Drehspindeleinheit: Leistungseigenschaften

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Die Spindel von Werkzeugmaschinen wird normalerweise als eines der Elemente des Antriebsmechanismus dargestellt, der für die Fixierung und Formgebung des Werkstücks verantwortlich ist. Gleichzeitig ist seine Schnittstelle mit dem Kraftwerk, dem Lagerteil und der Arbeitsausrüstung der Einheit so eng, dass wir über die gesamte Infrastruktur dieses Teils sprechen können. Auf die eine oder andere Weise sollte die Spindelbaugruppe (SHU) als verantwortlicher Grundmechanismus der Maschine betrachtet werden, der die Funktion der Übertragung des Drehmoments und der Leitung der Bearbeitungskraft erfüllt.

Produktübersicht

Dieser Mechanismus wird auch als Motorspindel bezeichnet und bildet eine der zentralen Baugruppen moderner Holz- und Metallbearbeitungsmaschinen. Die Leistung und mehr noch die Genauigkeit des mechanischen Schlags auf das Werkstück hängen von dessen Eigenschaften ab. Wie bereits erwähnt, sprechen wir von einem ganzen Komplex von Elementen,bilden die Basis von Spindeleinheiten. Stützen, Schmiersystem, Dichtungen, Drehmomentübertragung und Lagerteile bilden die Basis dieses Mechanismus. Meist handelt es sich dabei um Bauteile, die Stütz- und Hilfsfunktionen erfüllen, um den Betrieb der Düse in Form eines Schneidwerkzeugs zu gewährleisten.

Es ist allgemein anerkannt, dass das Leistungspotential von Werkzeugmaschinen in erster Linie vom Motor abhängt. Das stimmt, aber nur teilweise. Beispielsweise haben die Spindeleinheiten von Zerspanungsmaschinen einen eigenen Drehzahlbereich, der restriktive Bedingungen für die Schnittgeschwindigkeiten verursacht. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass dieser Bereich eher eine Funktion der Anpassung der optimalen Verarbeitungsrate mit Unterstützung einer ausreichend hohen Genauigkeit ist.

Eine weitere Schlüsselfunktion der Spindel ist das direkte H alten des Bearbeitungswerkzeugs und in einigen Fällen des Werkstücks selbst. Für diese Art der Befestigung werden spezielle Klemmen und Klemmen verwendet, wie ein Werkzeugh alter und Kassetten. Daher ist es wichtig, die Eigenschaften der Spindel bei der Auswahl eines Werkzeugs entsprechend den Abmessungen des Schafts und der Bestimmung der zulässigen Parameter des Bearbeitungsprozesses zu berücksichtigen.

ShU-Design

Bei der Entwicklung der konstruktiven Lösung für die Motorspindel sollten sich die Ausführenden auf die maximale Reduzierung dynamischer und vibrationsbedingter Belastungen der Mechanik konzentrieren. Das Erreichen dieser Qualität der Arbeitsgruppe wirkt sich direkt auf die Langlebigkeit der Maschine und die Verarbeitungsqualität aus. Aus diesem Grund wird die Spindelmontage zunehmendkonzipiert als eigenständiges Gerät in einem separaten Gehäuse, das als Kopfplatte bezeichnet wird.

Als Ausgangsdaten für den Designalgorithmus werden genommen:

• Leistung.
• Rotationsgenauigkeit.
• Schnelligkeit.
• Maximale Erwärmung für Stützen.
• Vibrationsfestigkeit.
• Steifigkeit.

Basierend auf den anfänglichen Parametern werden ein strukturelles Schema, Layoutdetails und Herstellungsmaterialien ausgewählt. Auch der Typ der zukünftigen Maschine hat Einfluss auf die Auswahl bestimmter Designlösungen. Beispielsweise basiert die Konstruktion von Spindelbaugruppen für hochpräzise Bearbeitungsmaschinen auf der Auslegung von hydrodynamischen Lagern, die eine Genauigkeit der mechanischen Wirkung im Bereich von 0,5 bis 2 Mikrometer gewährleisten können. Bei besonders schnelllaufenden Einheiten mit Innenschleifköpfen kommen spezielle Gleitlager zum Einsatz, die eine Luftschmierung erfordern. Typischerweise werden bei Diamantbohr- und Universalzerspanungsmaschinen die Prinzipien der Konstruktion einer Spindelbasis mit Betonung auf die Unterstützung hoher Bearbeitungsgeschwindigkeiten ab 600 U / min angewendet. Die Parameter von Komponenten zur Unterstützung niedriger Geschwindigkeiten werden traditionell für Fräs-, Revolver- und Bohrmaschinen berechnet. Hier gilt die Regel, je filigraner die Genauigkeit der Mechanik ist, desto höher sollte das Drehmoment an der Spindel sein. Für komplexes Schruppen und Schneiden werden Konfigurationen mit niedriger Drehzahl verwendet.

Berechnung der Spindelbestückung

BDie Steifigkeit wird als wichtigstes Konstruktionsmerkmal angesehen. Sie wird als Maß für elastische Verschiebungen in der Bearbeitungszone unter der wirkenden Gesamtkraft aus der elastischen Eigenverformung der Spindel mit ihren Stützelementen ausgedrückt. Festigkeit wird auch verwendet, um hochbelastete Baugruppen zu charakterisieren, und bei Spindelstöcken mit hoher Drehzahl wird ein minimaler Resonanzwert, d. h. eine hohe Vibrationsfestigkeit, ein Schlüsselfaktor für eine erfolgreiche Verarbeitung sein.

Praktisch alle Spindelbaugruppen für Zerspanungsmaschinen werden separat auf Schnittgenauigkeit berechnet. Diese Berechnung erfolgt für Lager auf Basis des Rundlaufkoeffizienten des Spindelendes. Der zulässige Rundlaufwert hängt von der Konstruktionsgenauigkeitsklasse ab, bei deren Definition die Konstrukteure von den Anforderungen an den Bearbeitungsprozess ausgehen.

Der Rundlaufindex auf der Innenfläche des Lagerrings hängt von seiner Exzentrizität und den Fehlern der Laufbahnen mit Wälzkörpern ab. Dieser Genauigkeitsparameter drückt sich durch die Wirkung des sogenannten Wanderbeat aus. Bei der Lagerkontrolle wird ihre Übereinstimmung mit den festgelegten Standards festgestellt, wonach die Produkte bei festgestellten Abweichungen zur Überarbeitung geschickt werden können. Unter den Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Lager für die Spindelmontage bei der Montage sind folgende zu unterscheiden:

• Die Exzentrizitäten der Innenringe und Lagerzapfen sind gegenläufig.
• Exzentrizitäten der Lageraußenringe uKörperlöcher sind auch in entgegengesetzte Richtungen platziert.
• Beim Einbau müssen die Exzentrizitäten der Innenringe der Lager des Hinter- und Vorderteils auf einer Ebene geh alten werden.

ShU-Performance

Steifigkeit und Genauigkeit sind wichtige technische und physikalische Indikatoren der Spindel sind nicht begrenzt. Unter anderen wichtigen Eigenschaften dieses Mechanismus ist hervorzuheben:

• Vibrationsfestigkeit. Die Fähigkeit der SHU, eine stabile Rotation ohne Oszillation bereitzustellen. Der Schwingungseinfluss lässt sich nicht vollständig eliminieren, kann aber durch sorgfältige konstruktive Berechnungen minimiert werden, indem der Einfluss von Quer- und Torsionsschwingungsquellen, wie z. B. pulsierende Kräfte in der Bearbeitungszone und Drehmoment im Maschinenantrieb, reduziert wird.
• Schnelligkeit. Charakteristik der Drehzahl der Spindelbaugruppe, die die Anzahl der Umdrehungen pro Minute widerspiegelt, die für den optimalen Betriebszustand zulässig ist. Mit anderen Worten, die maximal zulässige Drehzahl, die durch die strukturellen und technologischen Eigenschaften des Produkts bestimmt wird.
• Lager erwärmen. Intensive Wärmeentwicklung ist ein natürlicher Nebenfaktor bei der Bearbeitung mit hohen Geschwindigkeiten. Da eine Erwärmung zu einer Verformung des Elementfußes führen kann, sollte dieser Indikator bei der Bemessung berechnet werden. Das wärmeempfindlichste Bauteil der Baugruppe ist das Lager, dessen Formänderung die Funktion der Spindel beeinträchtigen kann. Um thermische Verformungsprozesse zu reduzieren, sollten Herstellerdie Normen der zulässigen Erwärmung der Lageraußenringe einh alten.
• Tragfähigkeit. Ermittelt durch die Leistungszahl von Spindellagern bei maximal zulässiger statischer Belastung.
• H altbarkeit. Zeitanzeige, die die Anzahl der Betriebsstunden des Produkts vor der Überholung angibt. Vorausgesetzt, dass die axiale und radiale Steifigkeit der Spindelbaugruppe ausgeglichen ist, kann die Lebensdauer 20.000 Stunden erreichen. Die Mindestzeit bis zum Ausfall beträgt zwei- bzw. fünftausend Stunden, was typisch für Schleif- bzw. Innenschleifmaschinen ist.

Materialien zur Herstellung von SHU

Die Materialauswahl für die Elementbasis der Spindel ist auch ein Faktor für die Gewährleistung bestimmter technischer und betrieblicher Eigenschaften der Ausrüstung. Bei Läpp-, Gewindeschneid- und Bohreinheiten wird Wert auf den Schutz vor Drehmomenteinwirkung gelegt, und die Spindelbaugruppe einer Fräsmaschine beispielsweise wird aufgrund der Einwirkung von Biegemomenten montiert. Das Material muss in jedem Fall sowohl an der Betätigungsfläche als auch am Lagerzapfen eine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweisen. Die Stabilität von Form und Abmessungen ist die Hauptbedingung für die ordnungsgemäße Funktion des Produkts und hängt weitgehend von den Eigenschaften der verwendeten Materialqualität ab.

Bei Maschinen der Genauigkeitsklassen H und P kommen Spindeln aus Stahllegierungen der Güten 40X, 45, 50 zum Einsatz, in manchen Fällen können konstruktive Entscheidungen getroffen werdenerfordern eine spezielle Veredelung des Metalls durch Härten mit induktiver Wärmeeinwirkung. Normalerweise wird das Härten von Produkten durch Härten auf die Leistungsflächen und Lagerzapfen als die kritischsten Teile des Teils angewendet.

Für komplex geformte Elemente mit konischen Bohrungen, Nuten, Flanschen und gestuften Übergängen wird volumengehärteter Stahl verwendet. Diese Bearbeitungstechnologie ist nur für Werkstücke zulässig, aus denen die Vorderteile der Maschinenspindelbaugruppen mit anschließendem Aufkohlen hergestellt werden sollen. In diesem Fall werden die Stähle 40XGR und 50X verwendet.

Geräte der Genauigkeitsklassen A und B werden mit Spindeln aus den Stahlsorten 18KhGT und 40KhFA, nitriert geliefert. Der Stickstoffbehandlungsprozess ist erforderlich, um die Härte des Teils zu erhöhen und die ursprüngliche Form und Abmessungen beizubeh alten. Die Erhöhung der Festigkeit und Strukturstabilität ist eine Grundvoraussetzung für Spindeln, die in Systemen mit Flüssigkeitsreibung eingesetzt werden.

In der vereinfachten Anordnung des Kontrollraums sind die Anforderungen an das Material nicht so hoch. Elemente mit einfachen Formen können aus den Stahlsorten 20Kh, 12KhNZA und 18KhGT hergestellt werden, aber auch in diesem Fall werden die Rohlinge vorab abgeschreckt, aufgekohlt und angelassen.

ShU-Strukturmodelle

Der Hauptanteil der in modernen Werkzeugmaschinen verwendeten Spindelmechanismen hat eine Zweilagervorrichtung. Diese Konfiguration ist optimal in Bezug auf die Geräteoptimierung und den Komfort der technischen Organisation. Herstellungsprozess. Große Unternehmen nutzen aber auch Modelle mit zusätzlicher Unterstützung aus der dritten Säule.

Lagerplatzierungskonfigurationen sind auch in Bezug auf die Implementierungsmethoden mehrdeutig. Heutzutage gibt es Tendenzen, kritische Regulierungsfunktionen in den Spindelstockbereich zu verlagern, was die Auswirkungen thermischer Effekte reduziert. In einfachen Modellen der Spindelanordnung werden Rollenlager verwendet, was auch das Risiko einer Verformung durch Wärmeentwicklung minimiert und die Effizienz der Einstellung erhöht. Gleichzeitig haben solche Mechanismen zusammen mit einer Erhöhung der Steifigkeit und einer Erhöhung der Rotationsgenauigkeit einen Nachteil in Form einer Verringerung der Geschwindigkeit. Daher ist diese Konfiguration am besten für Drehmaschinen mit niedrigen Drehzahlen geeignet.

Langsamlaufende Schleifaggregate sind im vorderen Trägerteil ebenfalls mit Wälzlagern ausgestattet, die Rückseite ist mit einem Duplex aus Winkelkontaktelementen versehen. Insbesondere Spindeleinheiten werden so in der Konstruktion von Rund- und Innenschleifmaschinen eingesetzt. Um das Funktionssystem der Einheit zu vereinfachen, lassen sich auch Kegelrollenlager zulassen. Eine solche Lösung in Bezug auf Fräseinheiten eliminiert die Notwendigkeit, eine Axiallagergruppe vorzusehen. Dadurch wird ein optimaler Steifigkeitsspielraum aufrechterh alten, aber damit gehen die Probleme der Wärmeentwicklung bei begrenztem Drehmoment nirgendwohin.

Produktqualitätskontrolle

Nach der Montage des Spindelkastens wird die Lagerspiel-Vorspannung der Lagergruppe überprüft. Diese Operationnotwendig, um die Bereitschaft des Mechanismus für vollwertige Workloads zu beurteilen. Die Überprüfung erfolgt durch Belastung des Geräts mit einem Wagenheber und einem Dynamometer. Die Messungen werden direkt mit Anzeigegeräten durchgeführt, einschließlich Messköpfen, Sensoren, Mikrocatoren usw. Das Messgerät wird am Spindelstock so nah wie möglich am vorderen Lager installiert. Beim Beheben einer sprunghaften Laständerung wird ein Diagramm der Verschiebungen des Spindelendes erstellt.

Die Steifigkeit der Drehspindelanordnung mit Stützelementen wird durch das Zweipunkt-Messverfahren kontrolliert. Zunächst werden auf dem linearen Abschnitt der Lastkurve zwei Kontrollpunkte gesetzt. Weiterhin werden Verformungsdaten für jede Linie aufgezeichnet, wonach ein Vergleich durchgeführt wird. Als Standardindikatoren können sowohl Designwerte als auch Zahlen aus den allgemeinen technischen Anforderungen an die Maschine verwendet werden. Darüber hinaus sollten komplexe Vergleichsdaten, die als Ergebnis von Tests gewonnen wurden, in Form von arithmetischen Mittelwerten dargestellt werden. Auf die gleiche Weise werden Messungen der axialen und radialen Belastungen durchgeführt, wobei die zwischen den Lagern gebildeten Lücken fixiert werden.

Wenn Abweichungen von den Normwerten festgestellt werden, wird die Spiel-Vorspannung angepasst. Bei der Wartung der Spindelbaugruppen einer Drehmaschine für solche Aufgaben wird die Technik der Stützheizung verwendet. Unter den Bedingungen der thermischen Belastung von Thermometern und Thermoelementen in einem bestimmten Bereich werden die Muttern angezogen und eingestellt.

Dichtungen für SHU-Mechanismus

Die Zusammensetzung des Spindelstocks umfasst undspezielle Dichtungen, die die Isolier- und Dichteigenschaften des Mechanismus erhöhen. Wofür ist das? Da der Arbeitsablauf einer Drehmaschine unter Schmierbedingungen mit der Freisetzung großer Mengen an Feinabfällen verbunden ist, kommt es häufig zu Verstopfungen von Funktionsteilen. Dementsprechend müssen bei der Montage der Spindelbaugruppe Vorrichtungen vorgesehen werden, die die Arbeitselemente vor Staub, Schmutz und Feuchtigkeit schützen. Dafür ist die Versiegelung da. In der Regel ist dies ein Verschleißteil in Form eines Rings, der mit einem Zentrierriemen auf der Spindel montiert wird. Während des Betriebs des Mechanismus ist ein regelmäßiger Austausch oder eine Einstellung der Position erforderlich. Bei erhöhter äußerer Verschmutzung kann zusätzlich ein Schutzgleitring eingesetzt werden. Läuft die Maschine mit mittleren oder niedrigen Drehzahlen, muss auch die Lippendichtung fixiert werden.

SHU Wartung

Die Hauptaufgabe des Personals während des Betriebs des Spindelstocks besteht darin, die Schmierung seiner Teile zu überwachen. Dies geschieht normalerweise durch Aufsprühen der Oberflächen von rotierenden Zahnrädern, Laufrädern und Scheibenkomponenten. Die optimale Zusammensetzung für diese Art von Schmiermittel sollte bei Erwärmung auf 50 ° C einen Viskositätsindex von 20 haben. Die Konstruktionen der Frässpindelbaugruppe sehen die Möglichkeit vor, Öl über einen Sammler in das Lager oder direkt zur Arbeitsgruppe zu leiten. Außerdem sollte ein Teil des Öls auch nach Beendigung der Arbeitssitzung zurückbleiben. Die alte kontaminierte Flüssigkeit wird durch eine neue ersetzt. Um den Befüllvorgang bei modernen Maschinen zu vereinfachen, wird beim Ablassen der Abfallmasse gleichzeitig die Ölumlaufversorgung von Getriebe und Spindel im Automatikbetrieb organisiert.

Zusätzlich zur Aktualisierung des Öls ist es notwendig, den technischen Zustand des Mechanismus zu erh alten. Technische und strukturelle Probleme können durch Überhitzung, übermäßige Verformung, starke Vibrationen oder Windungsschluss entstehen. Eine typische Reparatur von Spindelbaugruppen als Teil des Herstellungsprozesses kann darin bestehen, beschädigte Teile, Verbrauchsmaterialien oder Sitze zu ersetzen. Beispielsweise ist beim Verformen oder Einbauen neuer Elemente manchmal eine zusätzliche Korrektur der Buchsen oder der Teile selbst durch Schärfen, Schleifen, Läppen oder Aufbauen erforderlich.

Produktion von SHU in Russland

Einige der für die Komplettierung von Werkzeugmaschinen erforderlichen Spindelkomponenten werden von einheimischen Herstellern in ihren eigenen Werkzeugmaschinenanlagen hergestellt, die sich auf die Entwicklungen und Erfahrungen der sowjetischen Industrie stützen. Bei der Herstellung herkömmlicher Antriebsspindelbaugruppen für eine Fräsmaschine oder Dreheinheiten, die nicht auf Hochpräzisionsbearbeitung ausgerichtet sind, gibt es praktisch keine Probleme. Moderne Hightech-Elektrospindeln werden in Russland jedoch nur in Teilen und auf Basis importierter Komponenten hergestellt. Diese Einschränkungen hängen nicht nur mit dem Mangel an fortschrittlichen Technologien in diesem Bereich zusammen, sondern auch mit dem Mangel an qualifiziertem Personal, das technische und produktionstechnische Probleme lösen muss.

Schlussfolgerung

Die Spindel ist eine der zentralen Funktionskomponenten verschiedener Arten von Werkzeugmaschinen. Die Genauigkeit der Ausführung von Arbeitsvorgängen, die Ergonomie der Gerätesteuerung und die Effizienz der Regulierung des Leistungspotentials des Antriebsmechanismus hängen von der Qualität seiner Hauptfunktionen ab. Daher ist es so wichtig, bei der Auswahl auf die Eigenschaften der Spindelbaugruppe in der Drehmaschine zu achten. Und das gilt nicht nur für den Industriebereich, wo Inline-Bearbeitungen durchgeführt werden. Ein gewöhnlicher Heimmeister, der einfache Arbeiten in einer Garage oder einem Landhaus ausführt, sollte auch über Grundkenntnisse des Spindelstocks verfügen. Geschickter Umgang mit dem Spindelmechanismus macht den Betrieb zuverlässiger und die Wartung der Maschine wirtschaftlicher.