5. ДУРКО Е. М., Влияние механических передач на динамику привода главного движения. / ДУРКО Е. М.,Мусин Б.И., // ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» (УГАТУ). Вестник УГАТУ. Т. 17, № 8 (61). С. 63–68 УДК 621.91.