книги из ГПНТБ / Фигатнер, А. М. Повышение точности шпиндельных узлов на подшипниках качения учебное пособие

ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРАВЛЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

У Н И В Е Р С И Т Е Т Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О П Р О Г Р Е С С А

В М А Ш И Н О С Т Р О ' Е Н И И

Допущено научно-методическим советом в качестве учебного пособия для слушателей заочных курсов повышения квалифика­ ции ИТР по ремонту технологического оборудования машиностроительных заводов

А. М. ФИГАТНЕР

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ

ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ НА ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ

М о с к в а

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1974

Ф49

УДК (621.822—l87.4~J-62i.94i—229.3). 004. 64

i b ' - i J 6 H 9 * y

A. M. Фигатнер. Повышение точности шпиндельных узлов па под­ шипниках качения. М., «Машиностроение», 1974, 42 с.

В брошюре рассмотрены вопросы, связанные с повышением точ­ ности, жесткости, быстроходности шпиндельных опор с подшипни­ ками качения при ремонтах металлорежущих станков. Даны прак­ тические рекомендации по повышению работоспособности шпин­ дельных узлов при ремонтах. Табл. 12, ил. 17, список лит. 13 назв.

Председатель научно-методического совета заочных курсов повы­ шения квалификации ИТР по ремонту технологического оборудова­ ния машиностроительных заводов Ю. С. Борисов.

Научный редактор Н. А. Колбасников.

Университет технического прогресса в машиностроении при НТО Машпром, 1974 г.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ПРЕЦИЗИОННЫХ подшипниковых УЗЛОВ

Точность вращения валов, жесткость подшипниковых опор, температура подшипников и динамические свойства (устойчи­ вость против вибраций) системы вал—подшипник во многих слу­

станков, применительно к которым рассматриваются проблемы повышения точности шпиндельных узлов.

У современных прецизионных станков с числовым програм­ мным управлением (ЧПУ), для скоростного и силового шлифо­ вания шпиндельные узлы должны удовлетворять высоким требо­ ваниям: радиальное и осевое биение шпинделя в пределах 1—3 мкм, погрешность формы (некруглость) обрабатываемых деталей 0,8—2,5 мкм (токарные, расточные станки) и 0,2—0,6 мкм (шли­ фовальные, отделочно-расточные станки). Жесткость шпиндель­ ных узлов станков (у фланца) достигает 150—200 кгс/мкм; на­ грев шпиндельных опор (избыточная температура) не превыша­ ет 8—20°С.

Конструкция, изготовление и эксплуатация шпиндельных уз­ лов должны обеспечивать сохранение точности длительное время.

Точность вращения шпинделей станков

Главным источником погрешности вращения шпинделя явля­ ются (рис. 1):

эксцентриситет отверстия внутреннего кольца подшипника по отношению к дорожке качения (рис. 1, а);

Рис. 1. Источники погрешности вращения шпинделя

некруглость дорожек качения (рис. 1, б);

гранность и волнистость дорожек качения (рис. I, в); разноразмерность и некруглость тел качения (рис. 1, г). Величина биения шпинделя определяется совместным дейст­

вием этих погрешностей. Поэтому в современном станкостроении рассматривают две величины, характеризующие точность шпин­ деля: радиальное биение шпинделя и биение оси вращения шпин­ деля.

Радиальное биение шпинделя измеряют хорошо известным; способом с помощью индикатора. Измерение смещения оси вра­ щения шпинделя — операция значительно более сложная и тру­ доемкая. Это делают следующим образом. Установив оправку и индикатор, поворачивают шпиндель с шагом 30 или 45° в течение 10 оборотов и записывают показания индикатора. Таким образом составляется таблица из 12 (8) колонок и 10 строк. Путем опре­ деленных математических операций — графоаналитическим спо­ собом или на ЭЦВМ получают кривые, характеризующие точ­ ность вращения шпинделя (рис. 2). На рис. 2 по оси абсцисс от­ ложен угол ср° поворота, по оси ординат—соответствующие сме­ щения у в мкм. Верхняя кривая уц характеризует биение Я? шпинделя; вторая (сверху) кривая уг характеризует погрешно­ сти, обусловленные главным образом разноразмеркостыо тел качения (мера погрешности — размах #i); третья кривая ут характеризует погрешности, обусловленные некруглостью, гран-

Размах кривой смещения оси вращения шпинделя Я — обоб­ щенная характеристика точности вращения шпинделя. Эту ве­ личину можно определить также путем непосредственного изме­

превышать 0,5 мкм при аттестации станков класса точности Я и П, 0,3 мкм при аттестации станков класса точности В и 0,2 мкм при аттестации станков класса точности А и С.

4

М * - т м

Рнс. 2. Результаты аттестации точности вращения шпинделей двух станков:

ется в следующем. Шариковая оправка (рис. 3 ) выверяется с по­ мощью установочных винтов до тех пор, пока радиальное биение шарика становится минимальным. Затем при медленном вра­ щении шпинделя включается записывающее устройство. Измере­ ния выполняют с помощью обычного микрокатора: 8—12 изме­ рений на 1-м обороте в течение 5—10 оборотов шпинделя (вруч­ ную) .

Вид А

Рис. 3. Шариковая оправка: 1— эпоксидный клей

Приведенные на рис. 2 данные показывают, что хотя резуль­

щения этих шпинделей, характеризуемая размахом Я смещения оси вращения, изменяется в 5,5 раза (5,5 мкм у первого станка и 1 мкм— у второго), т. е. в то время, как по обычному способу проверки это станки одного класса точности, фактически точ­ ность вращения шпинделя второго станка во много раз выше, чем первого.

Результаты сравнительных испытаний четырех токарных стан­ ков приведены в табл. 1. Из табл. 1 видно, что результаты изме­ рения радиального биения Я ср не совпадают ни с характеристи­ кой точности вращения Я, ни с величиной некруглости проточен­ ных образцов AR.

6

Например, величина радиального биения Я ср у станка № 1 на 74% больше, чем у станка № 3, а погрешность вращения шпинде­ ля меньше на 53% и погрешность формы обточенного образца

меньше на 47%.

В то же время величина Н близка к величине некруглости AR.

были изложены выше, все в большей степени служит для оцен­ ки качества шпиндельных узлов.

В ЭНИМСе начат выпуск специальных приборов модели ВЕ-47 для контроля точности вращения шпинделей станков [6]. На шпиндельной бабке устанавливают (под углом 90°) два емко­ стных датчика. Сигналы, поступающие от емкостных датчиков, усиливаются и передаются на пластины электронно-лучевой трубки. Предусмотрена компенсация колебаний, происходящих с частотой вращения шпинделя. С этой целью устанавливают гене­ ратор (сельсин), ротор которого вращается вместе со шпинде­ лем. Синусоидальное напряжение сельсина, подведенное к прибо­ ру, служит для подавления напряжения, обусловленного эксцен­ триситетом оправки. С помощью фильтров производится дальней­ ший анализ сигнала.

При помощи прибора ВЕ-47 могут быть зарегистрированы следующие параметры, характеризующие точность шпиндельно­ го узла: радиальное биение шпинделя Я ср (рис. 4, а)\ погреш­

ность вращения Н (рис. 4, б); частотные составляющие шпинде­ ля Hi и #з; траектория оси вращения шпинделя в полярных ко­ ординатах — фигура Лиссажу (рис. 4, в).

Подшипники качения для прецизионных шпиндельных узлов

Точность подшипников качения. Необходимой предпосылкой производства и ремонта шпиндельных узлов высокой точности является применение прецизионных подшипников качения.

С 1 января 1975 г. вводится в действие ГОСТ 520—71 (вза­ мен ГОСТ 520—55) «Подшипники шариковые и роликовые. Технические требования».

Между классами точности подшипников старого ГОСТ

Класс точности П и промежуточные классы точности ВП, АВ и СА по ГОСТ 520—55 в новый ГОСТ не включены.

На рис. 5 в качестве примера показаны допуски на радиаль­ ное биение внутренних колец подшипников.

При изготовлении новых шпиндельных узлов, их ремонте и модернизации рекомендуется применять подшипники классов точности, указанных в табл. 2.

В шпиндельных узлах станков нормальной точности, предназ­ наченных для использования на заготовительных и черновых опе­ рациях (отрезные, подрезные, обдирочные станки), или при срав­ нительно невысоких требованиях к точности обработки (свер­ лильные станки) следует применять подшипники классов точ­

8

шпиндельных узлах, у которых параметр быстроходности dn^>

рекомендуется применять подшипники класса точности 2 незави­

Необходимо иметь в виду, что в ряде случаев требуемая точ­ ность шпиндельных узлов (мастер-станков) достигается только отбором или доводкой подшипников непосредственно на заводеизготовителе станка. Для мастер-станков (координатно-расточ­ ные, зубошлифовальные, тяжелые шлифовальные и зубообраба­