Главная
Блог
Познавательное
Люфт ШВП токарного станка ЧПУ: замена опор BK, BF

Люфт ШВП токарного станка ЧПУ: замена опор BK, BF

02.06.2026
Познавательное

Таблица 1. Соответствие опор BK/BF диаметру и шейке ШВП

Наружный диаметр ШВП, мм	Типовая шейка под опору, мм	Опора фиксированной стороны (BK)	Опора плавающей стороны (BF)
16	10–12	BK10 / BK12	BF10 / BF12
20	12–15	BK12 / BK15	BF12 / BF15
25	17–20	BK17 / BK20	BF17 / BF20
32	20–25	BK20 / BK25	BF20 / BF25
40	25–30	BK25 / BK30	BF25 / BF30

Числовой индекс в обозначении опоры BK / BF соответствует диаметру посадочной шейки ходового винта, а не наружному диаметру ШВП. Конкретный размер шейки указывается в чертеже ШВП и подбирается под заданную нагрузку и жёсткость; для одного и того же диаметра винта возможны несколько вариантов шейки (например, для Ø25 типовые исполнения с шейкой Ø17 при стандартных подачах и Ø20 при повышенных нагрузках).

Таблица 2. Подшипники в BK-опорах

Опора BK	Внутренний диаметр (шейка), мм	Типовой подшипник в дуплексе DB	Контактный угол (вариант)
BK10	10	2 × 7000 (типовой угловой шарикоподшипник)	40° (B) или 15° (C)
BK12	12	2 × 7001	40° (B) или 15° (C)
BK15	15	2 × 7002	40° (B) или 15° (C)
BK17	17	2 × 7003	40° (B) или 15° (C)
BK20	20	2 × 7004	40° (B) или 15° (C)
BK25	25	2 × 7005	40° (B) или 15° (C)
BK30	30	2 × 7006	40° (B) или 15° (C)

В таблице приведены универсальные обозначения угловых радиально-упорных шарикоподшипников серии 70xx по ISO. Для прецизионных применений производители выпускают специализированные серии под опоры ходовых винтов: NSK TAC (например, 25TAC62B), SKF BSA / BSD, Schaeffler/FAG BSB; такие подшипники имеют увеличенный контактный угол 60°, повышенную осевую жёсткость и грузоподъёмность. Опора BF содержит, как правило, один радиальный шарикоподшипник серии 60xx с осевой свободой в посадке корпуса.

Таблица 3. Ориентировочные предельные значения backlash по осям токарного станка ЧПУ

Состояние	Ось X (поперечная), мкм	Ось Z (продольная), мкм	Комментарий
Новая машина / после капитального ремонта	5–15	10–20	Соответствует требованиям точности типового токарного ЧПУ
Норма для прецизионных операций	до 10	до 15	Резьба, фасонная обработка, чистовой проход
Допустимо для черновой обработки	до 30–40	до 40–50	Снижение качества поверхности; компенсация в УЧПУ
Требуется ремонт привода подачи	свыше 50	свыше 60–80	Замена опор и/или гайки ШВП
Критическое состояние	свыше 100	свыше 100–150	Невозможно выдержать допуски, угроза столкновения с заготовкой

Численные значения являются ориентировочными для типовых токарных станков ЧПУ среднего класса; точные допуски конкретного станка приведены в его руководстве и формуляре приёмочных испытаний. Замер выполняется по методике реверса согласно ГОСТ 27843-2006 (соответствует ISO 230-2). В системах ЧПУ предусмотрена параметрическая компенсация люфта, но она не заменяет механический ремонт при критическом износе.

Таблица 4. Группы преднатяга угловых дуплексов

Группа преднатяга	Условный уровень осевой силы	Применение в опорах ШВП
Лёгкий (L, GA)	ориентировочно 1–2 % динамической грузоподъёмности	Низкоскоростные подачи, малые нагрузки
Средний (M, GB)	ориентировочно 3–5 %	Стандартные токарные ЧПУ среднего класса
Тяжёлый (H, GC)	ориентировочно 6–8 %	Прецизионные и высокожёсткие станки

Значения преднатяга в виде универсальных дуплексов (UA, UO, UL по Schaeffler/FAG) задаются торцевыми смещениями колец на заводе-изготовителе. При сборке пара устанавливается «спина-к-спине» (DB) или «лицом-к-лицу» (DF) согласно паспорту опоры; для опор ШВП в подавляющем большинстве случаев применяется схема DB.

Полное оглавление статьи

Конструкция ШВП с опорами BK/BF
Угловые дуплексы и преднатяг опоры
Подбор опор для ШВП Ø16–40 мм
Замер backlash по методике реверса
Люфт опор и люфт самого ШВП: как отличить
Замена опор BK/BF и регулировка преднатяга
Программная компенсация люфта в УЧПУ
Вопрос-ответ

Конструкция ШВП с опорами BK/BF

Шарико-винтовая передача (ШВП) преобразует вращение ходового винта в линейное перемещение каретки. В токарных станках с ЧПУ ШВП устанавливается по обеим главным линейным осям: ось X — поперечная (диаметр обработки), ось Z — продольная (длина обработки). Концы ходового винта опираются на узлы двух типов:

Фиксированная опора BK (Block fixed) — расположена со стороны привода (двигатель и муфта). Содержит пару угловых радиально-упорных шарикоподшипников, собранных в дуплекс «спина к спине» (DB). Воспринимает радиальную и двустороннюю осевую нагрузку. Зажимается прецизионной гайкой, обеспечивающей преднатяг.
Плавающая опора BF (Block floating) — расположена на противоположном конце винта. Содержит один радиальный шарикоподшипник, посадка которого допускает осевое перемещение в корпусе. Воспринимает только радиальную нагрузку, компенсируя тепловое расширение ходового винта.

Схема «одна фиксированная опора плюс одна плавающая» обязательна для прямолинейных приводов с ШВП по руководствам производителей (THK, NSK, Schaeffler/INA). Двусторонняя жёсткая фиксация недопустима: при нагреве винта возникает преднатяг, превышающий проектный, что приводит к ускоренному износу подшипников и потере точности.

Связь backlash оси токарного станка с состоянием опор ШВП — это вклад осевой игры угловых дуплексов в полный люфт привода подачи. Если преднатяг в опоре BK потерян (вследствие износа дорожек, выкрашивания, разрушения сепаратора), то осевая игра ходового винта суммируется с люфтом гайки ШВП и приводит к недопустимому отклонению при реверсе движения.

Угловые дуплексы и преднатяг опоры

Угловые радиально-упорные шарикоподшипники для опор ходовых винтов работают парами для обеспечения двусторонней осевой грузоподъёмности и предварительного натяга. Применяются следующие исполнения:

Угол контакта 40° — стандартные угловые шарикоподшипники серии 70xxB. Применимы для опор ШВП в общем машиностроении и в массовых токарных ЧПУ.
Угол контакта 60° — специализированные подшипники для ходовых винтов (NSK TAC, SKF BSA / BSD, Schaeffler/FAG BSB). Большая осевая грузоподъёмность и осевая жёсткость при том же габарите.

Дуплекс собирается по схеме DB (back-to-back, «спина к спине»): широкие торцы наружных колец направлены друг к другу, внутренних — наружу. Конструкция обеспечивает повышенную моментную жёсткость и устойчивость к опрокидывающей нагрузке от веса консоли ходового винта. Альтернативная схема DF (face-to-face) применяется для опор шпинделей, но не используется в опорах ШВП.

Преднатяг и его потеря

Преднатяг пары задаётся одним из способов: торцевым смещением колец (универсальные дуплексы UA / UO / UL), специальными прокладками между кольцами, расчётным моментом затяжки прецизионной гайки. У опор BK заводского исполнения дуплекс уже собран с фиксированным преднатягом; регулировка при ремонте сводится к контролю момента затяжки гайки и состояния подшипников. Потеря преднатяга — основная причина люфта опоры; диагностируется по росту осевой игры, измеренной индикатором.

Подбор опор для ШВП Ø16–40 мм

Размерный ряд BK / BF унифицирован по большинству производителей опор. Соответствие диаметра ходового винта, диаметра посадочной шейки и обозначения опоры приведено в Таблице 1. Ключевое правило: числовой индекс опоры (10, 12, 15, 17, 20, 25, 30) соответствует диаметру посадочной шейки ходового винта, а не наружному диаметру ШВП. Для одного и того же винта возможны несколько вариантов шейки в зависимости от нагрузки и требований к жёсткости.

Подбор опор для модернизации токарного ЧПУ выполняется в следующей последовательности: определение диаметра шейки по чертежу ШВП — выбор типоразмера BK / BF — проверка осевой грузоподъёмности дуплекса под рабочую нагрузку — проверка предельной скорости вращения (фактор dn = d × n) — проверка прогиба ходового винта под собственной массой и компонентами усилия резания.

Пример проверки осевой грузоподъёмности. ШВП Ø32 × 10 мм, шейка Ø25 мм, длина перемещения 600 мм, расчётная осевая сила резания F_ос ≈ 5 000 Н, частота вращения винта в режиме быстрого хода n = 2 000 об/мин. Опора BK25 с парой подшипников 25TAC62B (NSK) или эквивалентным дуплексом 7005B: ориентировочная осевая динамическая грузоподъёмность одного подшипника по каталогу C_a ≈ 26 кН; для пары в схеме DB при односторонней осевой нагрузке эффективная C_a увеличивается до примерно 36 кН. Запас по нагрузке: 36 кН / 5 кН ≈ 7. Запас достаточный для типового токарного режима. Фактор dn = 25 × 2 000 = 50 000 — это глубоко внутри допустимого диапазона: для угловых шарикоподшипников открытого исполнения с пластичной смазкой предел dn по руководствам производителей лежит ориентировочно в области 300 000–500 000, для прецизионных серий с масляной смазкой — значительно выше.

Замер backlash по методике реверса

Стандартизированная методика измерения backlash оси станка ЧПУ изложена в ГОСТ 27843-2006 (идентичен ISO 230-2). Суть — определение разницы позиции при подходе к точке с двух противоположных направлений.

Подготовка и инструмент

Индикатор часового типа с ценой деления 0,001 мм (микрокатор) либо электронный индикатор с разрешением 1 мкм.
Магнитный штатив с фиксацией на станине или на корпусе шпинделя.
Чисто протёртая поверхность для упора измерительного наконечника (как правило, державка резца или специальная мерная плита, закреплённая в позиции инструмента).
Станок прогрет в холостом режиме не менее 20–30 минут — для исключения теплового дрейфа.

Последовательность измерения по оси Z

Поднести каретку к точке измерения с положительной стороны хода (+Z) на медленной подаче. Обнулить индикатор.
Подать каретку дальше в положительную сторону ещё на 5–10 мм, затем вернуться к точке измерения с отрицательной стороны (−Z) на той же подаче.
Зафиксировать показание индикатора. Разница между «нулём» и текущим значением — это backlash по оси Z в данной точке.
Повторить замер в 3–5 точках по длине хода — для выявления неравномерности (изгиб винта, локальный износ дорожек).

Пример интерпретации замера. Точка 100 мм от шпинделя: backlash 8 мкм; точка 300 мм: 12 мкм; точка 500 мм: 9 мкм. Все значения в пределах нормы для прецизионных операций. Тот же замер при следующем ТО спустя 6 месяцев: 25 / 35 / 28 мкм. Рост в 3–4 раза в одинаковых точках — признак потери преднатяга в опоре BK или износа гайки ШВП. Требуется дополнительная диагностика (см. раздел 5).

Особенности замера оси X

На токарном станке ось X имеет меньшую длину хода, чем ось Z, и работает под действием поперечной составляющей силы резания. Замер выполняется аналогично: индикатор устанавливается перпендикулярно оси X, обнуление по подходу с одной стороны, реверс — фиксация показания. По типовым требованиям к токарному ЧПУ допустимый backlash оси X на 30–50 % строже, чем по оси Z, поскольку определяет точность диаметра обработки.

Люфт опор и люфт самого ШВП: как отличить

Полный backlash оси складывается из нескольких независимых источников:

Осевая игра в опорах BK (потеря преднатяга, износ дорожек).
Люфт в гайке ШВП (зазор между шариками и беговыми дорожками гайки и винта).
Люфт в муфте между ходовым винтом и валом серводвигателя.
Люфт в редукторе (при наличии).
Упругие деформации винта, корпуса опор, муфты под рабочей нагрузкой (это уже не «люфт» в строгом смысле, но влияет на точность реверса).

Локализация источника

Установить индикатор на торец ходового винта (не каретки). Качнуть каретку рукой (через отключённый привод) на крестообразный реверс. Если показание индикатора изменилось — есть осевая игра в опоре BK. Если осталось «ноль» — проблема в гайке ШВП.
Альтернативно: установить индикатор на муфту. При качании каретки видимое перемещение муфты относительно вала двигателя укажет на люфт муфты.
Снять защитный кожух BK-опоры. Проверить плотность затяжки прецизионной гайки преднатяга. Ослабленная гайка — типичная причина внезапного «появления» люфта без видимого износа.

Перед заменой опор или гайки ШВП обязательно проверьте затяжку всех болтовых соединений: корпуса опоры к станине, муфты к валу винта, кронштейна гайки к каретке. По наблюдениям сервисных служб, существенная доля случаев «потери точности» в практике обслуживания токарных ЧПУ устраняется обычной перетяжкой соединений и не требует замены подшипников.

Замена опор BK/BF и регулировка преднатяга

Демонтаж

Отключение и блокировка станка по процедуре LOTO. Подача снижается до полного останова, привод обесточивается.
Снятие защитных кожухов оси, демонтаж серводвигателя с муфтой.
Откручивание прецизионной гайки преднатяга на BK-опоре специальным ключом, входящим в пазы гайки; обычные ключи неприменимы — повреждают резьбу.
Снятие корпуса BK-опоры со станины (4 болта), снятие винта со стороны привода. Аналогично — корпус BF.
Выпрессовка подшипников из корпуса BK прессом или съёмником с упором в наружное кольцо.

Установка новых опор

Очистка посадочных поверхностей корпусов опор и шеек ходового винта от старой смазки и продуктов износа. Контроль геометрии шейки винта микрометром: износ или задиры — браковка или восстановление шейки шлифовкой.
Установка пары новых угловых шарикоподшипников в корпус BK в схеме DB. Дуплексы заводской сборки имеют метки совмещения колец (точки или стрелки на торце наружного кольца) — обязательно соблюдать.
Сборка корпуса BK на ходовой винт, затяжка прецизионной гайки преднатяга с расчётным моментом. Момент указан в паспорте опоры; для типовых BK17–BK35 он лежит ориентировочно в диапазоне 15–150 Н·м в зависимости от типоразмера и группы преднатяга. Без паспорта значение применять нельзя.
Установка корпусов BK и BF на станину, центровка оси винта относительно направляющих каретки (контроль соосности индикатором — допуск типично 0,02–0,05 мм на длине 300 мм).
Установка муфты, подключение серводвигателя, проверка вращения винта от руки — должно быть равномерным, без рывков и затирания.

После замены опор обязательны: повторный замер backlash по реверсу в 3–5 точках хода оси, проверка геометрии (биение винта индикатором на холостом ходу), термообкатка станка в течение 30–60 минут с контролем температуры корпуса BK-опоры (норма установившейся температуры — не более 50–55 °C при температуре окружающей среды +20 °C), повторный контроль момента затяжки гайки преднатяга после первой смены.

Программная компенсация люфта в УЧПУ

Современные системы числового управления (FANUC, Siemens, Mitsubishi, Heidenhain и российские СЧПУ) предусматривают параметрическую компенсацию backlash. В системе FANUC параметр обозначается как Backlash compensation (PRM 1851) и вводится в дискретах системы (типично 1 дискрет = 1 мкм). При смене направления оси система автоматически добавляет компенсационное смещение, выбирая измеренный люфт.

Программная компенсация эффективна при стабильном механическом люфте в пределах 5–30 мкм, имеющем линейный характер. При люфте свыше 50 мкм или при нелинейном поведении (зависимость от позиции, скорости, нагрузки) компенсация даёт неустойчивые результаты, отклонения проявляются на сложных контурах. В этих случаях замена опор ШВП и/или гайки является обязательной.

Связанные технические материалы

Базовый каталог — раздел ШВП, подсерия опоры ШВП, а также общие группы подшипники, радиально-упорные подшипники и тематически близкие подшипники для шпинделя. По методикам подбора и настройки: выбор шага и преднатяга ходовых винтов ШВП для станков ЧПУ и гайки ШВП с люфтовыбиранием: технология пружинного преднатяга. Практические руководства по модернизации: замена ходового винта на ШВП в токарном станке 16К20, модернизация токарных станков: замена винтов на ШВП, подшипники и ШВП в токарных и фрезерных станках Okuma серий LB, Genos и MA.

Вопрос-ответ

Какой допустимый backlash для токарного станка ЧПУ среднего класса?

Ориентировочные значения для типового токарного ЧПУ среднего класса: по оси X — до 10 мкм для прецизионных операций, до 30–40 мкм для черновой обработки; по оси Z — до 15 мкм для прецизионных, до 40–50 мкм для черновой. Точные допуски конкретной модели приведены в её руководстве по эксплуатации и формуляре приёмочных испытаний. Замер выполняется по ГОСТ 27843-2006 / ISO 230-2.

Можно ли устранить большой люфт только программной компенсацией?

Программная компенсация в УЧПУ (например, параметр 1851 в FANUC) эффективна при стабильном механическом люфте 5–30 мкм с линейным поведением. При люфте свыше 50 мкм, при его нелинейности или зависимости от позиции / скорости / нагрузки компенсация даёт неустойчивые результаты, проявляющиеся на сложных контурах. В этих случаях необходима механическая замена опор ШВП или гайки.

Чем угловой шарикоподшипник 7000B отличается от 7000C?

Различием служит угол контакта. По принятой у NSK, Schaeffler и FAG нотации: B — 40°, C — 15°; SKF в современных каталогах использует составные обозначения (например, BE — 40°, ACD — 25°, CD — 15°). Для опор ходового винта применяются дуплексы с углом контакта 40° или 60° (специализированные TAC, BSA, BSB), так как требуется высокая осевая жёсткость и грузоподъёмность. Подшипники с углом 15° применяются реже — обычно в опорах с преобладанием радиальной нагрузки или высокими частотами вращения.

Зачем нужны метки на дуплексе и как их совмещать?

Подшипники, проданные комплектом в виде универсального дуплекса (UA, UO, UL), имеют заводские метки на торце наружного кольца (стрелки, точки или цифры). Метки задают взаимное угловое положение колец, обеспечивающее проектный преднатяг и распределение нагрузки. При сборке метки совмещаются. Произвольная установка двух «случайных» подшипников из разных партий приводит к разбросу преднатяга и неравномерности работы.

Почему BK на одной стороне, а BF на другой? Можно ли поставить две BK?

Нельзя. Принцип «одна фиксированная (BK), одна плавающая (BF) опора» обусловлен необходимостью компенсации теплового удлинения ходового винта при работе. Винт длиной 1 м при нагреве на 10 °C удлиняется приблизительно на 0,12 мм; при двух жёстко зафиксированных опорах эта величина превращается в осевой преднатяг и быстро разрушает подшипники. BF имеет одиночный радиальный подшипник в свободной посадке корпуса именно для компенсации.

Какой момент затяжки прецизионной гайки преднатяга?

Момент указывается в паспорте опоры или в руководстве станка. Для типовых опор BK17–BK35 значения по руководствам производителей лежат ориентировочно в диапазоне 15–150 Н·м в зависимости от типоразмера и группы преднатяга. Применяется специальный ключ с шипами, входящими в пазы гайки; шестигранные ключи и плоскогубцы запрещены. После затяжки гайка фиксируется стопорной шайбой или контргайкой.

Как часто проверять преднатяг опор и backlash оси?

Типовая периодичность: первая проверка через 200–500 часов работы после ввода или капитального ремонта (период приработки), далее раз в полгода или через каждые 2 000–3 000 часов работы. После любых аварийных столкновений (краш-инциденты с инструментом и заготовкой), потери питания на полной подаче, ремонта серводвигателя — внеплановая проверка обязательна.

Что такое фактор dn и почему он важен для опор ШВП?

Фактор dn = d × n, где d — диаметр посадочной шейки в мм, n — частота вращения в об/мин. Параметр характеризует тепловыделение и предельные скорости работы подшипников. Для угловых шарикоподшипников открытого исполнения с пластичной смазкой типичный предел dn по руководствам производителей составляет порядка 300 000–500 000; для прецизионных серий с масляной или масляно-воздушной смазкой — существенно выше, до 1,5–2 миллионов. Превышение допустимого dn ведёт к перегреву, потере преднатяга и разрушению подшипника.

Можно ли смазать опору ШВП пластичной смазкой, если она была масляная?

Переход с масла на пластичную смазку (или наоборот) требует тщательной промывки полости опоры и согласованности типов смазочного материала. Большинство опор BK заводского исполнения комплектуются пластичной литиевой смазкой с базовым маслом вязкостью ISO VG 32–68. Применение жидкого масла возможно только при наличии встроенного маслопровода и при условии, что геометрия уплотнения опоры это допускает. Произвольная замена приведёт к утечкам или к нарушению режима смазки.

Что означает класс точности ШВП C3 / C5?

Класс точности ходового винта стандартизирован по ISO 3408. Для типовых классов травельных отклонений: C5 — допуск ±18 мкм на 300 мм длины, применяется в стандартных токарных ЧПУ; C3 — допуск ±8 мкм / 300 мм, для прецизионных станков; C7 — допуск ±50 мкм / 300 мм, для общего машиностроения и недорогих станков. Опоры BK должны быть подобраны под класс точности винта: для C3 и выше обязательны опоры с прецизионными подшипниками класса P4 или выше.

Источники

ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.
ГОСТ 27843-2006. Испытания станков. Определение точности и повторяемости позиционирования осей с числовым программным управлением.
ГОСТ Р ИСО 230-1. Нормы и правила испытаний металлорежущих станков. Часть 1. Геометрическая точность станков, работающих на холостом ходу или в чистовом режиме обработки.
ГОСТ Р ИСО 230-2. Нормы и правила испытаний металлорежущих станков. Часть 2. Определение точности и повторяемости позиционирования осей с числовым программным управлением.
ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
ГОСТ 24810-2013. Подшипники качения. Внутренние зазоры.
ISO 3408. Ball screws. Part 1–5: Vocabulary and designation, Nominal diameters and nominal leads, Acceptance conditions and acceptance tests.
ISO 230 (Parts 1–11). Test code for machine tools.
SKF. Super-precision bearings catalogue (SP1). Раздел Angular contact ball bearings for ball screw support.
Schaeffler / FAG. Super precision bearings (SP1). Раздел Bearings for screw drives.
NSK. Precision Machine Components. Ball Screws and Support Units. Каталог продукции.
THK. Support Units. General Catalog.
Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение.
Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. М.: Машиностроение.

Отказ от ответственности. Материал носит ознакомительный и справочный характер, предназначен для технических специалистов и не заменяет руководства по эксплуатации и техническому обслуживанию конкретного станка, паспортов опор и ходовых винтов, действующих национальных стандартов и нормативных документов. Работы по диагностике и ремонту привода подачи должны проводиться квалифицированным персоналом с применением аттестованного измерительного инструмента. Автор не несёт ответственности за прямые или косвенные последствия применения изложенных сведений в эксплуатации металлорежущего оборудования.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.

Задать вопрос

Подшипники SKF -15%!

Bosсh Rexroth