Spileenheid draaien: prestatie-eigenschappen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

De spil van werktuigmachines wordt meestal gepresenteerd als een van de elementen van het aandrijfmechanisme dat verantwoordelijk is voor het fixeren en vormen van het werkstuk. Tegelijkertijd is de interface met de energiecentrale, het lagergedeelte en de werkuitrusting van de eenheid zo nauw dat we kunnen praten over de hele infrastructuur van dit onderdeel. Op de een of andere manier moet het spindelsamenstel (SHU) worden beschouwd als een verantwoordelijk basismechanisme van de machine, dat de functie biedt van het overbrengen van koppel en het sturen van de verwerkingskracht.

Productoverzicht

Dit mechanisme wordt ook wel een motorspil genoemd en vormt een van de belangrijkste montage-eenheden van moderne hout- en metaalbewerkingsmachines. De prestaties en, in nog grotere mate, de nauwkeurigheid van de mechanische impact op het werkstuk hangen af van de eigenschappen ervan. Zoals al opgemerkt, hebben we het over een heel complex van elementen,die de basis vormen van spindeleenheden. Steunen, smeersysteem, afdichtingen, koppeloverbrenging en lagerdelen vormen de basis van dit mechanisme. Meestal zijn dit componenten die ondersteunende en ondersteunende functies vervullen om de werking van het mondstuk in de vorm van een snijgereedschap te verzekeren.

Het is algemeen aanvaard dat het vermogenspotentieel van werktuigmachines in de eerste plaats afhangt van de motor. Dit is waar, maar slechts ten dele. Zo hebben de spindeleenheden van metaalsnijmachines hun eigen frequentiebereik van rotatie, wat beperkende voorwaarden voor snijsnelheden met zich meebrengt. Maar het is belangrijk om te begrijpen dat dit bereik meer een functie is van het aanpassen van de optimale verwerkingssnelheid met ondersteuning van een voldoende hoge nauwkeurigheid.

Een andere belangrijke functie van de spil is het direct vasthouden van het bewerkingsgereedschap en in sommige gevallen het werkstuk zelf. Voor dit soort bevestiging worden speciale klemmen en klemmen gebruikt, zoals een gereedschapshouder en patronen. Daarom is het belangrijk om rekening te houden met de kenmerken van de spil bij het kiezen van een gereedschap volgens de afmetingen van de schacht en het bepalen van de toelaatbare parameters van het bewerkingsproces.

ShU-ontwerp

Tijdens de ontwikkeling van de ontwerpoplossing voor de motorspil, moeten taakuitvoerders zich concentreren op de maximale vermindering van dynamische en trillingsbelastingen op het mechanisme. Het behalen van deze kwaliteit van de werkgroep heeft direct invloed op de duurzaamheid van de machine en de kwaliteit van de verwerking. Om deze reden wordt het spindelsamenstel in toenemende mateontworpen als een onafhankelijk apparaat in een aparte behuizing, die een kop wordt genoemd.

Het volgende wordt genomen als initiële gegevens voor het ontwerpalgoritme:

• Kracht.
• Rotatienauwkeurigheid.
• Snelheid.
• Maximale verwarming voor steunen.
• Trillingsweerstand.
• Stijfheid.

Op basis van de initiële parameters worden een structureel schema, lay-outdetails en productiematerialen geselecteerd. Het type van de toekomstige machine heeft ook invloed op de selectie van bepaalde ontwerpoplossingen. Het ontwerp van spindelassemblages voor zeer nauwkeurige bewerkingsapparatuur is bijvoorbeeld gebaseerd op de lay-out van hydrodynamische lagers die de nauwkeurigheid van mechanische actie in het bereik van 0,5 tot 2 micron kunnen garanderen. Voor bijzonder snelle eenheden met interne slijpkoppen worden speciale glijlagers gebruikt, die luchtsmering vereisen. Typisch worden de principes van het construeren van een spindelbasis met de nadruk op het ondersteunen van hoge verwerkingssnelheden vanaf 600 tpm gebruikt voor diamantboren en universele metaalsnijmachines. De parameters van componenten ter ondersteuning van lage snelheden worden traditioneel berekend voor frees-, revolver- en boormachines. Hier geldt de regel: hoe delicater de nauwkeurigheid van de mechanische actie, hoe hoger het koppel op de spil moet zijn. Voor complex voorbewerken en snijden worden configuraties met een laag toerental gebruikt.

Berekening van het spindelsamenstel

Bstijfheid wordt beschouwd als het belangrijkste ontwerpkenmerk. Het wordt uitgedrukt als een indicator van elastische verplaatsingen in de verwerkingszone onder de totale werkende kracht van de eigen elastische vervorming van de spil met zijn ondersteunende elementen. Sterkte wordt ook gebruikt om zwaarbelaste assemblages te karakteriseren, en voor kopblokken met een hoog toerental zal een minimale resonantiewaarde, d.w.z. hoge trillingsweerstand, een sleutelfactor zijn voor een succesvolle verwerking.

Praktisch alle spindelassemblages voor metaalsnijmachines worden afzonderlijk berekend voor snijnauwkeurigheid. Deze berekening wordt uitgevoerd voor lagers op basis van de radiale uitloopcoëfficiënt van het spindeleinde. De toegestane uitloopwaarde hangt af van de ontwerpnauwkeurigheidsklasse, bij de definitie waarvan de ontwerpers uitgaan van de vereisten voor het bewerkingsproces.

De index van radiale slingering op het binnenoppervlak van de lagerring hangt af van de excentriciteit en de fouten van de rupsbanden met rollende elementen. Deze nauwkeurigheidsparameter wordt uitgedrukt door het effect van de zogenaamde zwervende beat. Tijdens het lagercontroleproces wordt bepaald of ze voldoen aan de vastgestelde normen, waarna, als er afwijkingen worden geconstateerd, de producten voor revisie kunnen worden verzonden. Onder de maatregelen om de nauwkeurigheid van de lagers voor het spindelsamenstel tijdens de montage verder te verbeteren, kunnen de volgende worden onderscheiden:

• De excentriciteiten van de binnenringen en lagertappen zijn in tegengestelde richtingen.
• Excentriciteiten van dragende buitenringen enlichaamsgaten worden ook in tegengestelde richtingen geplaatst.
• Bij het installeren van de excentriciteiten van de binnenringen van de lagers van de achterste en voorste delen, moeten ze op hetzelfde vlak worden gehouden.

ShU-prestaties

Stijfheid en nauwkeurigheid set van belangrijke technische en fysieke indicatoren van de spil is niet beperkt. Naast andere belangrijke eigenschappen van dit mechanisme, is het de moeite waard om te benadrukken:

• Trillingsweerstand. Het vermogen van de SHU om stabiele rotatie te bieden zonder oscillatie. Het is onmogelijk om het trillingseffect volledig te elimineren, maar dankzij zorgvuldige ontwerpberekeningen kan het worden geminimaliseerd door het effect van bronnen van transversale en torsietrillingen, zoals pulserende krachten in de verwerkingszone en koppel in de machineaandrijving, te verminderen.
• Snelheid. Kenmerkend voor de snelheid van het spindelsamenstel, dat het aantal omwentelingen per minuut weerspiegelt dat is toegestaan voor de optimale bedrijfsconditie. Met andere woorden, de maximaal toelaatbare rotatiesnelheid, die wordt bepaald door de structurele en technologische eigenschappen van het product.
• Verwarming lagers. Intensieve warmteontwikkeling is een natuurlijke afgeleide factor bij het bewerken met hoge snelheden. Aangezien verwarming kan leiden tot vervorming van de elementbasis, moet deze indicator tijdens het ontwerp worden berekend. Het meest warmtegevoelige onderdeel van het samenstel is het lager, waarvan de vormverandering de functie van de spindel kan aantasten. Om thermische vervormingsprocessen te verminderen, moeten fabrikanten:voldoen aan de normen voor toelaatbare verwarming van de buitenste lagerringen.
• Draagvermogen. Bepaald door de prestatiefactor van spindellagers onder omstandigheden van maximaal toelaatbare statische belastingen.
• Duurzaamheid. Tijdindicator die het aantal bedrijfsuren van het product vóór revisie aangeeft. Op voorwaarde dat de axiale en radiale stijfheid van het spindelsamenstel in evenwicht is, kan de duurzaamheid 20 duizend uur bereiken. De minimale tijd tot falen is twee- en vijfduizend uur, wat typisch is voor respectievelijk slijp- en interne slijpmachines.

Materialen voor het maken van SHU

Selectie van materialen voor de elementbasis van de spil is ook een factor bij het waarborgen van bepaalde technische en operationele eigenschappen van de apparatuur. Bij lep-, draadsnij- en boorunits ligt de nadruk op bescherming tegen de effecten van koppel en wordt het spindelsamenstel van bijvoorbeeld een freesmachine geassembleerd op basis van de effecten van buigmomenten. In elk geval moet het materiaal zowel aan het bedieningsoppervlak als aan de lagertap voldoende slijtvast zijn. De stabiliteit van vorm en afmetingen is de belangrijkste voorwaarde voor de goede werking van het product, grotendeels afhankelijk van de eigenschappen van de gebruikte materiaalkwaliteit.

In machines met nauwkeurigheidsklassen H en P worden spindels gebruikt die zijn gemaakt van staallegeringen van de klassen 40X, 45, 50. In sommige gevallen kunnen ontwerpbeslissingenvereisen en speciale verfijning van het metaal door verharding met inductie thermische actie. Gewoonlijk wordt verharding van producten door verharding toegepast op de prestatieoppervlakken en lagertappen als de meest kritische onderdelen van het onderdeel.

Voor elementen met een complexe vorm met conische gaten, groeven, flenzen en getrapte overgangen wordt volumegehard staal gebruikt. Deze verwerkingstechnologie is alleen toegestaan voor werkstukken waarvan het de bedoeling is om de voorste delen van de machinespilassemblages te produceren met daaropvolgende carbonering. In dit geval worden de staalsoorten 40XGR en 50X gebruikt.

Apparatuur met nauwkeurigheidsklassen A en B wordt geleverd met spindels van staalsoorten 18KhGT en 40KhFA, genitreerd. Het stikstofbehandelingsproces is nodig om de hardheid van het onderdeel te vergroten en om de oorspronkelijke vorm en afmetingen te behouden. Toenemende sterkte en structurele stabiliteit is een voorwaarde voor spindels die worden gebruikt in systemen met vloeistofwrijving.

In de vereenvoudigde indeling van de controlekamer zijn de eisen aan materialen niet zo hoog. Elementen met eenvoudige vormen kunnen worden gemaakt van staalsoorten 20Kh, 12KhNZA en 18KhGT, maar zelfs in dit geval worden de onbewerkte stukken voorlopig onderworpen aan afschrikken, carboneren en ontlaten.

ShU structurele modellen

Het grootste deel van de spindelmechanismen die in moderne werktuigmachines worden gebruikt, heeft een apparaat met twee lagers. Deze configuratie is optimaal in termen van apparatuuroptimalisatie en gemak van de technische organisatie.productieproces. Grote ondernemingen gebruiken echter ook modellen met extra ondersteuning vanuit de derde pijler.

Configuraties voor lagerplaatsing zijn ook dubbelzinnig in termen van implementatiemethoden. Tegenwoordig zijn er trends in de richting van het overhevelen van kritieke regelgevende functies naar het gebied van de kop, waardoor de impact van thermische effecten wordt verminderd. In eenvoudige modellen van het spindelsamenstel worden rollagers gebruikt, wat ook het risico op vervorming door warmteontwikkeling minimaliseert en de efficiëntie van de afstelling verhoogt. Tegelijkertijd hebben dergelijke mechanismen, samen met een toename van de stijfheid en een toename van de nauwkeurigheid van rotatie, een nadeel in de vorm van een afname van de snelheid. Daarom is deze configuratie het meest geschikt voor draaibanken met lage snelheden.

Slijpmachines met lage snelheid zijn ook uitgerust met rollagers in het voorste steungedeelte en de achterkant is voorzien van een duplex van hoekcontactelementen. Dit is met name hoe spindeleenheden worden geïmplementeerd in de ontwerpen van cirkelvormige en interne slijpmachines. Om het functionele systeem van de unit te vereenvoudigen, zijn ook kegellagers mogelijk. Een dergelijke oplossing met betrekking tot freeseenheden elimineert de noodzaak om een axiale lagergroep op te nemen. Als resultaat wordt een optimale stijfheidsmarge behouden, maar daarmee gaan de problemen van warmteontwikkeling met beperkt koppel nergens heen.

Kwaliteitscontrole van het product

Na het monteren van de kop, wordt de speling-voorspanning van de lagergroep gecontroleerd. Deze operatienodig zijn om de gereedheid van het mechanisme voor een volwaardige werklast te beoordelen. De controle wordt uitgevoerd door het apparaat te laden met een krik en een rollenbank. Metingen worden direct uitgevoerd met indicatoren, waaronder meetkoppen, sensoren, microcators, enz. Het meetapparaat wordt zo dicht mogelijk bij het voorste lager op de kop gemonteerd. Bij het vastleggen van een stapsgewijze verandering van de belasting, wordt een grafiek van verplaatsingen van het spiluiteinde gebouwd.

De stijfheid van het draaiende spindelsamenstel met ondersteunende elementen wordt gecontroleerd door de tweepuntsmeetmethode. Eerst worden twee controlepunten ingesteld op het lineaire gedeelte van de belastingscurve. Verder worden voor elke lijn vervormingsgegevens geregistreerd, waarna een vergelijking wordt uitgevoerd. Als standaardindicatoren kunnen zowel ontwerpwaarden als cijfers uit de algemene technische vereisten voor de machine worden gebruikt. Bovendien moeten complexe vergelijkingsgegevens, verkregen als resultaat van tests, worden gepresenteerd in de vorm van rekenkundige gemiddelde waarden. Op dezelfde manier worden metingen van axiale en radiale belastingen uitgevoerd met fixatie van de tussen de lagers gevormde openingen.

Als er afwijkingen van de standaardwaarden worden gedetecteerd, wordt de vrijloopvoorspanning aangepast. Bij het onderhoud van de spindelassemblages van een draaibank voor dergelijke taken, wordt de techniek van het verwarmen van steunen gebruikt. Onder de omstandigheden van thermische blootstelling van thermometers en thermokoppels in een bepaald bereik, worden de moeren vastgedraaid en afgesteld.

Afdichtingen voor SHU-mechanisme

De samenstelling van de kop omvat enspeciale afdichtingen die de isolerende en afdichtende eigenschappen van het mechanisme verhogen. Waar is het voor? Aangezien de workflow van een draaibank gepaard gaat met het vrijkomen van grote hoeveelheden fijn afval onder smerende omstandigheden, is verstopping van functionele onderdelen gebruikelijk. Dienovereenkomstig moeten bij het monteren van het spindelsamenstel voorzieningen worden aangebracht die de werkelementen beschermen tegen stof, vuil en vocht. Daar is de kit voor. Dit is in de regel een verbruiksartikel in de vorm van een ring, die met een centreerband op de spindel wordt gemonteerd. Tijdens de werking van het mechanisme is de periodieke vervanging of aanpassing van de positie vereist. Bij verhoogde uitwendige vervuiling kan bovendien een beschermende sleepring worden gebruikt. Als de machine op gemiddelde of lage snelheden draait, moet ook de lipafdichting worden vastgezet.

SHU Onderhoud

De belangrijkste taak van het personeel tijdens de werking van de kop is het bewaken van de smering van de onderdelen. Dit wordt meestal gedaan door te spuiten op de oppervlakken van roterende tandwielen, waaiers en schijfcomponenten. De optimale samenstelling voor dit type smeermiddel moet een viscositeitsindex van 20 hebben bij verhitting tot 50 ° C. De ontwerpen van het freesassamenstel bieden de mogelijkheid om olie via een collector of rechtstreeks naar de werkgroep in het lager te leiden. Bovendien moet een deel van de olie ook na afloop van de werksessie achterblijven. De oude vervuilde vloeistof wordt vervangen door een nieuwe. Om het vulproces in moderne machines te vereenvoudigen, wordt de circulerende olietoevoer gelijktijdig naar de versnellingsbak en de spindel in automatische modus georganiseerd terwijl de afvalmassa wordt afgevoerd.

Naast het bijwerken van de olie, is het noodzakelijk om de technische staat van het mechanisme te behouden. Technische en structurele problemen kunnen ontstaan door oververhitting, overmatige vervorming, hoge trillingen of kortsluiting tussen de windingen. Een typische reparatie van spindelassemblages als onderdeel van het fabricageproces kan het vervangen van beschadigde onderdelen, verbruiksartikelen of het opnieuw opbouwen van zittingen zijn. Bij het vervormen of installeren van nieuwe elementen is bijvoorbeeld soms extra correctie van de bussen of de onderdelen zelf nodig door slijpen, slijpen, leppen of opbouwen.

Productie van SHU in Rusland

Sommige van de spilcomponenten die nodig zijn voor het voltooien van werktuigmachines, worden geproduceerd door binnenlandse fabrikanten in hun eigen werktuigmachines, afhankelijk van de ontwikkelingen en ervaring van de Sovjet-industrie. Er zijn praktisch geen problemen met de fabricage van conventionele aandrijfasassemblages voor een freesmachine of draaieenheden die niet gericht zijn op zeer nauwkeurige bewerking. Moderne hightech elektrospindels worden in Rusland echter alleen in onderdelen en op basis van geïmporteerde componenten geproduceerd. Deze beperkingen houden niet alleen verband met het gebrek aan geavanceerde technologieën op dit gebied, maar ook met het tekort aan gekwalificeerd personeel dat technische en productieproblemen moet oplossen.

Conclusie

De spil is een van de centrale functionele componenten van verschillende soorten werktuigmachines. De nauwkeurigheid van de uitvoering van werkzaamheden, de ergonomie van de besturing van de apparatuur en de efficiëntie van de regeling van het vermogenspotentieel van het aandrijfmechanisme zijn afhankelijk van de kwaliteit van de belangrijkste functies. Daarom is het zo belangrijk om aandacht te besteden aan de kenmerken van het spindelsamenstel in de draaibank bij het kiezen ervan. En dit geldt niet alleen voor het industriële segment, waar in-line bewerkingen worden uitgevoerd. Een gewone huismeester die eenvoudige handelingen in een garage of landhuis uitvoert, moet ook basiskennis hebben van de kop. Vaardigheden in het hanteren van het spindelmechanisme zullen de werking betrouwbaarder en het onderhoud van de machine zuiniger maken.