Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Пятиосевые обрабатывающие центры -- вершина технологии металлообработки. Станки DMG MORI серий DMU, monoBLOCK и duoBLOCK, Grob G-серии, а также Matsuura MX и MAM72 применяются в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях, где требуется одновременная обработка сложных поверхностей с точностью до единиц микрометров.
Достижение такой точности определяется не только системой ЧПУ, но и качеством ключевых механических компонентов: подшипников поворотного стола, шпиндельных подшипников, шариковых винтовых передач и линейных направляющих. Именно эти узлы воспринимают основные силовые и тепловые нагрузки в процессе обработки, и их техническое состояние напрямую влияет на качество выпускаемых деталей.
В данной статье подробно рассмотрена конструкция подшипниковых узлов, типы привода и направляющих, применяемых в наиболее распространённых моделях 5-осевых центров трёх ведущих мировых производителей.
DMU 50 3-го поколения -- самая продаваемая модель DMG MORI в сегменте 5-осевых станков. Станок оснащён моторшпинделями speedMASTER с базовой частотой вращения 15 000 мин-1 (21 кВт, 111 Нм) и опционально до 20 000 мин-1 (35 кВт, 130 Нм), охлаждёнными подшипниками стола по осям B и C, прямым приводом ШВП и линейными датчиками положения по всем осям. Быстрый ход составляет 42 м/мин, диапазон поворота оси B от -35 до +110 градусов. Комплексная система охлаждения обеспечивает точность позиционирования до 5 мкм.
Серия monoBLOCK (DMU 65, DMU 75, DMU 85, DMU 95, DMU 105, DMU 125) -- универсальные 5-осевые центры с монолитной станиной. Модели отличаются эргономичной компоновкой, широким выбором шпинделей (до 30 000 мин-1 или до 400 Нм) и грузоподъёмностью стола от 600 до 2600 кг.
Серия duoBLOCK (DMU 80 P, DMU 100 P, DMU 125 P, DMU 160 P) ориентирована на тяжёлую обработку. Конструкция duoBLOCK отличается повышенной жёсткостью благодаря приподнятой колонне с расширенной опорной базой, увеличенному диаметру подшипников YRT в осях B и C, широким линейным направляющим 55 мм и внутренне охлаждаемым ШВП диаметром 50 мм по всем линейным осям. Грузоподъёмность стола -- до 1800 кг (DMU 80 P). Моторшпиндели powerMASTER обеспечивают до 1000 Нм и 77 кВт, а 5-осевая головка 5X torqueMASTER -- до 1300 Нм (37 кВт) для DMU 80 P и до 1800 Нм для моделей DMU 100-160 P.
Станки Grob G-серии выделяются уникальной горизонтальной компоновкой шпинделя и туннельной конструкцией рабочей зоны. Горизонтальное расположение обеспечивает оптимальное удаление стружки и максимальный ход по оси Z. Три линейные оси расположены так, чтобы минимизировать расстояние между направляющими и точкой обработки (TCP), что придаёт станку высокую жёсткость.
Поворотные оси A и B работают на безредукторных моментных двигателях (torque motor), обеспечивая минимальное обслуживание и высокую динамику. Диапазон поворота оси A составляет 230 градусов, оси B -- 360 градусов. Модель G350 предназначена для палет размером 400 мм, G550 -- 630 мм, G750 -- 800 мм. Ось Y перемещает заготовку вверх-вниз с использованием двух ШВП и противовеса. Диапазон шпинделей -- от 6000 до 30 000 мин-1 при моменте от 47 до 575 Нм.
Matsuura MX-520 -- компактный 5-осевой вертикальный центр с возможностью автоматизации (система PC4 на 4 палеты). Скорость быстрых перемещений поворотных осей 4-й/5-й доведена до 33/50 мин-1 соответственно, что сокращает время цикла на 10% и более по сравнению с предыдущей моделью. Шпиндели серии MAXIA с частотой вращения от 12 000 до 20 000 мин-1 отличаются системой автоматической консистентной смазки подшипников, обеспечивающей безобслуживание на весь ресурс.
MAM72-35V -- автоматизированный 5-осевой центр с паллетной системой на 32 палеты и магазином до 520 инструментов. Станок рассчитан на непрерывную безлюдную работу до 72 часов. Максимальный размер заготовки -- диаметр 350 мм, высота 300 мм, масса до 60 кг. Шпиндель BT40 с частотой вращения до 20 000 мин-1 (также доступен вариант 15 000 мин-1). Ось B поворачивается от -125 до +65 градусов, ось C -- на 360 градусов с дискретностью 0,001 градуса.
В 5-осевых обрабатывающих центрах поворотные оси стола несут основную нагрузку: осевые силы в двух направлениях, радиальные силы и опрокидывающие моменты от сил резания. Для этих условий применяются осерадиальные подшипники серии YRT (INA/Schaeffler), представляющие собой комбинацию двух упорных роликовых подшипников и одного радиального цилиндрического роликового подшипника в едином корпусе.
Конструкция YRT состоит из упорно-радиального наружного кольца с L-образным сечением, промежуточного упорного кольца, двух осевых игольчатых сепараторов с роликами и одного ряда радиальных цилиндрических роликов. Наружное и внутреннее кольца снабжены равномерно расположенными крепёжными отверстиями, что упрощает монтаж. Подшипники поставляются предварительно нагруженными с нулевым зазором, что обеспечивает высокую жёсткость и точность вращения.
В серии duoBLOCK (DMU 80 P, DMU 125 P) применяются подшипники YRT с увеличенным диаметром для осей B и C, что повышает опрокидывающую жёсткость при тяжёлой обработке. Станки DMU 50 3-го поколения используют более компактные типоразмеры, соответствующие грузоподъёмности стола до 300 кг.
Для станков Grob G-серии поворотные оси оснащены безредукторными моментными двигателями прямого привода. Подшипники поворотных осей также являются осерадиальными, рассчитанными на комбинированные нагрузки при 5-осевой одновременной обработке с диапазоном поворота оси A до 230 градусов.
В таблице ниже приведены ориентировочные характеристики подшипников YRT по каталогу Schaeffler (INA). Точные значения зависят от модификации (YRT, YRTS, YRTC) и класса точности.
Для высокоскоростных приложений с прямым приводом (torque motor) предназначена серия YRTS (YRT Speed) с оптимизированной внутренней геометрией, обеспечивающей повышенную предельную частоту вращения и пониженный момент трения. Серия YRTC и YRTCMA дополнительно оснащена встроенной абсолютной системой углового измерения, что позволяет контролировать точность позиционирования в реальном времени с разрешением до 1 угловой секунды.
Классы точности подшипников YRT по биению: P4 и P2 (для высокоточных станков). Допуски габаритных размеров выполняются по классу P5. Рабочая температура при использовании в прецизионном оборудовании рекомендуется в диапазоне от -20 до +80 градусов Цельсия.
Моторшпиндели 5-осевых центров с частотой вращения от 12 000 до 30 000 мин-1 требуют подшипников с минимальным тепловыделением и максимальной жёсткостью. Стандартным решением являются гибридные керамические радиально-упорные шариковые подшипники: кольца из подшипниковой стали 100Cr6, тела качения -- шарики из нитрида кремния (Si3N4).
Преимущества керамических шариков Si3N4 перед стальными:
Шпиндельные подшипники устанавливаются комплектами с определёнными схемами. Наиболее распространённые компоновки в 5-осевых центрах:
Передняя опора: комбинация из 3-4 подшипников серий 70xx или 719xx с углом контакта 15-25 градусов в конфигурациях DBD (тандем + упор), DT (тандем) или TBT (тройной тандем с упором). Задняя опора: один или два подшипника, часто с пружинным преднатягом для компенсации теплового удлинения вала.
Моторшпиндели DMG MORI серии speedMASTER (15 000 и 20 000 мин-1) и powerMASTER (до 1000 Нм) используют подшипники класса точности P4 (ABEC 7) и выше. Шпиндели Matsuura MAXIA также оснащены гибридными керамическими подшипниками с системой автоматической смазки маслом-воздухом.
Быстроходность подшипника характеризуется параметром dm*n, где dm -- средний диаметр подшипника (мм), n -- частота вращения (мин-1).
Пример: Подшипник 7014 (d=70 мм, D=110 мм), dm=(70+110)/2=90 мм. При n=20 000 мин-1: dm*n = 90*20 000 = 1 800 000 мм*мин-1.
Для гибридных керамических подшипников достижимые значения dm*n составляют 2,0-2,5 млн мм*мин-1 при смазке масляным туманом, тогда как для стальных -- около 1,5 млн мм*мин-1.
ШВП линейных осей 5-осевых центров определяют точность позиционирования. Классификация точности по JIS B 1192 (гармонизирован с ISO 3408) определяет допуски на ошибку шага: классы C0-C5 нормированы по линейности и направленности перемещения, классы C7-C10 -- по ошибке хода на длине 300 мм.
Чем ниже номер класса, тем выше точность. В обрабатывающих центрах класса DMU, Grob и Matsuura стандартно применяются ШВП класса C5 (для общепромышленных станков) и C3 (для прецизионных моделей). В ультрапрецизионных приложениях (координатно-измерительные машины) используются классы C1 и C0.
Серия DMG MORI duoBLOCK (DMU 80 P, DMU 100 P и далее) комплектуется внутренне охлаждаемыми ШВП диаметром 50 мм по всем трём линейным осям (X, Y, Z). Охлаждение снижает тепловую деформацию винта и повышает стабильность позиционирования при длительной работе. ШВП имеют прямой привод без редуктора, что исключает люфты промежуточных передач.
В DMU 50 3-го поколения применяются ШВП с прямым приводом (direct driven ball screw drives) в сочетании с линейными датчиками положения по всем осям, что обеспечивает замкнутый контур регулирования и компенсацию тепловых деформаций винтов.
Станки Grob G-серии используют в оси Y два ШВП с противовесом для перемещения заготовки по вертикали. Уникальная конструкция с тремя комплектами подшипниковых опор оси Z (вместо двух у вертикальных станков) обеспечивает постоянную жёсткость по всему ходу.
Для исключения осевого зазора и повышения жёсткости ШВП обрабатывающих центров устанавливаются с преднатягом. Применяются два основных метода: двойная гайка с распоркой (механический преднатяг) и преднатяг за счёт смещения шага (внутренний преднатяг). Величина преднатяга обычно составляет 5-10% от динамической грузоподъёмности ШВП. Момент вращения винта при преднатяге контролируется по формуле: T = Fa * l / (2*pi*eta), где Fa -- осевая нагрузка преднатяга, l -- шаг винта, eta -- КПД (0,9-0,95).
Все рассматриваемые станки используют профильные рельсовые направляющие с рециркуляцией тел качения. В 5-осевых центрах, предназначенных для тяжёлой обработки, применяются именно роликовые направляющие (а не шариковые), поскольку линейный контакт ролика с дорожкой обеспечивает в 3-4 раза большую жёсткость и грузоподъёмность при одинаковых габаритах.
Серия duoBLOCK оснащена широкими линейными направляющими размера 55 мм, что обеспечивает грузоподъёмность стола до 1800 кг. Увеличенная ширина направляющих повышает опрокидывающую жёсткость и демпфирование вибраций.
В станках Grob G-серии минимизировано расстояние от направляющих до точки обработки (TCP), что снижает плечо действия сил резания и повышает статическую и динамическую жёсткость. Горизонтальная конструкция оси Z с тремя комплектами опор обеспечивает постоянство условий обработки по всему ходу.
Роликовые профильные направляющие для 5-осевых центров поставляются такими производителями, как Bosch Rexroth (серии FNS, RWU), INA/Schaeffler (серии RUE, KUVE), THK (серии SRG, SRN), Schneeberger (серии MONORAIL MR, MINIRAIL), SKF. Все они выпускаются в различных классах точности и преднатяга в соответствии с DIN 645.
DMG MORI реализует комплексную систему охлаждения во всех критичных узлах станков duoBLOCK. Внутренне охлаждаемые ШВП имеют каналы для циркуляции хладагента внутри винта, что стабилизирует температуру и снижает тепловые деформации. Подшипники поворотного стола осей B и C также имеют каналы охлаждения в корпусных деталях.
Моторшпиндели speedMASTER и powerMASTER оснащены жидкостным охлаждением статора и подшипниковых узлов. Дополнительно применяется датчик SGS (Spindle Growth Sensor), компенсирующий тепловое удлинение шпинделя в реальном времени.
Комплексная система охлаждения DMU 50 включает: два охлаждаемых подшипника стола (оси B и C), охлаждаемый моторшпиндель, охлаждение направляющих и приводов. Это обеспечивает точность позиционирования до 5 мкм -- уникальный показатель для данного класса станков.
Станки Grob G-серии используют охлаждение приводов и шпинделя, а также систему диагностики состояния шпинделя (GROB Spindle Diagnostics), автоматически контролирующую температурный режим и вибрации. Matsuura MAM72-35V применяет систему автоматической смазки шпиндельных подшипников, обеспечивающую безобслуживание в течение всего ресурса.
Износ подшипников YRT поворотного стола проявляется в увеличении биения стола (контролируется индикатором), повышении момента трения при вращении, появлении характерного шума и вибрации, а также ухудшении повторяемости позиционирования по поворотным осям. При появлении любого из этих признаков необходима проверка с помощью цикла 3D quickSET (DMG MORI) или GSC (Grob), позволяющих оценить кинематическую точность станка.
Шпиндельные подшипники контролируются по вибрации (анализ спектра вибрации на характерных подшипниковых частотах), температуре (контактные и бесконтактные датчики) и шуму. Гибридные керамические подшипники, в отличие от стальных, чаще демонстрируют повреждение дорожки качения кольца раньше, чем повреждение шарика. Это проявляется как тонкая высокочастотная вибрация.
ШВП требуют регулярной смазки (в соответствии с рекомендациями производителя -- обычно пластичная смазка класса NLGI 2 или масляная смазка). Контролируется осевой люфт (должен быть нулевым при наличии преднатяга), равномерность хода (отсутствие рывков и заеданий), а также точность позиционирования по линейным датчикам. Тепловая деформация ШВП компенсируется охлаждением (в станках duoBLOCK) и программной коррекцией в системе ЧПУ.
Ниже представлены ссылки на каталоги комплектующих, применяемых в 5-осевых обрабатывающих центрах DMG MORI, Grob и Matsuura. Подбор подшипников, направляющих и опорно-поворотных устройств осуществляется по размерам и техническим характеристикам конкретного станка.
В поворотных столах серии duoBLOCK применяются осерадиальные подшипники типа YRT (INA/Schaeffler) увеличенного диаметра по осям B и C. Эти подшипники воспринимают осевые, радиальные нагрузки и опрокидывающие моменты одновременно. Конкретный типоразмер зависит от модели: для DMU 80 P используются подшипники с посадочным диаметром порядка 300-400 мм, для DMU 125/160 P -- до 460-580 мм.
Шарики из нитрида кремния (Si3N4) на 60% легче стальных, что снижает центробежные силы при высокой частоте вращения. Коэффициент теплового расширения керамики в 4 раза ниже, чем у стали, поэтому зазор в подшипнике остаётся стабильным при нагреве. Кроме того, керамика является диэлектриком, что защищает подшипник от электроэрозионного повреждения при работе шпинделя с частотным преобразователем.
В 5-осевых центрах DMG MORI, Grob и Matsuura стандартно применяются ШВП класса C5 по JIS B 1192 (ISO 3408). Для прецизионных исполнений (например, с пакетом точности у DMG MORI) используется класс C3 с допуском хода порядка 6 мкм на 300 мм. ШВП шлифуются, а не накатываются, и устанавливаются с преднатягом для исключения осевого зазора.
Роликовые направляющие имеют линейный контакт тела качения с дорожкой (вместо точечного у шариковых), что обеспечивает в 3-4 раза большую жёсткость и грузоподъёмность при одинаковых габаритах. Они также лучше демпфируют вибрации. Поэтому в тяжёлых 5-осевых центрах (duoBLOCK, Grob G550/G750) используются именно роликовые направляющие. Шариковые направляющие допускают более высокие скорости и применяются в лёгких скоростных станках.
Тепло, выделяемое при трении в ШВП и подшипниках, вызывает тепловую деформацию компонентов станка, что напрямую ухудшает точность обработки. Внутреннее охлаждение ШВП (как в серии duoBLOCK) снижает тепловое удлинение винта. Охлаждение подшипников стола стабилизирует преднатяг и предотвращает термический заклин. Комплексное охлаждение всех приводов позволяет DMU 50 3-го поколения достигать точности позиционирования до 5 мкм.
Ресурс зависит от режимов работы, качества смазки и условий эксплуатации. При соблюдении рекомендаций производителя типичный ресурс гибридных керамических шпиндельных подшипников составляет 15 000-25 000 часов наработки шпинделя. DMG MORI предоставляет на моторшпиндели серии MASTER гарантию 36 месяцев без ограничения по часам наработки, что свидетельствует о высокой надёжности подшипниковых узлов.
Моментный двигатель (torque motor) передаёт крутящий момент непосредственно на ось вращения без промежуточных механических элементов (редуктора, червячной пары). Это исключает люфт, износ зубчатых элементов и обеспечивает высокую динамику. Недостатки: при отсутствии самоторможения (в отличие от червячной пары) требуется мощная тормозная система, а также более сложная система управления.
Класс P4 (по ISO 492 / ГОСТ 520) соответствует ABEC 7 по американской системе. Он определяет допуски на биение внутреннего и наружного кольца, отклонения от круглости, вариацию ширины и другие геометрические параметры подшипника. Для P4 биение внутреннего кольца составляет около 2,5 мкм. Это стандартный класс для шпинделей обрабатывающих центров с частотой вращения до 20 000-25 000 мин-1.
Основные признаки: увеличение биения стола (проверяется индикатором часового типа на поверхности стола), рост момента трения при ручном вращении, появление вибраций при позиционировании, ухудшение круглости обрабатываемых деталей, результаты цикла кинематической калибровки (3D quickSET, GSC) выходят за допустимые пределы. При обнаружении любого из этих признаков рекомендуется провести диагностику и при необходимости заменить подшипники.
Замена стальных подшипников на гибридные керамические возможна при совпадении габаритных и присоединительных размеров, однако требует обязательной корректировки преднатяга и системы смазки. Керамические шарики менее чувствительны к избытку смазки (меньший нагрев), но крайне чувствительны к загрязнениям и ошибкам монтажа. Такая замена должна выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением рекомендаций производителя шпинделя.
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые действия, предпринятые на основании информации, представленной в статье. Все технические решения, связанные с подбором, заменой и эксплуатацией подшипников, ШВП, направляющих и других комплектующих станков, должны приниматься квалифицированными специалистами с учётом конкретных условий эксплуатации и рекомендаций производителей оборудования. Параметры и характеристики, указанные в статье, приведены для справочных целей и могут отличаться в зависимости от конкретной модификации станка и года выпуска.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.