Содержание
Грамотно подобранные подшипники помогают добиться максимальной производительности оборудования, увеличивают срок его эксплуатации и снижают затраты энергии. Задумываясь, как выбрать подшипники для станка с чпу, опираются на характеристики нагрузок, параметры комплектующих, а также условия работы.
Подшипники повсеместно используются в системах, где осуществляется механическое движение. При преобразовании трения они правильно распределяют приложенное усилие и обеспечивают стабильность конструкции. Неверно подобранные детали влияют на работу системы в целом, создают дополнительные нагрузки на двигатель, что постепенно выводит его из строя.
Виды подшипников и область их применения
В системах передачи движения, как правило, применяются шариковые и роликовые подшипники. Первые переносят нагрузку на определенные точки, у них отличные показатели теплоотдачи, они хорошо выдерживают высокую скорость. Проблемы у шариковых устройств возникают из-за малой площади контакта
У роликовых механизмов нагрузка распределяется вдоль линии, поэтому они лучше переносят большие нагрузки. Ротационный подшипник состоит из нескольких вращающихся элементов, объединенных внешним кольцом и внутренним. В него устанавливают как шариковые, так и роликовые детали. Роликовые устройства по форме конструкции делят на следующие типы:
- сферические;
- цилиндрические;
- конические.
У данных механизмов нагрузка распределяется равномерно, в отличие от шариковых, где она передается через точечный контакт. Однако большая поверхность увеличивает трение, а значит, вырабатываемое тепло, что снижает максимальную рабочую скорость. Конструкция подшипника, материал, из которого он изготовлен, и его размеры влияют на основные характеристики.
Основные характеристики подшипников
Выбирая оптимальный подшипник для станка с ЧПУ, отталкиваются от основных параметров детали. Они стандартизованы, по ним судят об области применения, а также ожидаемых условиях работы. Допустимая скорость работы шпинделя напрямую зависит от размеров, материалов и конструкции используемых подшипников. Производитель указывает их следующие параметры:
- размеры и массу;
- материал;
- класс точности;
- максимальную статическую и динамическую нагрузку;
- ресурс (срок эксплуатации, долговечность);
- предельную скорость вращения;
- рабочую температуру.
Предельное значение скорости вращения зависит от приложенной к механизму нагрузки и вязкости смазки. Класс точности влияет на плавность работы инструмента и его скорость. Стандарты едины и действуют для производителей всего мира. Маркировка P4 означает, что речь идет о высокоточном прецизионном устройстве, P2 указывает на сверхпрецизионное.
Детали класса P2 используются для высокоскоростных электрошпинделей, рассчитанных на нагрузку до 60 тыс. оборотов в минуту. Для более высоких скоростей (до 200 тыс. оборотов в минуту) применяют устройства практически без трения, на магнитных и воздушных опорах. Ресурс (долговечность) зависит от нескольких факторов: силы трения, рабочей температуры, качества смазочного материала, наличия в нем присадок и ряда других условий.
Динамической называют осевую нагрузку, которую механизм способен выдержать в течение выделенного ему срока эксплуатации. Статической считают радиальную нагрузку. Одна из основных характеристик – угол контакта, определяющий соотношение осевой нагрузки к радиальной. Конические роликовые устройства лучше справляются с повышенными осевыми нагрузками, чем сферические. С увеличением угла контакта растет и осевая нагрузка. Чем больше радиальная составляющая, тем угол соприкосновения меньше.
Иногда оптимальным решением для станка становится сочетание двух типов механизмов. Например, для радиальной нагрузки используют шарикоподшипник с глубокими канавками, а для опорной – деталь с угловым контактом. При оснащении шпинделей применяются подшипники высокого и прецизионного класса точности.
Определение размеров подшипника
Для работы с повышенными нагрузками крайне важна точность определения размера нужного подшипника. Если выбирать запчасть по габаритам меньше, чем требуется, возрастает риск ее преждевременного выхода из строя.
Слишком большой подшипник приведет к эффекту скольжения вместо качения. Данный дефект вызывает трение и излишнюю теплоотдачу, что негативно сказывается на долговечности системы. Проскальзывание также повреждает канавки и сами шарики. В итоге станок подвержен преждевременному износу, он чаще выходит из строя, увеличиваются простои и затраты на ремонт. Неправильно подобранный по размеру подшипник создает ненужные риски для оборудования.
Выбор нужного типа подшипника
Проектируя механическую систему, как правило, считают выбор подшипника не первоочередной задачей, что неверно. Не стоит заниматься поиском нужной детали на финальной стадии. Недостаточно просто отметить место для установки механизма, принцип работы и предположить его размеры. Иногда подшипник с данными характеристиками невозможно найти. Конструктору приходится возвращаться на несколько этапов проектирования назад и полностью менять систему.
Высокоточный станок обычно оснащают радиально-упорными подшипниками с предварительной нагрузкой. Она помогает оптимально подбирать люфты вала, а значит, избежать проскальзывания. Конические подшипники качения подходят для задач обеспечения высокой жесткости, их нередко устанавливают в паре. Роликовые сферические устройства используют для больших нагрузок, непараллельных оси подшипника. Цилиндрические механизмы лучше справляются с высокими скоростями.
Особенности подшипников для шпинделей
Для шпинделей фрезерного станка, как правило, выбирают радиально-упорные шариковые подшипники, выдерживающие повышенные нагрузки. Данные комплектующие обеспечивают высокую точность резания даже при большом сопротивлении материала. Они применяются на сверлильных, токарных, дерево- и металлообрабатывающих станках.
Однако один подшипник способен выдержать нагрузку только в определенном направлении. Поскольку в шпиндельных узлах деталь испытывает воздействие с разных сторон, используют дуплексную компоновку (сдвоенную). Существуют три основные схемы соединения подшипников:
- DF, схема X;
- DB, схема О;
- DT, схема «тандем».
При компоновке по схеме X подшипники отталкиваются друг от друга, принимая нагрузку в двух направлениях. Конструкция оптимальна для шпинделей с малым классом точности, но не подходит для кратковременных (моментных) нагрузок.
Схема О построена следующим образом: детали упираются друг в друга, воспринимая осевую нагрузку с двух сторон, а также радиальную. Компоновка подходит для моментных нагрузок, ее обычно применяют для сбалансированных высокоточных шпинделей.
Схема «тандем» наиболее распространена для установки на валу шпинделя. В данной схеме детали направлены в одну сторону. Компоновка усиливает осевую жесткость, что положительно влияет на грузоподъемность узла.
Высокоточные фрезерные обрабатывающие центры комплектуются не только дуплексами, но и триплексами, квадриплексами, включающими в себя 3 или 4 подшипника. Комплексы деталей размещают на двух концах вала, причем направляют их в разные стороны для восприятия максимальной нагрузки.
Шарико-винтовые пары
Для широкого спектра задач выпускаются высокотехнологичные ШВП (шарико-винтовые передачи). Они используются для перевода вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение узла рабочего механизма. ШВП состоит из гайки и винта с резьбовыми канавками, в них находятся шарики. Современные линейные модули с данными комплектующими становятся важным элементом станков с ЧПУ.
При относительно небольших размерах шарико-винтовые пары показывают высокую точность позиционирования, их КПД превышает 90%. Из-за отсутствия потерь на трение у них долгий срок службы и прекрасные динамические показатели. ШВП отличает повышенная осевая жесткость, а класс точности зависит от шага резьбы, рабочей температуры и гладкости поверхности.
Правильная технология смазки
Неправильные методы смазки – одна из основных проблем при эксплуатации подшипника. Выбирая технологию обработки, нужно тщательно изучить условия работы устройства: определить температуру среды и рабочей поверхности, обнаружить и учесть дополнительные источники тепла.
Смазку необходимо проводить по графику, оптимально подобрав для нее материал. Следует помнить, уменьшение температуры увеличивает вязкость, а разогрев среды – снижает ее. Пониженная вязкость приводят к проскальзыванию, повышенная – к излишней нагрузке на двигатель. Устройства, работающие при экстремальных температурах, оборудуют капельной подачей смазки или системами масляного тумана.
Заменой технологии нанесения смазки могут служить герметичные подшипники, не нуждающиеся в обработке. Существуют области применения, где ручная смазка невозможна или затруднена. Тогда смазочный материал упаковывается в саму деталь еще на заводе при производстве, а на ее концах устанавливают защитные крышки.
