Известно, что до 85 % точность при обработке резанием обеспечивают шпиндельные узлы (ШУ). Поэтому совершенствование конструкции этого узла является одной из главных задач, стоящих перед станкостроением.
Точность вращения и быстроходность ШУ зависят в основном от применяемых в них опорах. В современных конструкциях ШУ используются опоры качения, гидростатические, газостатические и электромагнитные. Следует отметить, что все эти опоры не могут в полной степени удовлетворить все требования, предъявляемые к современным ШУ.
В различных конструкциях высокоскоростных ШУ применяют быстроходные опоры качения, газостатические и электромагнитные. Заметим, что гидростатические подшипники для обеспечения высоких скоростей вращения вала не используются из-за больших потерь на трение в слоях жидкости. Опоры качения имеют ограниченную быстроходность и малый ресурс работы на высоких скоростях. Электромагнитные опоры имеют сложную систему управления, к тому же особенности их работы в составе ШУ металлорежущих станков остаются еще недостаточно изученными. Газостатические подшипники, как и электромагнитные подвесы, имеют невысокую несущую способность [1, 2].
Разработанная в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете (КнАГТУ) конструкция газомагнитной опоры ШУ [3] позволяет решить проблему низкой грузоподъемности бесконтактных подшипников. В КнАГТУ проведены широкие теоретические и физические экспериментальные исследования эксплуатационных характеристик (несущей способности, жесткости и точности вращения) как отдельно взятой электромагнитной опоры, так и шпиндельного узла в целом.
Проведенные исследования позволили установить, что допустимая нагрузка на шлифовальном круге ШУ на газомагнитных опорах примерно в 3 раза выше, чем у ШУ на газостатических опорах. При этом точность вращения шпинделя повышается примерно 2 раза, а жесткость, измеренная на шлифовальном круге, снижается до 30%.
Результаты выполненного комплекса экспериментов позволяют сделать следующие выводы. Режим работы ШУ с включённым электромагнитным подвесом применим при черновых и получистовых режимах обработки заготовки, когда требуется повышенная нагрузка на шлифовальном круге и не высокая точность обработки, которая зависит от жёсткости. Дальнейшая высокоточная финишная обработка детали ведётся за один установ без открепления детали со станка в режиме работы только газостатического подшипника (электромагнитный подвес выключен), когда не требуются большие усилия, а необходима высокая жёсткость на шлифовальном круге.
В настоящее время в КнАГТУ проводятся дальнейшее исследование и разработка опытно-конструкторских образцов шпиндельных узлов. Применение шпиндельных узлов с газомагнитными опорами позволит добиться высокой точности обработки и сокращения технологического времени на переустановку детали и переналадку станочного оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Пуш А.В. Шпиндельные узлы: Качество и надёжность. -М.: Машиностроение. 1992.-228 с.:ил.
- Космынин А.В. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов / А.В. Космынин, Ю.Г. Кабалдин, В.С. Виноградов, С.П. Чернобай. - М.: Академия Естествознания. 2006. - 219 с.:ил.
- Пат. 2347960 РФ. Способ работы подшипникового узла и подшипниковый узел / Космынин А.В., Щетинин В.С.; заявитель и патентообладатель Комсомольский-на-Амуре государственный технический ун-т.- № 2007120545/11; заявл. 01.06.07; опубл. 27.02.09. Бюл. №6. - 1с.