Soustružnická vřetenová jednotka: provozní vlastnosti

Vřeteno obráběcího stroje je obvykle prezentováno jako jeden z prvků hnacího mechanismu odpovědného za fixaci a formování obrobku. Současně je jeho párování s pohonnou jednotkou, nosnou částí a pracovním vybavením jednotky tak husté, co můžete mluvit o celé infrastruktuře této části. Každopádně vřetenová sestava (Shu) by měla být považována za odpovědný základní mechanismus stroje, který poskytuje funkci přenosu točivého momentu a směr zpracovatelské síly.

Obecné informace o produktu

Tento mechanismus se také nazývá vřetenový motor a tvoří jednu z klíčových montážních jednotek moderních dřevařských a kovoobráběcích strojů. Výkon závisí na jeho vlastnostech a ještě více na přesnosti mechanického působení na obrobek. Jak již bylo uvedeno, mluvíme o celém komplexu prvků tvořících základ vřetenových uzlů. Základny tohoto mechanismu tvoří podpěry, mazací systém, těsnění, prostředky pro přenos točivého momentu a ložiskové části. Jedná se převážně o komponenty, které provádějí podpůrné a pomocné funkce pro zajištění provozu trysky ve formě řezného nástroje.

Obecně se předpokládá, že výkonový potenciál obráběcího zařízení závisí především na motoru. Je to spravedlivé, ale jen částečně. Například vřetenové sestavy řezacích strojů na kov mají svůj frekvenční rozsah otáčení, což způsobuje omezující podmínky pro rychlosti řezání. Je však důležité pochopit, že tento rozsah má ve větší míře nastavovací funkci optimálního tempa zpracování s podporou dostatečně vysoké přesnosti.

Další z klíčových funkcí vřetena je přímé držení obráběcího nástroje a v některých případech samotného obrobku. Pro tento druh upevňovacích prvků se používají speciální svorky a svorky, jako je nástrojový trn a sklíčidla. Proto je při výběru nástroje pro rozměry dříku a stanovení přípustných parametrů zpracovatelského procesu důležité vzít v úvahu vlastnosti vřetena.

Návrh Shu

Během vývoje projektového řešení pro motorové vřeteno by se výkonní pracovníci úkolu měli zaměřit na maximální snížení dynamického a vibračního zatížení mechanismu. Dosažení této kvality pracovní skupiny přímo ovlivňuje životnost stroje a kvalitu zpracování. Z tohoto důvodu je vřetenový uzel dnes stále více navrhován jako nezávislý zařízení v samostatném pouzdře, které se nazývá vřeteník.

Jako zdrojová data pro návrhový algoritmus se berou následující:

• Výkon.
• Přesnost otáčení.
• Rychlost.
• Maximální teplo pro podpěry.
• Vibrační odolnost.
• Tuhost.

Na základě původních parametrů je vybrán konstrukční obvod, konstrukční díly a Výrobní materiály. Typ budoucího stroje má vliv na výběr určitých konstrukčních řešení. Například konstrukce vřetenových jednotek pro vysoce přesné obráběcí zařízení se provádí s výpočtem uspořádání hydrodynamických ložisek schopných zajistit přesnost mechanického působení v rozmezí od 0,5 do 2 µm. Pro zvláště vysokorychlostní jednotky s přítomností intra-brusných hlav se používají speciální posuvné podpěry, které zahrnují mazání vzduchem. Obecně platí, že principy konstrukce vřetenové základny se zaměřením na podporu vysokých rychlostí zpracování od 600 ot/min se používají pro diamantové vrtací a univerzální stroje na řezání kovů. Parametry komponent pro podporu nízkých rychlostí se tradičně počítají pro frézovací, revolverové a vrtací stroje. Zde platí pravidlo, čím jemnější je přesnost mechanického nárazu, tím vyšší točivý moment musí mít vřeteno. Pro složité hrubé zpracování a řezání se používají konfigurace s nízkými otáčkami.

Výpočet vřetenového uzlu

Tuhost je považována za hlavní konstrukční charakteristiku. To je vyjádřeno indikátorem elastických pohybů v oblasti zpracování pod celkovou aktivní silou z vlastní elastické deformace vřetena s jeho nosnými prvky. Pro stanovení charakteristik těžkých zatížených jednotek se také používá index pevnosti a pro vřeteníky s vysokými otáčkami bude klíčovým faktorem úspěšného zpracování minimální indikátor rezonance, tj.

Téměř všechny vřetenové jednotky pro stroje na řezání kovů v samostatném pořadí se počítají podle přesnosti řezání. Tento výpočet se provádí ve vztahu k ložiskům na základě koeficientu radiálního úderu vřetenového konce. Přípustná míra bití závisí na navržené třídě přesnosti, ve které konstruktéři vycházejí z požadavků na proces zpracování.

Indikátor radiálního rytmu na vnitřní plocha ložiskové kroužky závisí na jeho excentricitě a chybách kolejí s valivými těly. Tento parametr přesnosti je vyjádřen účinkem takzvaného putování. V procesu kontroly ložisek je stanovena jejich shoda se stanovenými normami, po kterých mohou být při identifikaci odchylek produktu zaměřeny na zdokonalení. Mezi opatření, která umožňují další zvýšení přesnosti ložisek pro vřetenovou sestavu během montáže, patří následující:

• Excentricity vnitřních kroužků a krků ložisek jsou umístěny v opačných směrech.
• Excentricity vnějších kroužků ložisek a otvorů pouzdra jsou také umístěny v opačných směrech.
• Při instalaci excentricit vnitřních kroužků ložisek zadní a přední části by mělo být jejich umístění udržováno ve stejné rovině.

Provozní vlastnosti Shu

Tuhost a přesnost sada důležitých technicko-fyzikálních ukazatelů vřetena není omezena. Mezi další významné vlastnosti tohoto mechanismu stojí za zmínku:

• Vibrační odolnost. Schopnost Shu zajistit stabilní rotaci bez váhání. Zdá se nemožné zcela vyloučit vibrační efekt, ale díky pečlivým konstrukčním výpočtům je možné jej minimalizovat snížením účinku zdrojů příčných a torzních vibrací, jako jsou pulzující síly v oblasti zpracování a točivého momentu v pohonu stroje.
• Rychlost. Charakteristika rychlosti vřetenového uzlu odrážející počet povolených pro optimální provozní stav otáček za minutu. Jinými slovy, maximální přípustná rychlost otáčení, která je určena konstrukčními a technologickými vlastnostmi produktu.
• Zahřívání ložisek. Intenzivní produkce tepla je přirozeným derivačním faktorem při obrábění při vysokých rychlostech. Protože teplo může vést k deformaci elementární základny, musí být tento indikátor vypočítán během návrhu. Nejcitlivější na tepelné účinky součástí sestavy je ložisko, jehož tvarování může narušit funkci vřetena. Aby se snížily tepelné deformační procesy, musí výrobci dodržovat normy přípustného ohřevu vnějších ložiskových kroužků.
• Nosnost. Určeno koeficientem výkonu vřetenových ložisek za podmínek maximálního přípustného statického zatížení.
• Trvanlivost. Časový ukazatel udávající počet hodin vývoje produktu před generální opravou. Za předpokladu, že jsou zajištěny vyvážené ukazatele axiální a radiální tuhosti vřetenového uzlu, může trvanlivost dosáhnout 20 tisíc hodin. Minimální ukazatele doby provozu před prvním selháním jsou dvě a pět tisíc hodin, což je charakteristické pro brusky a brusky.

Materiály pro výrobu Shu

Výběr materiálů pro elementární základna vřetena je také faktorem pro zajištění určitých technicko-provozních vlastností zařízení. V lapovacích, závitových a vrtacích jednotkách je kladen důraz na ochranu před účinky točivého momentu a vřetenová sestava frézky je například složena na základě působení ohybových momentů. V každém případě musí mít materiál dostatečnou odolnost proti opotřebení výkonné plochy i ložiskového hrdla. Stabilita tvary a velikosti - základní podmínka pro správnou funkci produktu, do značné míry závislá na vlastnostech použité značky materiálu.

U strojů s třídami přesnosti H A P se používají vřetena vyrobená ze slitin oceli 40x, 45, 50. V některých případech mohou konstrukční řešení vyžadovat také speciální úpravu kovu kalením indukčním tepelným působením. Zvýšení tvrdosti výrobků kalením se obvykle aplikuje na výkonné povrchy a ložiskové krky jako nejdůležitější části součásti.

Pro složité tvarové prvky s kuželovými otvory, drážkami, přírubami a stupňovitými přechody se používá ocel, která prošla objemovým kalením. Tato technologie zpracování je přípustná pouze s ohledem na polotovary, ze kterých se plánují provádět přední části vřetenových jednotek stroje s následnou cementací. V tomto případě se používají oceli 40xgr a 50x.

Zařízení s třídami přesnosti a A B je vybaveno vřeteny vyrobenými z ocelí značek 18hgt a 40hf, které prošly nitridací. Proces zpracování dusíku je vyžadován pro zvýšení tvrdosti součásti a pro udržení primárního tvaru a velikosti. Zvýšení ukazatelů pevnosti a strukturální stability je předpokladem pro vřetena používaná v systémech s kapalinovým třením.

Ve zjednodušeném schématu rozložení Shu nejsou požadavky na materiály tak vysoké. Prvky s jednoduchými tvary mohou být vyrobeny z ocelí značek 20x, 12XNZA a 18xgt, ale v tomto případě jsou obrobky předem podrobeny kalení, cementaci a temperování.

Konstrukční modely Shu

Hlavní podíl vřetenových mechanismů používaných v moderních strojích má dvouosé zařízení. Tato konfigurace je optimální z hlediska optimalizace zařízení a pohodlí technické organizace výrobního procesu. Ve velkých podnicích však také používají modely s další podporou od třetí podpory.

Konfigurace umístění ložisek jsou také nejednoznačné způsoby implementace. Dnes existují trendy v přenosu odpovědných regulačních funkcí do oblasti vřeteníku, což snižuje vliv tepelných dopadů. U jednoduchých modelů vřetenové sestavy se používají válečková ložiska, což také minimalizuje rizika deformací z tepelného výstupu a zvyšuje účinnost nastavení. Současně, spolu se zvýšením tuhosti a zvýšením přesnosti rotace, je u takových mechanismů zaznamenána nevýhoda ve formě snížení rychlosti. Tato konfigurace je proto optimálně vhodná pro soustruhy s nízkými otáčkami.

Brusné jednotky s pomalým pohybem jsou také vybaveny válečkovými ložisky v přední nosné části a zadní strana je zajištěna duplexem radiálně-axiálních prvků. Zejména takto jsou implementovány vřetenové uzly v konstrukcích obráběcích strojů a strojů. Zjednodušit funkční systém jednotky umožňují také kuželová válečková ložiska. Toto řešení ve vztahu k frézovacím jednotkám eliminuje potřebu zahrnout axiální ložiskovou skupinu. Výsledkem je optimální rezerva tuhosti, ale problémy s generováním tepla s omezeným točivým momentem nikam nevedou.

Kontrola kvality produktu

Po montáži vřeteníku se zkontroluje velikost mezery-napětí ložiskové skupiny. Tato operace nezbytné pro hodnocení připravenosti mechanismu na plné pracovní zatížení. Kontrola se provádí zatížením zařízení pomocí zvedáku a dynamometru. Měření se provádějí přímo pomocí indikačních zařízení, mezi něž patří měřicí hlavy, senzory, mikrokatory atd. d. Měřicí zařízení je instalováno na vřeteníku co nejblíže k přednímu ložisku. Při stanovení stupňovité změny zatížení se vytvoří graf posunů konce vřetena.

Tuhost soustružnické vřetenové sestavy s nosnými prvky je řízena metodou měření point-to-point. Nejprve jsou nastaveny dva kontrolní body na úsečce grafu zatížení. Dále jsou na každém řádku zaznamenána data deformace, po které se provede srovnání. Jako normativní ukazatele lze použít jak konstrukční hodnoty, tak čísla z obecných technických požadavků na stroj. Komplexní srovnávací data získaná z testů by navíc měla být prezentována jako aritmetické průměry. Stejným způsobem se provádějí měření axiálního a radiálního zatížení s fixací vytvořených mezer mezi ložisky.

Pokud jsou zjištěny odchylky od normativních hodnot, je nastavena mezera-napětí. Při údržbě vřetenových sestav soustruhu se pro takové úkoly používá technika ohřevu podpěr. V podmínkách tepelného působení teploměrů a termočlánků v určitém rozsahu se matice utahují a upravují.

Těsnění pro mechanismus Shu

Vřeteník obsahuje speciální těsnění, která zvyšují izolační a těsnicí vlastnosti mechanismu. K čemu to je? Vzhledem k tomu, že pracovní postup soustruhu je spojen s uvolňováním velkého množství malého odpadu za mazacích podmínek, je ucpávání funkčních částí běžné. V souladu s tím by při montáži vřetenové sestavy měla být zajištěna zařízení, která chrání pracovní prvky před prachem, nečistotami a vlhkostí. K tomu se používá těsnění. Obvykle se jedná o spotřební materiál ve tvaru prstence, který je namontován na vřetenu pomocí středicího pásu. Během provozu mechanismu je nutná jeho pravidelná výměna nebo úprava polohy. Za podmínek zvýšeného vnějšího znečištění lze navíc použít ochranný krycí kroužek. Pokud stroj pracuje při středních nebo nízkých otáčkách, je nutné upevnit těsnění manžety.

Údržba Shu

Hlavním úkolem servisního personálu během provozu vřeteníku je sledovat mazání jeho částí. K tomu se obvykle používá metoda stříkání na povrchy rotačních ozubených kol, oběžných kol a kotoučových komponent. Optimální složení pro mazání tohoto typu by mělo mít index viskozity s indexem 20 při zahřátí na 50 °C. Konstrukce sestavy frézovacího vřetena umožňují směrování oleje do ložiska prostřednictvím kompilace nebo přímo do pracovní skupiny. Kromě toho by část oleje měla zůstat i po dokončení pracovní relace. Stará kontaminovaná kapalina je nahrazena novou. Pro zjednodušení procesu nalévání v moderních strojích je cirkulační přívod oleje organizován současně s rychlostním boxem a vřetenem v automatickém režimu, jak odpadní hmota vypouští.

Kromě obnovy oleje je nutné udržovat Technický stav mechanismu. Technické problémy-konstrukční vlastnosti mohou nastat v důsledku přehřátí, nadměrné deformace, vysokých vibrací nebo mezivláknového uzavření. Typickou opravou vřetenových jednotek v rámci výrobního procesu může být výměna poškozených dílů, spotřebního materiálu nebo obnova sedadel. Například při deformaci nebo instalaci nových prvků je někdy nutná další korekce hnízd nebo samotných částí prostřednictvím operací ostření, broušení, lapování nebo nahromadění.

Výroba Shu v Rusku

Část vřetenových komponent požadovaných pro konfiguraci strojů, domácí výrobci vyrábějí na svých vlastních obráběcích zařízeních, přičemž se spoléhají na vývoj a zkušenosti stále sovětského průmyslu. S výrobou konvenčních hnacích vřetenových jednotek pro frézku nebo soustružnické jednotky, které se nezaměřují na vysoce přesné obrábění, nejsou prakticky žádné problémy. Moderní high-tech elektrospindely se však v Rusku vyrábějí pouze v částech a na základě dovážených komponent. Tato omezení jsou spojena nejen s nedostatkem pokročilých technologií v této oblasti, ale také s nedostatkem kvalifikovaných pracovníků, kteří musí řešit technické a výrobní výzvy.

Závěr

Vřeteno je jednou z centrálních funkčních součástí obráběcích strojů různých typů. Z jeho kvality hlavní funkce závisí na přesnosti provádění pracovních operací, ergonomii řízení zařízení a účinnosti regulace výkonového potenciálu hnacího mechanismu. Proto je při výběru důležité věnovat pozornost charakteristikám vřetenové sestavy v soustruhu. A to platí nejen pro průmyslový segment, kde se provádějí průtokové operace obrábění. Základní znalosti vřeteníku by měl mít obyčejný domácí mistr, který provádí jednoduché operace v garáži nebo chalupě. Díky schopnostem manipulace s vřetenovým mechanismem bude provozní proces spolehlivější a technický servis stroj-úsporný.