Jednostka wrzeciona tokarskiego: właściwości użytkowe

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Wrzeciono obrabiarek jest zwykle przedstawiane jako jeden z elementów mechanizmu napędowego odpowiedzialnego za mocowanie i kształtowanie przedmiotu obrabianego. Jednocześnie jego interfejs z elektrownią, częścią nośną i osprzętem roboczym bloku jest tak szczelny, że możemy mówić o całej infrastrukturze tej części. Tak czy inaczej, zespół wrzeciona (SHU) należy traktować jako odpowiedzialny mechanizm podstawowy maszyny, pełniący funkcję przenoszenia momentu obrotowego i kierowania siłą obróbki.

Przegląd produktów

Ten mechanizm jest również nazywany wrzecionem silnikowym i stanowi jedną z kluczowych jednostek montażowych nowoczesnych maszyn do obróbki drewna i metalu. Wydajność, aw jeszcze większym stopniu dokładność mechanicznego uderzenia w przedmiot obrabiany, zależy od jego właściwości. Jak już wspomniano, mówimy o całym kompleksie elementów,stanowiące podstawę jednostek wrzecionowych. Podstawą tego mechanizmu są wsporniki, system smarowania, uszczelnienia, przenoszenie momentu obrotowego i części łożyskowe. Przeważnie są to elementy, które pełnią funkcje wspomagające i pomocnicze, aby zapewnić pracę dyszy w postaci narzędzia tnącego.

Powszechnie przyjmuje się, że potencjał mocy obrabiarek zależy przede wszystkim od silnika. To prawda, ale tylko częściowo. Na przykład zespoły wrzecion maszyn do cięcia metalu mają własny zakres częstotliwości obrotów, co powoduje ograniczenia prędkości skrawania. Ale ważne jest, aby zrozumieć, że ten zakres jest bardziej funkcją dostosowania optymalnej szybkości przetwarzania przy wsparciu wystarczająco wysokiej dokładności.

Kolejną z kluczowych funkcji wrzeciona jest bezpośrednie trzymanie narzędzia skrawającego, aw niektórych przypadkach samego przedmiotu obrabianego. Do tego rodzaju mocowania stosuje się specjalne zaciski i zaciski, takie jak uchwyt narzędziowy i wkłady. Dlatego ważne jest uwzględnienie charakterystyki wrzeciona przy doborze oprzyrządowania według wymiarów chwytu i określeniu dopuszczalnych parametrów procesu obróbki.

Projekt ShU

Podczas opracowywania rozwiązania konstrukcyjnego wrzeciona silnika, wykonawcy zadań powinni skupić się na maksymalnym zmniejszeniu obciążeń dynamicznych i wibracyjnych mechanizmu. Osiągnięcie tej jakości grupy roboczej bezpośrednio wpływa na trwałość maszyny i jakość obróbki. Z tego powodu montaż wrzeciona jest coraz częściejzaprojektowane jako samodzielne urządzenie w oddzielnej obudowie, zwanej wrzeciennikiem.

Następujące dane są traktowane jako dane początkowe algorytmu projektowania:

• Moc.
• Dokładność obrotu.
• Szybkość.
• Maksymalne ogrzewanie podpór.
• Odporność na wibracje.
• Sztywność.

Na podstawie początkowych parametrów wybierany jest schemat strukturalny, szczegóły układu i materiały produkcyjne. Rodzaj przyszłej maszyny ma również wpływ na dobór pewnych rozwiązań konstrukcyjnych. Na przykład konstrukcja zespołów wrzecion do urządzeń do obróbki precyzyjnej opiera się na rozmieszczeniu łożysk hydrodynamicznych, które mogą zapewnić dokładność działania mechanicznego w zakresie od 0,5 do 2 mikronów. W przypadku szczególnie szybkich jednostek z wewnętrznymi głowicami szlifierskimi stosuje się specjalne łożyska ślizgowe, które wymagają smarowania powietrzem. Zazwyczaj zasady konstruowania podstawy wrzeciona z naciskiem na wspieranie wysokich prędkości obróbki od 600 obr./min są stosowane do wytaczania diamentowego i uniwersalnych maszyn do cięcia metalu. Parametry komponentów do obsługi niskich prędkości są tradycyjnie obliczane dla frezarek, rewolwerów i wiertarek. Tutaj obowiązuje zasada, im delikatniejsza dokładność działania mechanicznego, tym wyższy powinien być moment obrotowy na wrzecionie. Do złożonej obróbki zgrubnej i skrawania używane są konfiguracje o niskich obrotach.

Obliczanie zespołu wrzeciona

Bsztywność jest uważana za główną cechę projektową. Wyrażana jest jako wskaźnik przemieszczeń sprężystych w strefie obróbki pod wpływem całkowitej siły działającej od własnego odkształcenia sprężystego wrzeciona wraz z jego elementami nośnymi. Wytrzymałość jest również wykorzystywana do charakteryzowania mocno obciążonych zespołów, a w przypadku wrzecienników o wysokich obrotach, minimalna wartość rezonansu, tj. wysoka odporność na wibracje, będzie kluczowym czynnikiem udanej obróbki.

Praktycznie wszystkie zespoły wrzecion dla maszyn do cięcia metalu są oddzielnie obliczane pod kątem dokładności cięcia. To obliczenie jest wykonywane dla łożysk w oparciu o współczynnik bicia promieniowego końcówki wrzeciona. Dopuszczalna wartość bicia zależy od klasy dokładności projektu, w definicji której projektanci wychodzą od wymagań dla procesu obróbki.

Wskaźnik bicia promieniowego na wewnętrznej powierzchni pierścienia łożyska zależy od jego mimośrodowości oraz błędów bieżni z elementami tocznymi. Ten parametr dokładności wyraża się efektem tzw. wędrownego rytmu. W procesie kontroli łożysk określa się ich zgodność z ustalonymi normami, po czym w przypadku wykrycia odchyleń produkty można przesłać do rewizji. Wśród środków mających na celu dalszą poprawę dokładności łożysk do montażu wrzeciona podczas montażu można wyróżnić:

• Mimośrody pierścieni wewnętrznych i czopów łożysk są w przeciwnych kierunkach.
• Mimośrody pierścieni zewnętrznych łożyska iotwory korpusu są również umieszczone w przeciwnych kierunkach.
• Podczas montażu mimośrodów pierścieni wewnętrznych łożysk tylnej i przedniej części, muszą one być utrzymywane w tej samej płaszczyźnie.

Wydajność ShU

Sztywność i dokładność zestawu ważnych wskaźników technicznych i fizycznych wrzeciona nie są ograniczone. Wśród innych istotnych właściwości tego mechanizmu warto podkreślić:

• Odporność na wibracje. Zdolność SHU do zapewnienia stabilnego obrotu bez oscylacji. Całkowite wyeliminowanie efektu drgań nie jest możliwe, jednak dzięki starannym obliczeniom projektowym można go zminimalizować poprzez zmniejszenie wpływu źródeł drgań poprzecznych i skrętnych, takich jak siły pulsacyjne w strefie obróbki oraz moment obrotowy w napędzie maszyny.
• Szybkość. Charakterystyka prędkości zespołu wrzeciona, odzwierciedlająca ilość obrotów na minutę pozwoliła na uzyskanie optymalnych warunków pracy. Innymi słowy, maksymalna dopuszczalna prędkość obrotowa, która jest określona przez właściwości konstrukcyjne i technologiczne produktu.
• Podgrzewanie łożysk. Intensywne wytwarzanie ciepła jest naturalnym czynnikiem pochodnym podczas obróbki z dużymi prędkościami. Ponieważ ogrzewanie może prowadzić do deformacji podstawy elementu, wskaźnik ten należy obliczyć podczas projektowania. Najbardziej wrażliwym na ciepło elementem zespołu jest łożysko, którego zmiana kształtu może pogorszyć działanie wrzeciona. W celu ograniczenia procesów deformacji termicznej producenci powinni:przestrzegać norm dopuszczalnego nagrzewania zewnętrznych pierścieni łożyska.
• Nośność. Określony na podstawie współczynnika wydajności łożysk wrzeciona w warunkach maksymalnych dopuszczalnych obciążeń statycznych.
• Wytrzymałość. Wskaźnik czasu wskazujący liczbę godzin pracy produktu przed remontem. Zakładając, że sztywność osiowa i promieniowa zespołu wrzeciona jest zrównoważona, trwałość może sięgać 20 tysięcy godzin. Minimalny czas do uszkodzenia to dwa i pięć tysięcy godzin, co jest typowe odpowiednio dla szlifierek i szlifierek wewnętrznych.

Materiały do wykonania SHU

Dobór materiałów na podstawę elementu wrzeciona jest również czynnikiem zapewniającym określone właściwości techniczne i eksploatacyjne sprzętu. W agregatach do docierania, gwintowania i wiercenia nacisk kładzie się na ochronę przed działaniem momentu obrotowego, a zespół wrzeciona np. frezarki jest montowany w oparciu o działanie momentów zginających. W każdym przypadku materiał musi mieć wystarczającą odporność na zużycie na powierzchni uruchamiającej oraz na czopie łożyska. Stabilność kształtu i wymiarów jest głównym warunkiem prawidłowego działania produktu, w dużej mierze zależnym od właściwości gatunku użytego materiału.

W maszynach o klasach dokładności H i P stosuje się wrzeciona wykonane ze stopów stali o gatunkach 40X, 45, 50. W niektórych przypadkach decyzje projektowe mogąwymagają i specjalnego uszlachetniania metalu poprzez hartowanie z indukcyjnym działaniem termicznym. Zwykle hartowanie produktów poprzez hartowanie jest stosowane na powierzchniach roboczych i czopach łożysk jako najbardziej krytycznych części części.

W przypadku elementów o skomplikowanym kształcie ze stożkowymi otworami, rowkami, kołnierzami i stopniowanymi przejściami stosuje się stal utwardzaną objętościowo. Ta technologia obróbki jest dozwolona tylko dla detali, z których planowane jest wykonanie przednich części zespołów wrzecion maszyny z późniejszym nawęglaniem. W tym przypadku stosuje się stale 40XGR i 50X.

Sprzęt o klasach dokładności A i B jest dostarczany z wrzecionami wykonanymi ze stali o gatunkach 18KhGT i 40KhFA, azotowanej. Proces obróbki azotem jest wymagany w celu zwiększenia twardości części, a także zachowania pierwotnego kształtu i wymiarów. Zwiększenie wytrzymałości i stabilności strukturalnej jest warunkiem wstępnym dla wrzecion stosowanych w układach z płynnym tarciem.

W uproszczonym układzie sterowni wymagania dotyczące materiałów nie są tak wysokie. Elementy o prostych kształtach mogą być wykonane z gatunków stali 20Kh, 12KhNZA i 18KhGT, ale nawet w tym przypadku półfabrykaty są wstępnie poddawane hartowaniu, nawęglaniu i odpuszczaniu.

Modele strukturalne ShU

Główny udział mechanizmów wrzecionowych stosowanych w nowoczesnych obrabiarkach ma urządzenie dwułożyskowe. Taka konfiguracja jest optymalna z punktu widzenia optymalizacji sprzętu i wygody organizacji technicznej.proces produkcji. Jednak duże przedsiębiorstwa korzystają również z modeli z dodatkowym wsparciem z trzeciego filaru.

Konfiguracje rozmieszczenia łożysk są również niejednoznaczne pod względem metod implementacji. Obecnie istnieją tendencje do przenoszenia krytycznych funkcji regulacyjnych na obszar wrzeciennika, co zmniejsza wpływ efektów termicznych. W prostych modelach zespołu wrzeciona stosowane są łożyska wałeczkowe, co również minimalizuje ryzyko odkształcenia na skutek wydzielania się ciepła oraz zwiększa skuteczność regulacji. Jednocześnie, wraz ze wzrostem sztywności i wzrostem dokładności obrotu, takie mechanizmy mają wadę w postaci spadku prędkości. Dlatego ta konfiguracja najlepiej nadaje się do tokarek o niskich prędkościach.

Wolnoobrotowe agregaty szlifierskie są również wyposażone w łożyska wałeczkowe w przedniej części nośnej, a tylna strona jest wyposażona w podwójne elementy skośne. W szczególności w taki sposób implementowane są jednostki wrzecionowe w konstrukcjach szlifierek tarczowych i wewnętrznych. Aby uprościć układ funkcjonalny jednostki, pozwalają również łożyska stożkowe. Takie rozwiązanie w odniesieniu do zespołów frezujących eliminuje potrzebę dołączania grupy łożysk osiowych. Dzięki temu zachowany jest optymalny margines sztywności, ale wraz z nim problemy z generowaniem ciepła przy ograniczonym momencie obrotowym nigdzie nie idą.

Kontrola jakości produktu

Po zmontowaniu wrzeciennika sprawdzane jest napięcie wstępne grupy łożysk. Ta operacjaniezbędne do oceny gotowości mechanizmu do pełnowartościowych obciążeń. Kontrola odbywa się poprzez załadowanie urządzenia za pomocą podnośnika i dynamometru. Pomiary dokonywane są bezpośrednio za pomocą przyrządów wskaźnikowych, w tym głowic pomiarowych, czujników, mikrokatorów itp. Przyrząd pomiarowy montowany jest na wrzecienniku jak najbliżej łożyska przedniego. Podczas ustalania skokowej zmiany obciążenia budowany jest wykres przemieszczeń końca wrzeciona.

Sztywność zespołu wrzeciona obrotowego wraz z elementami wsporczymi jest kontrolowana metodą pomiaru dwupunktowego. Najpierw na liniowej części krzywej obciążenia ustawiane są dwa punkty kontrolne. Ponadto dla każdej linii rejestrowane są dane odkształcenia, po czym wykonywane jest porównanie. Jako standardowe wskaźniki można stosować zarówno wartości projektowe, jak i liczby z ogólnych wymagań technicznych dla maszyny. Ponadto złożone dane do porównań, uzyskane w wyniku badań, należy przedstawić w postaci średnich arytmetycznych. W ten sam sposób wykonuje się pomiary obciążeń osiowych i promieniowych z ustaleniem szczelin powstałych między łożyskami.

W przypadku wykrycia odchyleń od wartości standardowych, następuje regulacja napięcia wstępnego luzu. Podczas serwisowania zespołów wrzecion tokarki do takich zadań stosuje się technikę podpór grzewczych. W warunkach ekspozycji termicznej termometrów i termopar w pewnym zakresie nakrętki są dokręcane i regulowane.

Uszczelki do mechanizmu SHU

Skład wrzeciennika obejmuje ispecjalne uszczelki zwiększające właściwości izolacyjne i uszczelniające mechanizmu. Po co to jest? Ponieważ przepływ pracy tokarki wiąże się z uwalnianiem dużych ilości drobnych odpadów w warunkach smarowania, zatykanie części funkcjonalnych jest powszechne. W związku z tym podczas montażu zespołu wrzeciona należy zapewnić urządzenia, które chronią elementy robocze przed kurzem, brudem i wilgocią. Po to jest uszczelniacz. Z reguły jest to materiał eksploatacyjny w postaci pierścienia, który montowany jest na wrzecionie za pomocą paska centrującego. Podczas pracy mechanizmu wymagana jest jego okresowa wymiana lub regulacja położenia. W warunkach zwiększonego zanieczyszczenia zewnętrznego można dodatkowo zastosować ochronny pierścień ślizgowy. Jeśli maszyna pracuje ze średnimi lub niskimi prędkościami, należy również zamocować uszczelkę wargową.

Konserwacja SHU

Głównym zadaniem personelu podczas pracy wrzeciennika jest monitorowanie smarowania jego części. Odbywa się to zwykle przez natryskiwanie na powierzchnie obracających się kół zębatych, wirników i elementów dysków. Optymalny skład tego rodzaju smaru powinien mieć wskaźnik lepkości 20 po podgrzaniu do 50 ° C. Konstrukcje zespołu wrzeciona frezującego przewidują możliwość kierowania oleju do łożyska przez kolektor lub bezpośrednio do zespołu roboczego. Co więcej, część olejku powinna pozostać nawet po zakończeniu sesji roboczej. Stary zanieczyszczony płyn jest zastępowany nowym. Aby uprościć proces napełniania w nowoczesnych maszynach, dopływ oleju obiegowego jest zorganizowany jednocześnie ze skrzynią biegów i wrzecionem w trybie automatycznym, gdy masa odpadów jest odprowadzana.

Poza aktualizacją oleju konieczne jest utrzymanie stanu technicznego mechanizmu. Problemy techniczne i konstrukcyjne mogą powstać z powodu przegrzania, nadmiernego odkształcenia, wysokich wibracji lub zwarcia międzyzwojowego. Typowa naprawa zespołów wrzeciona w ramach procesu produkcyjnego może polegać na wymianie uszkodzonych części, materiałów eksploatacyjnych lub odbudowie gniazd. Na przykład podczas deformacji lub montażu nowych elementów, czasami wymagana jest dodatkowa korekta gniazd lub samych części poprzez ostrzenie, szlifowanie, docieranie lub budowanie.

Produkcja SHU w Rosji

Niektóre elementy wrzeciona wymagane do kompletowania obrabiarek są produkowane przez krajowych producentów w ich własnych zakładach obrabiarek, w oparciu o rozwój i doświadczenie przemysłu radzieckiego. Praktycznie nie ma problemów z produkcją konwencjonalnych zespołów wrzeciona napędowego do frezarki lub jednostek tokarskich, które nie są nastawione na obróbkę o wysokiej precyzji. Jednak nowoczesne elektrowrzeciona high-tech są produkowane w Rosji tylko w częściach i na bazie importowanych komponentów. Ograniczenia te związane są nie tylko z brakiem zaawansowanych technologii w tym obszarze, ale również z brakiem wykwalifikowanej kadry, która musi rozwiązywać problemy inżynieryjne i produkcyjne.

Wniosek

Wrzeciono jest jednym z centralnych elementów funkcjonalnych różnego rodzaju obrabiarek. Dokładność wykonywania operacji roboczych, ergonomia sterowania urządzeniem oraz sprawność regulacji potencjału mocy mechanizmu napędowego zależą od jakości jego głównych funkcji. Dlatego tak ważne jest zwrócenie uwagi na charakterystykę zespołu wrzeciona w tokarce przy jego wyborze. Dotyczy to nie tylko segmentu przemysłowego, w którym wykonywane są operacje obróbki w linii. Zwykły mistrz domu, który wykonuje proste operacje w garażu lub wiejskim domu, powinien również posiadać podstawową wiedzę na temat wrzeciennika. Umiejętność obsługi mechanizmu wrzeciona sprawi, że praca będzie bardziej niezawodna, a konserwacja maszyny bardziej ekonomiczna.