Jednotka sústruženia vretena: výkonové vlastnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Vreteno obrábacích strojov sa zvyčajne prezentuje ako jeden z prvkov hnacieho mechanizmu zodpovedného za upevnenie a tvarovanie obrobku. Zároveň je jeho rozhranie s elektrárňou, nosnou časťou a pracovným zariadením bloku také tesné, že môžeme hovoriť o celej infraštruktúre tejto časti. Tak či onak, zostava vretena (SHU) by sa mala považovať za zodpovedný základný mechanizmus stroja, ktorý zabezpečuje funkciu prenosu krútiaceho momentu a usmerňovania sily spracovania.

Prehľad produktov

Tento mechanizmus sa nazýva aj vreteno motora a tvorí jednu z kľúčových montážnych jednotiek moderných drevoobrábacích a kovoobrábacích strojov. Výkon a v ešte väčšej miere presnosť mechanického nárazu na obrobok závisia od jeho vlastností. Ako už bolo uvedené, hovoríme o celom komplexe prvkov,tvoriace základ vretenových jednotiek. Podpery, mazací systém, tesnenia, prenos krútiaceho momentu a ložiskové diely tvoria základ tohto mechanizmu. Väčšinou ide o komponenty, ktoré plnia podporné a pomocné funkcie na zabezpečenie chodu dýzy vo forme rezného nástroja.

Všeobecne sa uznáva, že výkonový potenciál obrábacích strojov závisí predovšetkým od motora. To je pravda, ale len čiastočne. Napríklad vretenové jednotky kovoobrábacích strojov majú vlastný frekvenčný rozsah otáčania, čo spôsobuje obmedzujúce podmienky pre rezné rýchlosti. Je však dôležité pochopiť, že tento rozsah je skôr funkciou úpravy optimálnej rýchlosti spracovania s podporou dostatočne vysokej presnosti.

Ďalšou z kľúčových funkcií vretena je priame držanie obrábacieho nástroja a v niektorých prípadoch aj samotného obrobku. Na tento spôsob upevnenia sa používajú špeciálne svorky a svorky, ako je držiak nástrojov a nábojnice. Preto je dôležité pri výbere nástroja podľa rozmerov stopky a stanovení prípustných parametrov procesu obrábania prihliadať na vlastnosti vretena.

ShU dizajn

Pri vývoji konštrukčného riešenia vretena motora by sa mali realizátori úloh zamerať na maximálne zníženie dynamického a vibračného zaťaženia mechanizmu. Dosiahnutie tejto kvality pracovnej skupiny priamo ovplyvňuje životnosť stroja a kvalitu spracovania. Z tohto dôvodu je zostava vretena stále viacnavrhnuté ako samostatné zariadenie v samostatnom kryte, ktorý sa nazýva vreteník.

Nasledovné sa berú ako počiatočné údaje pre návrhový algoritmus:

• Sila.
• Presnosť rotácie.
• Rýchlosť.
• Maximálny ohrev podpier.
• Odolnosť voči vibráciám.
• Tuhosť.

Na základe počiatočných parametrov sa vyberie konštrukčná schéma, detaily rozloženia a výrobné materiály. Typ budúceho stroja má tiež vplyv na výber určitých konštrukčných riešení. Napríklad konštrukcia vretenových zostáv pre vysoko presné obrábacie zariadenia je založená na rozložení hydrodynamických ložísk, ktoré dokážu zabezpečiť presnosť mechanického pôsobenia v rozsahu od 0,5 do 2 mikrónov. Pre obzvlášť vysokorýchlostné agregáty s vnútornými brúsnymi hlavami sa používajú špeciálne klzné ložiská, ktoré vyžadujú mazanie vzduchom. Pri diamantových vyvrtávačkách a univerzálnych kovoobrábacích strojoch sa spravidla používajú princípy konštrukcie vretenovej základne s dôrazom na podporu vysokých otáčok obrábania od 600 ot./min. Parametre komponentov na podporu nízkych otáčok sa tradične počítajú pre frézky, revolverové a vŕtacie stroje. Tu platí pravidlo, čím jemnejšia presnosť mechanického pôsobenia, tým väčší krútiaci moment by mal byť na vretene. Pre komplexné hrubovanie a rezanie sa používajú konfigurácie s nízkymi otáčkami.

Výpočet zostavy vretena

Btuhosť sa považuje za hlavnú konštrukčnú charakteristiku. Vyjadruje sa ako indikátor elastických posunov v zóne spracovania pri celkovej pôsobiacej sile od vlastnej elastickej deformácie vretena s jeho nosnými prvkami. Pevnosť sa používa aj na charakterizáciu vysoko zaťažených zostáv a pre vreteníky s vysokými otáčkami bude kľúčovým faktorom úspešného spracovania minimálna hodnota rezonancie, t. j. vysoká odolnosť voči vibráciám.

Prakticky všetky zostavy vretien pre obrábacie stroje sú samostatne vypočítané na presnosť rezu. Tento výpočet sa vykonáva pre ložiská na základe koeficientu radiálneho hádzania konca vretena. Prípustná hodnota hádzania závisí od triedy presnosti návrhu, pri definovaní ktorej konštruktéri vychádzajú z požiadaviek na proces obrábania.

Index radiálneho hádzania na vnútornom povrchu ložiskového krúžku závisí od jeho excentricity a chýb dráh s valivými prvkami. Tento parameter presnosti je vyjadrený účinkom takzvaného putovného rytmu. V procese kontroly ložísk sa zisťuje ich súlad so stanovenými normami, po ktorých, ak sa zistia odchýlky, môžu byť výrobky odoslané na revíziu. Medzi opatreniami na ďalšie zlepšenie presnosti ložísk pre zostavu vretena počas montáže možno rozlíšiť:

• Excentricity vnútorných krúžkov a ložiskových čapov sú v opačných smeroch.
• Excentricita vonkajších krúžkov ložísk atelesné otvory sú tiež umiestnené v opačných smeroch.
• Pri inštalácii excentricity vnútorných krúžkov ložísk zadnej a prednej časti musia byť umiestnené v rovnakej rovine.

ShU Performance

Tuhosť a presnosť súboru dôležitých technických a fyzikálnych ukazovateľov vretena nie je obmedzená. Medzi ďalšie významné vlastnosti tohto mechanizmu je potrebné zdôrazniť:

• Odolnosť voči vibráciám. Schopnosť SHU poskytovať stabilnú rotáciu bez oscilácií. Účinok vibrácií nie je možné úplne eliminovať, avšak vďaka starostlivým konštrukčným výpočtom ho možno minimalizovať znížením vplyvu zdrojov priečnych a torzných vibrácií, ako sú pulzujúce sily v zóne spracovania a krútiaci moment v pohone stroja.
• Rýchlosť. Charakteristická pre rýchlosť zostavy vretena, odrážajúca počet otáčok za minútu umožňujúci optimálne prevádzkové podmienky. Inými slovami, maximálna povolená rýchlosť otáčania, ktorá je určená konštrukčnými a technologickými vlastnosťami výrobku.
• Vyhrievacie ložiská. Intenzívna tvorba tepla je prirodzeným odvodeným faktorom pri obrábaní pri vysokých rýchlostiach. Pretože zahrievanie môže viesť k deformácii základne prvku, tento indikátor by sa mal vypočítať počas návrhu. Tepelne najcitlivejším komponentom zostavy je ložisko, ktorého zmena tvaru môže zhoršiť funkciu vretena. Aby sa znížili procesy tepelnej deformácie, výrobcovia by malidodržiavať normy prípustného ohrevu vonkajších ložiskových krúžkov.
• Únosná kapacita. Určené prostredníctvom výkonového faktora ložísk vretena za podmienok maximálneho povoleného statického zaťaženia.
• Trvalosť. Indikátor času udávajúci počet hodín prevádzky produktu pred generálnou opravou. Za predpokladu, že axiálna a radiálna tuhosť zostavy vretena je vyvážená, životnosť môže dosiahnuť 20 000 hodín. Minimálny čas do zlyhania je dva a päť tisíc hodín, čo je typické pre brúsky a vnútorné brúsky.

Materiály na výrobu SHU

Výber materiálov elementovej základne vretena je tiež faktorom pre zabezpečenie určitých technických a prevádzkových vlastností zariadenia. Pri lapovacích, závitovacích a vŕtacích jednotkách sa kladie dôraz na ochranu pred účinkami krútiaceho momentu a zostava vretena napríklad frézky sa montuje na základe účinkov ohybových momentov. V každom prípade musí mať materiál dostatočnú odolnosť proti opotrebeniu na ovládacej ploche, ako aj na ložiskovom čape. Stabilita tvaru a rozmerov je hlavnou podmienkou správneho fungovania výrobku, do značnej miery závisí od vlastností použitého materiálu.

V strojoch s triedami presnosti H a P sa používajú vretená vyrobené z oceľových zliatin tried 40X, 45, 50. V niektorých prípadoch môžu konštrukčné rozhodnutiavyžadujú špeciálne zušľachťovanie kovu kalením s indukčným tepelným pôsobením. Zvyčajne sa kalenie výrobkov kalením aplikuje na výkonové povrchy a ložiskové čapy ako najkritickejšie časti dielu.

Pre prvky zložitého tvaru s kužeľovými otvormi, drážkami, prírubami a stupňovitými prechodmi sa používa objemovo kalená oceľ. Táto technológia spracovania je povolená len pre obrobky, z ktorých sa plánuje výroba predných častí zostáv vretena stroja s následným nauhličovaním. V tomto prípade sa používajú ocele 40XGR a 50X.

Zariadenia s triedami presnosti A a B sa dodávajú s vretenami vyrobenými z ocele akosti 18KhGT a 40KhFA, nitridovanej. Proces úpravy dusíkom je potrebný na zvýšenie tvrdosti dielu, ako aj na zachovanie pôvodného tvaru a rozmerov. Predpokladom pre vretená používané v systémoch s kvapalinovým trením je zvýšenie pevnosti a štrukturálnej stability.

V zjednodušenom usporiadaní riadiacej miestnosti nie sú požiadavky na materiály také vysoké. Prvky s jednoduchými tvarmi môžu byť vyrobené z ocele akosti 20Kh, 12KhNZA a 18KhGT, ale aj v tomto prípade sú polotovary predbežne podrobené kaleniu, nauhličovaniu a popúšťaniu.

ShU konštrukčné modely

Hlavný podiel vretenových mechanizmov používaných v moderných obrábacích strojoch má dvojložiskové zariadenie. Táto konfigurácia je optimálna z hľadiska optimalizácie zariadenia a pohodlia technickej organizácie.proces produkcie. Veľké podniky však využívajú aj modely s dodatočnou podporou z tretieho piliera.

Konfigurácie umiestnenia ložísk sú tiež nejednoznačné z hľadiska metód implementácie. Dnes existujú trendy smerujúce k prenosu kritických regulačných funkcií do oblasti vreteníka, čo znižuje vplyv tepelných účinkov. V jednoduchých modeloch zostavy vretena sa používajú valivé ložiská, čím sa zároveň minimalizuje riziko deformácie pri tvorbe tepla a zvyšuje sa účinnosť nastavenia. Súčasne, spolu so zvýšením tuhosti a zvýšením presnosti otáčania, majú takéto mechanizmy nevýhodu v podobe zníženia rýchlosti. Preto je táto konfigurácia najvhodnejšia pre sústruhy s nízkymi rýchlosťami.

Pomalorýchlostné brúsne jednotky sú tiež vybavené valčekovými ložiskami v prednej nosnej časti a zadná strana je vybavená duplexom prvkov s uhlovým stykom. Najmä takto sú vretenové jednotky implementované v konštrukciách kruhových a vnútorných brúsok. Na zjednodušenie funkčného systému jednotky umožňujú aj kuželíkové ložiská. Takéto riešenie vo vzťahu k frézovacím jednotkám eliminuje potrebu zahrnúť skupinu axiálnych ložísk. Výsledkom je zachovanie optimálnej tuhosti, ale problémy s tvorbou tepla s obmedzeným krútiacim momentom nikam nevedú.

Kontrola kvality produktu

Po zložení vreteníka sa skontroluje vôľa-predpätie skupiny ložísk. Táto operáciapotrebné na posúdenie pripravenosti mechanizmu na plnohodnotné pracovné zaťaženie. Kontrola sa vykonáva zaťažením zariadenia pomocou zdviháka a dynamometra. Merania sa vykonávajú priamo indikačnými zariadeniami vrátane meracích hláv, snímačov, mikrokatorov atď. Meracie zariadenie sa inštaluje na vreteník čo najbližšie k prednému ložisku. Pri stanovení skokovej zmeny zaťaženia sa vytvorí graf posunov konca vretena.

Tuhosť zostavy sústružníckeho vretena s nosnými prvkami je kontrolovaná metódou dvojbodového merania. Najprv sa na lineárnom úseku krivky zaťaženia nastavia dva kontrolné body. Ďalej sa pre každý riadok zaznamenávajú údaje o deformácii, po ktorých sa vykoná porovnanie. Ako štandardné indikátory možno použiť konštrukčné hodnoty aj údaje zo všeobecných technických požiadaviek na stroj. Okrem toho, komplexné údaje na porovnanie, získané ako výsledok testov, by mali byť prezentované vo forme aritmetických stredných hodnôt. Rovnakým spôsobom sa vykonávajú merania axiálneho a radiálneho zaťaženia s fixáciou medzier vytvorených medzi ložiskami.

Ak sa zistia odchýlky od štandardných hodnôt, upraví sa predpätie vôle. Pri údržbe vretenových zostáv sústruhu na takéto úlohy sa používa technika vyhrievacích podpier. V podmienkach tepelnej expozície teplomerov a termočlánkov v určitom rozsahu sa matice dotiahnu a nastavia.

Tesnenia pre mechanizmus SHU

Zloženie vreteníka zahŕňa ašpeciálne tesnenia, ktoré zvyšujú izolačné a tesniace vlastnosti mechanizmu. Načo to je? Keďže pracovný postup sústruhu je spojený s uvoľňovaním veľkých objemov jemného odpadu za podmienok mazania, je bežné upchávanie funkčných častí. Preto pri montáži zostavy vretena musia byť zabezpečené zariadenia, ktoré chránia pracovné prvky pred prachom, nečistotami a vlhkosťou. Na to slúži tmel. Spravidla ide o spotrebný materiál vo forme krúžku, ktorý sa montuje na vreteno pomocou centrovacieho remeňa. Počas prevádzky mechanizmu je potrebná jeho pravidelná výmena alebo úprava polohy. V podmienkach zvýšenej vonkajšej kontaminácie je možné dodatočne použiť ochranný zberný krúžok. Ak stroj beží pri stredných alebo nízkych rýchlostiach, potom musí byť upevnené aj tesnenie.

Údržba SHU

Hlavnou úlohou personálu počas prevádzky vreteníka je sledovať mazanie jeho častí. Zvyčajne sa to robí striekaním na povrchy rotujúcich ozubených kolies, obežných kolies a komponentov diskov. Optimálne zloženie pre tento typ maziva by malo mať pri zahriatí na 50 °C index viskozity 20. Konštrukcia zostavy frézovacieho vretena poskytuje možnosť nasmerovania oleja do ložiska cez zberač alebo priamo do pracovnej skupiny. Okrem toho by časť oleja mala zostať aj po ukončení pracovného stretnutia. Stará kontaminovaná kvapalina sa nahradí novou. Na zjednodušenie procesu plnenia v moderných strojoch je cirkulačný prívod oleja organizovaný súčasne do prevodovky a vretena v automatickom režime, keď sa odpadová hmota vypúšťa.

Okrem aktualizácie oleja je potrebné udržiavať technický stav mechanizmu. Technické a konštrukčné problémy môžu vzniknúť v dôsledku prehriatia, nadmernej deformácie, vysokých vibrácií alebo skratu medzi otáčkami. Typickou opravou zostáv vretena ako súčasť výrobného procesu môže byť výmena poškodených dielov, spotrebného materiálu alebo prestavba sediel. Napríklad pri deformácii alebo inštalácii nových prvkov je niekedy potrebná dodatočná korekcia objímok alebo samotných častí brúsením, brúsením, lapovaním alebo stavaním.

Výroba SHU v Rusku

Niektoré súčiastky vretien, ktoré sú potrebné na kompletizáciu obrábacích strojov, vyrábajú domáci výrobcovia vo vlastných zariadeniach na výrobu obrábacích strojov, pričom sa spoliehajú na vývoj a skúsenosti sovietskeho priemyslu. S výrobou konvenčných zostáv hnacích vretien pre frézku alebo sústružnícke jednotky, ktoré nie sú zamerané na vysoko presné obrábanie, nie sú prakticky žiadne problémy. Moderné high-tech elektrovretená sa však v Rusku vyrábajú iba po častiach a na základe dovážaných komponentov. Tieto obmedzenia sú spojené nielen s nedostatkom vyspelých technológií v tejto oblasti, ale aj s nedostatkom kvalifikovaného personálu, ktorý musí riešiť inžinierske a výrobné problémy.

Záver

Vreteno je jedným z centrálnych funkčných komponentov rôznych typov obrábacích strojov. Presnosť vykonávania pracovných operácií, ergonómia ovládania zariadenia a účinnosť regulácie výkonového potenciálu hnacieho mechanizmu závisí od kvality jeho hlavných funkcií. Preto je také dôležité venovať pozornosť charakteristikám zostavy vretena v sústruhu pri jeho výbere. A to platí nielen pre priemyselný segment, kde sa vykonávajú operácie in-line obrábania. Bežný domáci majster, ktorý vykonáva jednoduché operácie v garáži alebo vidieckom dome, by mal mať tiež základné znalosti o vreteníku. Zručnosti pri manipulácii s vretenovým mechanizmom zvýšia spoľahlivosť prevádzky a hospodárnejšiu údržbu stroja.