Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Токарно-винторезные станки моделей 1К62, 16К20, DMTG серии CK6150/CK6166/CK61100 и станки Сасовского завода серии СА500/СА700/СА800 составляют основу парка металлорежущего оборудования на промышленных предприятиях. Точность и долговечность этих станков определяются качеством ключевых узлов: подшипников шпинделя, ходовых винтов с маточными гайками, шарико-винтовых передач (ШВП) и направляющих. В данной статье детально рассмотрены конструктивные решения опорных узлов и привода подач, принятые в перечисленных моделях, а также даны рекомендации по обслуживанию и подбору запасных частей.
Все рассматриваемые модели относятся к токарной группе и предназначены для обработки тел вращения, однако существенно различаются по конструкции привода подач и типу опорных узлов. Ниже приведена сводная характеристика основных моделей по паспортным данным.
Станок 1К62, выпускавшийся с 1956 года на московском заводе "Красный пролетарий", стал родоначальником целого семейства; его сменил 16К20, производство которого началось в 1971 году и продолжалось в различных модификациях (16К20Т1, 16К20Ф3, 16Б20П). Станки DMTG серии CK61 и CKE представляют современную линейку токарного оборудования с ЧПУ Даляньского станкостроительного завода, а продукция Сасовского завода (Саста) охватывает как универсальные, так и программно-управляемые модели.
Шпиндельный узел станка 1К62 построен по двухопорной схеме. Передняя опора - двухрядный роликовый радиальный подшипник 3182120 (международный аналог NN3020K) с коническим посадочным отверстием (конусность 1:12), класса точности 4 по ГОСТ 520. Задняя опора включает два шариковых радиально-упорных подшипника 46215Л с углом контакта 26 градусов, установленных притертой парой по схеме "тандем" (комплектный номер 446215).
Двухрядная конструкция переднего подшипника обеспечивает высокую радиальную грузоподъемность и жесткость при компактных размерах. Конусное посадочное отверстие позволяет регулировать радиальный зазор: при осевом перемещении внутреннего кольца по конической шейке шпинделя кольцо деформируется, увеличивая свой диаметр, что приводит к выбору зазора и созданию предварительного натяга.
Для станка 16К20 существуют два варианта комплектации шпиндельного узла, различающихся типом подшипников и классом точности.
Передняя опора - двухрядный роликовый радиальный подшипник 3182120 класса точности 4, аналогичный применяемому в 1К62. Задняя опора - два шариковых радиально-упорных подшипника 46216Л класса точности 5, установленных парой.
Передняя опора - конический роликовый радиально-упорный подшипник 697920Л класса точности 2. Задняя опора - конический роликовый однорядный подшипник 17716Л класса точности 2. Данная схема обеспечивает более высокую жесткость и точность вращения, но требует более тщательной регулировки.
Обе схемы предусматривают пружинный компенсатор температурного расширения шпинделя, благодаря которому зазоры в заднем подшипнике выбираются автоматически. Предварительное сжатие пружин выполняется гайкой, навинчиваемой на резьбовой конец шпинделя.
Токарные станки с ЧПУ Даляньского станкостроительного завода (DMTG) серий CK6150, CK6166, CK61100 и CKE6150 применяют трехопорную схему установки шпинделя, что существенно повышает жесткость узла при тяжелом резании.
Передняя опора шпинделя станков DMTG оснащена двухрядным цилиндрическим роликоподшипником, обеспечивающим высокую радиальную грузоподъемность. Задняя опора представлена парой радиально-упорных шариковых подшипников, воспринимающих комбинированные радиально-осевые нагрузки. Дополнительная промежуточная опора увеличивает жесткость длинного шпинделя, что особенно важно для станков с диаметром обработки 660 и 1000 мм (CK6166, CK61100).
Станки DMTG комплектуются подшипниками ведущих мировых производителей: NSK (Япония), SKF (Швеция), FAG/Schaeffler (Германия). Шпиндельный узел серии CKE6150 с крутящим моментом до 1300 Н*м использует прецизионные конические роликовые подшипники повышенных классов точности, что позволяет работать в режиме силового точения без потери точности.
Система внешней циркуляционной смазки шпиндельной бабки с масляным охлаждением снижает температурный рост подшипников и продлевает их ресурс. Данное решение отсутствует на станках 16К20 и 1К62 в базовой комплектации.
Сасовский станкостроительный завод изготавливает шпиндельные узлы на собственном производстве, с чистовой обработкой на круглошлифовальных станках Studer (Швейцария). Шпиндель устанавливается на высокоточных подшипниках NSK (Япония), что обеспечивает повышенный класс точности "П" по ГОСТ 8-82.
Универсальная модель СА500 имеет шпиндельную бабку классической конструкции со ступенчатым регулированием скорости вращения шпинделя и фрикционной муфтой реверса. Диапазон частот вращения шпинделя составляет 16-2000 об/мин при мощности главного привода 7,5 кВт. Станина из высококачественного чугуна с закалёнными направляющими (глубина закалки до 2 мм) обеспечивает долговечность и точность.
В станках Саста с оперативной системой управления (Ф2) и ЧПУ (Ф3) шпиндельный узел содержит пять прецизионных радиально-упорных подшипников NSK, что обеспечивает повышенную жесткость и виброустойчивость при работе с сервоприводами. Конструкция дополняется комплектующими мировых производителей:
Обрабатывающий центр Саста НТ500 с наклонной станиной комплектуется роликовыми направляющими качения Schneeberger (Германия), ШВП Bosch-Rexroth (Германия) и подшипниками NSK, что позволяет достигать частоты вращения шпинделя до 5000 об/мин и скоростей быстрых перемещений до 24 м/мин.
Выбор схемы установки подшипников определяет основные характеристики шпиндельного узла: жесткость, точность вращения, предельную частоту и ресурс.
В универсальных станках 1К62 и 16К20 продольная подача при нарезании резьбы осуществляется ходовым винтом с трапецеидальной резьбой. Шаг ходового винта составляет 12 мм. Профиль трапецеидальной резьбы выполняется по ГОСТ 9484-81 с углом профиля 30 градусов. Винт изготавливается из конструкционной стали (45 или 40Х), а маточная гайка - из оловянной бронзы (типично БрОЦС 5-5-5 или аналогичный сплав).
Пара "стальной винт - бронзовая гайка" обеспечивает коэффициент трения скольжения в пределах 0,07-0,10 при наличии смазки, что достаточно для обеспечения самоторможения передачи - свойства, критически важного для безопасной работы при нарезании резьбы. Маточная гайка расположена в фартуке станка; при замкнутом положении она охватывает ходовой винт, обеспечивая перемещение суппорта в автоматическом режиме.
Для обеспечения поперечной подачи в станках 16К20 также применяется трапецеидальный винт меньшего диаметра. Привод поперечной подачи включает механизм компенсации зазора с помощью клина суппорта (деталь 16К20.040.405), регулировка которого выполняется при плановых осмотрах.
Шарико-винтовая передача (ШВП) преобразует вращательное движение серводвигателя в поступательное перемещение рабочего органа станка. В отличие от трапецеидальной пары, контакт между винтом и гайкой осуществляется через рециркулирующие шарики, что снижает коэффициент трения до 0,003-0,005 и повышает КПД передачи до 90-95%. Это позволяет использовать двигатели меньшей мощности при более высоких скоростях перемещения.
Станки DMTG серии CKE комплектуются прецизионными ШВП производства THK (Япония) или аналогичных производителей. Автоматическая система централизованной смазки обеспечивает подачу масла к ШВП и направляющим, что снижает износ и повышает плавность хода. Скорость быстрых перемещений на станках серии CKE достигает 4-5 м/мин по осям X и Z.
Опоры ШВП включают специальные радиально-упорные шариковые подшипники серии ZKLN или аналогичные, воспринимающие осевую нагрузку от винта. Подшипники опор ШВП поставляются производителями SKF, FAG, NSK с заводским преднатягом.
Станки Саста серий СА500Ф2/Ф3 и СА700Ф2/Ф3 оснащаются ШВП производства KSK (Чехия), а обрабатывающие центры НТ500 - ШВП Bosch-Rexroth (Германия). Применение прецизионных ШВП в сочетании с сервоприводами Fanuc позволяет исключить механические кинематические связи (коробку подач, ходовой вал) и обеспечить позиционирование с точностью до единиц микрометров.
При ретрофите станков 16К20 под ЧПУ (модификация 16К20Ф3) трапецеидальный ходовой винт заменяется на ШВП. Типичные параметры ШВП для модернизации: диаметр винта 25-32 мм, шаг 5-10 мм, класс точности C5-C7. Установка ШВП требует доработки корпуса фартука, замены маточной гайки на шариковую, монтажа опорных подшипников и соединительной муфты с серводвигателем.
Станки 1К62, 16К20 и универсальные модели Саста СА500 имеют направляющие скольжения, выполненные как единое целое со станиной из серого чугуна. Направляющие подвергаются закалке ТВЧ с последующей шлифовкой и шабрением. Станина 16К20 имеет закалку направляющих до HRC 49-57. Типичная конфигурация - две призматические и одна плоская направляющая для каретки, и отдельная пара для задней бабки.
На станках DMTG серии CKE направляющие скольжения дополнительно покрываются антифрикционным материалом Turcite-B (полимер на основе PTFE), что снижает коэффициент трения и устраняет эффект "stick-slip" (рывки при малых подачах). Это особенно важно для станков с ЧПУ, где требуется равномерное перемещение на низких скоростях подачи.
Станки Саста с индексом "К" в обозначении (СА500СФ2К, СА500СФ3К, СА700СФ3К) оснащаются рельсовыми направляющими качения Schneeberger (Германия). Роликовые направляющие обеспечивают минимальный коэффициент трения (0,002-0,004), высокую жесткость за счет предварительного натяга и отсутствие зазора при реверсе направления движения.
Для тяжелых токарных станков (Саста СА1100, СА1250, СА1400) сохраняются направляющие скольжения, поскольку они обеспечивают лучшее демпфирование при обработке крупногабаритных заготовок. Аналогичные роликовые рельсовые направляющие Bosch Rexroth применяются в обрабатывающих центрах НТ500.
Перед регулировкой подшипников шпинделя 16К20 необходимо выполнить проверку жесткости узла. Для этого применяют динамометр и индикатор с ценой деления 1 мкм. Усилие от динамометра направляется вертикально снизу вверх и передается шпинделю через фланец. Измерение перемещения выполняется индикатором, установленным на шпиндельную бабку.
Радиальный зазор в двухрядном роликовом подшипнике 3182120 регулируется осевым перемещением внутреннего кольца по конической шейке шпинделя (конусность 1:12). При навинчивании регулировочной гайки внутреннее кольцо надвигается на конус и расширяется, выбирая зазоры между роликами и дорожками качения. Важно контролировать предварительный натяг, чтобы избежать чрезмерного нагрева подшипника при работе.
В станках 16К20 (вариант 1) зазоры в задних подшипниках 46216Л выбираются автоматически с помощью пружин, упирающихся в шайбу. Предварительное сжатие пружин осуществляется навинчиванием гайки на резьбовой конец шпинделя. Гайка через стакан смещает внутреннее кольцо подшипника до упора в буртик, одновременно сжимая пружины. Регулировка задней опоры производится вне корпуса бабки через тепловой компенсатор: натяг осуществляется поворотом гайки вправо на угол 18-20 градусов.
Для станков 1К62 и 16К20 применяется смазка шпиндельных подшипников от централизованной системы (масляная ванна) или закладка пластичной смазки. Станки DMTG серии CKE и Саста с ЧПУ используют принудительную циркуляционную систему с внешним охлаждением масла, что обеспечивает контроль температуры подшипниковых узлов и продлевает их ресурс.
При замене шпиндельных подшипников необходимо строго соблюдать класс точности, указанный в паспорте станка. Применение подшипников более низкого класса точности приведет к увеличению биения шпинделя и снижению качества обработки. Для станков 1К62 и 16К20 (вариант 1) - не ниже класса P4, для 16К20М (вариант 2) - класса P2.
Основные международные аналоги шпиндельных подшипников:
При замене маточной гайки 16К20 следует использовать гайку из оловянной бронзы, обеспечивающую оптимальное сочетание антифрикционных свойств и износостойкости в паре со стальным винтом. Применение заменителей из капролона допускается для неответственных операций, но не рекомендуется для нарезания точных резьб.
При замене ШВП на станках с ЧПУ необходимо соблюдать класс точности (C3-C5 для прецизионных, C7 для транспортных перемещений по ISO 3408) и обеспечить правильную установку опорных подшипников с заданным преднатягом. ШВП поставляются комплектно (винт + гайка); установка гайки от другого комплекта не допускается.
Для станков, использующих конические роликовые подшипники (INA, KOYO, NACHI), необходимо при установке обеспечить правильную регулировку преднатяга. Чрезмерный натяг приводит к перегреву и ускоренному износу, а недостаточный - к вибрациям и потере точности.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и не является руководством к действию. Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования изложенной информации. Все работы по регулировке, замене подшипников, ШВП и других ответственных узлов токарных станков должны выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с паспортом и руководством по эксплуатации конкретного станка. При подборе комплектующих необходимо руководствоваться технической документацией производителя оборудования. Конкретные номера деталей, размеры и параметры могут отличаться в зависимости от модификации и года выпуска станка.
1. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
2. ГОСТ 8338-2022. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры.
3. ГОСТ 831-2022. Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные. Основные размеры.
4. ГОСТ 3478-2012. Подшипники качения. Присоединительные размеры.
5. ГОСТ 9484-81. Резьба трапецеидальная однозаходная. Профиль.
6. ГОСТ 24737-81. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры.
7. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.
8. ГОСТ 12593-72. Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу.
9. ISO 281:2007. Rolling bearings - Dynamic load ratings and rating life.
10. ISO 492:2014. Rolling bearings - Radial bearings - Tolerances.
11. ISO 3408 (parts 1-5). Ball screws.
12. JIS B 1192. Ball screws.
13. SKF. Rolling Bearings (главный каталог, PUB BU/P1 17000).
14. NSK. Rolling Bearings (CAT. No. E1102m). Machine Tool Spindle Bearing Selection and Mounting Guide (E1254).
15. Schaeffler/FAG. Super Precision Bearings (SP1). Technical Pocket Guide (STT).
16. THK. Ball Screw General Catalog. LM Guide General Catalog.
17. HIWIN. Ballscrews Technical Information. Linear Guideway Technical Information.
18. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник для вузов. 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1989.
19. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. 9-е изд. Том 2.
20. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: расчёт, проектирование и обслуживание опор. - М.: Машиностроение, 1992.
21. Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. CRC Press, 2006.
22. Паспорт токарно-винторезного станка 16К20. Завод "Красный пролетарий", Москва.
23. Паспорт токарно-винторезного станка 1К62. Завод "Красный пролетарий", Москва.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.