Файл: Фигатнер, А. М. Повышение точности шпиндельных узлов на подшипниках качения учебное пособие.pdf

тывающие станки) такой способ является во многих случаях эко­ номически эффективным, так как затраты на отбор или довод­ ку подшипников могут быть ниже стоимости покупного сверхточ­ ного подшипника. Шпиндельные узлы таких станков следует ре­ монтировать или с участием завода-изготовителя, или с участием специализированных ремонтных заводов.

При ремонте импортных станков иногда возникает необходи­ мость в замене подшипников, выпущенных за рубежом, подшип­ никами ГПЗ.

Примерное соотношение между классами точности подшип­ ников, выпускаемых зарубежными фирмами, и классами точно­ сти подшипников по ГОСТ 520—71 указано в табл. 3.

3. Обозначения классов точности подшипников качения

* Эти обозначения используют также некоторые фирмы Франции, ФРГ, Японии приме­ нительно к роликоподшипникам типа 3182100 (NN 30К) и 4162900 (NN U49K).

Новые прогрессивные типы подшипников качения для метал­ лорежущих станков и типовые конструкции шпиндельных узлов.

В импортных станках, поступающих на машиностроительные за­ воды, часто встречаются подшипники качения новых типов: упор­ но-радиальные двухрядные шарикоподшипники с углом контак­ та 60°, конические роликоподшипники типа Garnet с полыми роликами, особо быстроходные радиально-упорные шарикопод­ шипники, упорные и комбинированные роликовые и игольчатые подшипники. В настоящее время ГПЗ осваивают производство

подшипников указанных типов.

Упорно-радиальные двухрядные шарикоподшипники (типа СКФ-234000) с углом контакта 60° применяют для работы в шпиндельных узлах металлорежущих станков совместно с пре­ цизионными двухрядными подшипниками с короткими цилинд­ рическими роликами типа NN30K (тип 3182100 по ГОСТ 7634— 56). Назначение упорно-радиальных шарикоподшипников — вос­ приятие осевой нагрузки, т. е. функционально он подобен обыч­ ному упорному шарикоподшипнику с углом контакта 90°. Жест­ кость упорно-радиальных шарикоподшипников выше, чем обыч­ ных упорных шарикоподшипников. Благодаря конструктивным особенностям (угол контакта 60°, шарики относительно мало­

10

го диаметра и соответственно более легкие, особое устройство сепаратора) упорно-радиальные шарикоподшипники работают при значительно (в 1,5—2,5 раза) более высоких частотах вра­ щения, чем обычные упорные шарикоподшипники. При равной частоте вращения нагрев упорно-радиальных шарикоподшипни­ ков существенно меньший, чем упорных шарикоподшипников.

Рис. 6. Новые типы подшипников качения для металлорежущих станков:

а — упорно-радиальные шарикоподшипники двухрядные с углом контак­ та 60°С; б — двухрядный конический роликоподшипник с буртом; в — однорядный конический роликоподшипник с встроенными пружинами (для задних опор шпинделей); г — комбинированный роликоподшипник для механизмов подач

Двухрядный упорно-радиальный шарикоподшипник (рис. 6, а) состоит из двух внутренних и двух наружных колец, двух ком­ плектов шариков с сепаратором и дистанционного кольца, кото­ рое предназначено для ограничения величины предварительного натяга.

Пример конструкции шпиндельного узла с подшипниками ти­ па 234400 показан на рис. 7, а.

Конические роликоподшипники типа Garnet (производство фирмы La Precision Industrielle, Франция) выпускают в пяти различных конструктивных исполнениях: двухрядный, с буртом на наружном кольце (см. рис. 66); однорядный, с буртом на на­ ружном кольце; двухрядный, без бурта на наружном кольце; од­ норядный, без бурта на наружном кольце; однорядный, с широ­ ким наружным кольцом и встроенными пружинами для предва­ рительного натяга (см. рис. 6, в).

Отличительными особенностями подшипников типа Garnet являются особая конструкция сепаратора (снабженного отвер­ стиями), который занимает почти все свободное пространство между дорожками качения наружного и внутреннего колец, и полые ролики. В результате создается система каналов, по кото-

11

рым под влиянием центробежных сил циркулирует смазка. У двухрядных роликоподшипников Garnet (см. рис. 6, б) количест­ во роликов, установленных в сепараторах переднего и заднего колец, различно (в сепараторе переднего кольца на один ролик больше). Это улучшает динамические свойства подшипника.

Наличие бурта на наружном кольце позволяет использовать при монтаже очень удобную базу в виде плоского торца шпин­ дельной бабки. Диаметры отверстий внутренних колец двухряд­ ного подшипника (переднего и заднего) неодинаковы; диаметр заднего кольца на несколько микрон больше, что обес­ печивает необходимую свободу перемещения заднего кольца под­ шипника при регулировке зазора-натяга. У подшипника типа Garnet (см. рис. 6,е) в свободной от роликов части наружного кольца размещаются пружины, необходимые для создания осе­ вого предварительного натяга роликоподшипников. Эти подшип­ ники устанавливают в задних опорах шпинделей (рис. 7, б).

Обеспечивая высокую точность, жесткость, динамическое ка­ чество, подшипники типа Garnet нагреваются больше, чем цилин­ дровые роликоподшипники типа 3182100, поэтому в ряде случаев необходимо применять специальные системы охлаждения и смазки.

Высокоскоростные радиально-упорные шарикоподшипники,

специально предназначенные для особо быстроходных шпиндель­ ных узлов (шлифовальные шпиндели), внешне не отличаются от известных радиально-упорных шарикоподшипников типа 36200Е (по ГОСТ 832—66). Однако особенности внутренней конструкции этих подшипников (центрирование текстолитового сепаратора по наружному кольцу, угол контакта 15°, увлеченное отношение ра­ диуса желоба к радиусу шарика) обеспечивают высокую работо­ способность подшипников при частотах вращения, характеризуе­ мых параметром быстроходности dn = 1,0- 10е мм ■об/мин (смазка масляным туманом) и dn = 0,6 • 10е мм-об/мин (пла­ стичная смазка).

Упорные и комбинированные роликовые и игольчатые подшип­ ники для механизмов подач станков, в первую очередь станков в ЧПУ, обеспечивают значительное (в 1,5—3 раза) повышение осевой жесткости опор ходовых винтов. Среди многообразия конструкций таких подшипников одним из наиболее перспектив­ ных является комбинированный подшипник фирмы 1NA (ФРГ) (см. рис. 6, г), где осевые (роликовые) и радиальный (игольча­ тый) подшипники органично соединены в общую конструкцию. Наличие проставочного кольца обеспечивает монтаж подшипника -с заранее заданным осевым предварительным натягом.

Рис. 7. Типичные конструкции шпиндельных узлов станков:

<а—с упорно-радиальным шарикоподшипником; б—с двухрядным коническим ■роликоподшипником; в — с крестово-роликовым подшипником (опора план­ шайбы)

13

Крестово-роликовые подшипники для планшайб станков

(рис. 7, в) обеспечивают восприятие радиальной и осевой нагру­ зок, а также значительного опрокидывающего момента в кару­ сельных, зуборезных станках и поворотных столах.

Подшипник представляет собой соединение двух конических роликоподшипников с общим наружным или внутренним коль­ цом. Внутреннее или наружное кольцо выполнено из двух ча­ стей: сближением этих колец создается предварительный натяг. Ролики установлены через один под углом 90° один к другому и разделены капроновыми вставками.

Такое устройство подшипников дает возможность выполнить «бесшпиндельную» конструкцию опоры столов карусельных, зу­ бофрезерных станков и делительных столов (рис. 7, в), т. е. сов­ местить в одной опоре функции круговых направляющих перед­

него и заднего подшипников.

В настоящее время в станкостроении все в большей степени распространяются два основных варианта конструкций шпинде­ лей станков (рис. 7 а, б), основанных на применении описанных

выше подшипников качения.

Входной контроль точности подшипников качения при изго­ товлении и ремонте станков. Нормы точности по ГОСТ 520—71,

равно как и аналогичные нормы по стандартам зарубежных стран, не определяют однозначно точность вращения колец под­ шипников. Это объясняется тем, что нормы ГОСТ устанавливают допуски на погрешности размеров, формы и взаимного располо­ жения присоединительных поверхностей подшипника (включая биение посадочных и торцовых поверхностей относительно доро­ жек качения), между тем (как это было показано выше) на точ­ ность вращения решающее влияние оказывают перечисленные в разделе «Точность вращения шпинделей станков» погрешности, регламентируемые внутренними нормами предприятий — изгото­ вителей подшипников.

В этой связи в СССР и за рубежом предложены новые спосо­ бы контроля, обеспечивающие оценку точности вращения колец подшипников, т. е. наиболее важного для применения в преци­ зионных опорах параметра качества подшипников. Точность вращения подшипников качения измеряют на приборах с об­ разцовым вращением — кругломерах. Такие приборы выпуска­ ет завод «Калибр» (модель 219), фирма Тайлор-Хобсон, Анг­ лия (модель 51) и др.

Контролируемый подшипник размещают на столе кругломера в специальном приспособлении (рис. 8.) с опорой 8, уста­ навливаемой бобышкой в отверстие в столе прибора. Проверяе­ мый подшипник устанавливают на опоре; наружное кольцо под­ шипника при этом вставляют в кольцо 3, которое винтами при­ креплено к опоре. Кольцо обеспечивает концентричность установ­ ки подшипника относительно отверстия в столе. Сверху подшип­ ник закрепляют кольцом 2. Во внутреннее кольцо подшипника

14

вставляют стакан 1, в котором размещено пружинное устройст­ во, обеспечивающее создание осевой нагрузки. Внутреннее коль­ цо подшипника зажимают между фланцем стакана и фланцем 7. Нагрузочное устройство состоит из вала 6, установленного на шпонке в опоре 8, упорного подшипника, стакана 4 и пружины. Пружину поджимают с помощью гайки 5.

Усилие пружины, размещенной в стакане 4, передается через шарики упорного подшипника и фланец к внутреннему кольцу контролируемого подшипника. Силовое замыкание осуществляет­ ся через шарики контролируемого подшипника.

В процессе измерений наружное кольцо подшипника непод­ вижно, а внутреннее кольцо приводится во вращение с помощью планки 9, устанавливаемой в пазу корпуса датчика кругломера. При вращении датчика планка, действуя на штифт, установлен­ ный в стакане 1, поворачивает стакан и вместе с ним внутреннее кольцо подшипника.

не ниже, чем точность деталей подшипников. Допустимые откло­ нения формы посадочных мест шпинделей и отверстий шпиндель­ ных бабок и гильз приведены в табл. 4 и 5.

Посадки прецизионных подшипников качения. На работу шпиндельных опор станков большое влияние имеет величина за­ зора-натяга посадки колец подшипников.

Рис. 10. Изменение формы дорожек качения при посадке кольца на некруг­ лую шейку вала:

а— форма шейки шпинделя (ДR = 7,0 мкм); б — форма дорожки качения подшипника (ДR = 1,5 мкм); в — то же, после установки кольца под­ шипника на шпиндель (ДR = 6,0 мкм); г — то же, после перекоса торца (ДR = 12 мкм); 1 — дорожка качения; 2 — отверстие

При увеличении натяга посадки растет внутренний натяг под­ шипника, чем обусловливается интенсивный рост температуры опор, особенно при высоких частотах вращения шпинделя. При установке наружных колец в корпус с натягом в процессе неиз­ бежных термоупругих деформаций происходит более интенсивное уменьшение зазора (увеличение внутреннего натяга подшипни­ ков), чем при установке колец подшипников в корпус с зазором. При посадке колец подшипников с натягом в ряде случаев вследствие нагрева происходит заклинивание опор.

С увеличением натяга посадки уменьшается податливость в стыке кольцо подшипника — корпус и увеличивается жест­ кость шпиндельного узла. Уже при малых значениях натягов посадки — порядка (—2) — (—3) мкм — жесткость близка к максимальной.

В связи с тем, что с ростом натяга посадки изменяется перво­ начально установленный внутренний зазор — натяг в подшип­ нике и вследствие этого растет нагрев опор, не следует увели­ чивать натяг посадки подшипников более, чем это минимально необходимо.

Из условия сохранения точности формы дорожек качения предпочтительными являются посадки колец подшипников с зазо­ рами или с очень малыми натягами. Практически такие сопря­ жения в подшипниках передней опоры шпинделей возможны лишь для легко нагруженных подшипников высокоскоростных шпинделей.

4*