Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Круглошлифовальные станки Studer (Швейцария) и Junker (Германия) относятся к классу прецизионного металлообрабатывающего оборудования, где точность обработки определяется на уровне десятых долей микрометра. Достижение круглости 0,0004 мм и прямолинейности менее 0,003 мм возможно только при безупречной работе всех элементов кинематической цепи: подшипников шпинделей, шариковинтовых передач (ШВП), направляющих и приводов осей.
В данной статье рассмотрены конструктивные решения по подшипниковым узлам и приводным механизмам в моделях Studer S21, S31, S33, S41, S131, S141, а также Junker Quickpoint и JUCRANK. Основное внимание уделено типам подшипников шпинделей шлифовального круга и бабки изделия, классам точности ШВП, системам направляющих и их влиянию на качество шлифования.
Компания Fritz Studer AG (входит в группу UNITED GRINDING) производит круглошлифовальные станки с более чем столетним опытом. Линейка охватывает станки от компактного S21 для мелких деталей до тяжелого S41 для заготовок массой до 250 кг. Все модели объединяет база из минерального литья Granitan S103, обеспечивающая превосходное демпфирование вибраций и термическую стабильность.
Модели S131 и S141 предназначены для внутреннего, торцевого и наружного шлифования патронных деталей: шпиндельных валов, корпусов шпинделей, роторных осей, фланцевых деталей. Они оснащены системой направляющих StuderGuide с линейными приводами и револьверной головкой с прямым приводом, вмещающей до четырех шлифовальных шпинделей.
Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH (Нордрах, Германия) специализируется на высокоскоростном шлифовании с применением CBN- и алмазных кругов. Станина всех машин выполнена из минерального литья, обеспечивающего высокую крутильную жесткость и температурную стабильность.
Серия Quickpoint реализует технологию точечного контакта (single-point contact): узкий CBN- или алмазный круг шириной несколько миллиметров касается заготовки в одной точке благодаря углу поднутрения. Это обеспечивает эффективное проникновение СОЖ в зону резания и снижает тепловое воздействие. Линейка включает модели от компактного Quickpoint 1000 до Quickpoint 6 для крупных деталей.
Шлифовальные шпиндели Junker собственной разработки оснащаются прецизионными подшипниками качения или гидростатическими опорами (в зависимости от серии), а привод реализован через прямой привод (direct drive) с датчиком структурного шума и динамической балансировкой в одной или двух плоскостях. Система трехточечного крепления (3-point mounting) обеспечивает концентричность не хуже 2 мкм и позволяет менять шлифовальный круг менее чем за 20 минут.
Серия JUCRANK предназначена для маятникового шлифования коленчатых валов всех типов от одноцилиндровых до двенадцатицилиндровых. Заготовка вращается вокруг центральной оси, а шлифовальный круг следует за круговым движением шатунной шейки через интерполяцию осей C и X.
Шпиндель шлифовального круга является ключевым узлом, определяющим точность и качество поверхности обрабатываемой детали. В прецизионных круглошлифовальных станках применяются два основных типа опор: радиально-упорные шариковые подшипники сверхвысокой точности и гидростатические подшипники.
В станках Studer серий S21-S41 шлифовальные шпиндели оснащаются частотно-регулируемыми мотор-шпинделями с водяным охлаждением (в описании S33 указано: "water-cooled, roller-based, and maintenance-free motor spindles"). Опоры шпинделя выполнены на прецизионных радиально-упорных шарикоподшипниках классов точности P4 (ABEC-7) и P2 (ABEC-9) по стандарту ISO 492. Типичные типоразмеры для шпинделей с посадочным диаметром 100 мм: серии 7020 (NSK) или B71920/B7020 (FAG/Schaeffler).
Основные конструктивные особенности таких радиально-упорных подшипников для шлифовальных шпинделей:
В типовом мотор-шпинделе круглошлифовального станка используется схема с двумя парами радиально-упорных подшипников: передняя пара установлена по схеме "спина к спине" (DB) для восприятия осевых и радиальных нагрузок, задняя пара -- плавающая, с легким преднатягом. По данным каталога NSK, применение подшипников серии 7020 с углом контакта 15 град (C) обеспечивает более высокую радиальную жесткость и меньший нагрев при высоких оборотах по сравнению с серией 30 град (A), у которой осевая жесткость приблизительно в три раза выше.
Современные мотор-шпиндели Studer и Junker все чаще оснащаются гибридными подшипниками с керамическими шариками из нитрида кремния (Si3N4). У NSK это серия ROBUST, у FAG -- серия HCB. По данным каталога NSK, керамические шарики приблизительно на 60% легче стальных, что снижает центробежные нагрузки на наружное кольцо и позволяет достигать значений параметра dmN (произведение среднего диаметра подшипника на частоту вращения) до 2,7 млн мм*об/мин для серии Spinshot II. Это критично для высокоскоростного шлифования (HSG) при окружных скоростях круга до 63 м/с.
В ряде моделей шлифовальных станков Junker (серия NUMERIKA, JUCENTER) применяются шлифовальные шпиндели на гидростатических подшипниках. Масло под давлением подается в зазор между вращающимся валом и корпусом, формируя несущую пленку. Такая опора обеспечивает практически нулевой износ, отсутствие эффекта скачкообразного движения (stick-slip), высокую демпфирующую способность и постоянную жесткость независимо от нагрузки. В описании серии JUCENTER производитель указывает: "High long-term accuracy with hydrostatic circular guides (X-axis, infeed spindle, axial bearing)".
Бабка изделия (передняя бабка) удерживает и вращает обрабатываемую заготовку. От точности ее шпинделя напрямую зависят круглость и цилиндричность детали. В круглошлифовальных станках Studer применяются два принципиальных решения: гидродинамические подшипники и роликовые подшипники высокой точности.
Ряд моделей Studer (S20, S30) в стандартной комплектации включает бабку изделия с гидродинамическим подшипником. Согласно официальной спецификации S30 (studer.com): "Standard workhead with hydrodynamic bearing or workhead with roller bearing (option)". В этом случае вал шпинделя опирается на масляный клин, формируемый при вращении за счет вязкостных свойств смазки. Гидродинамические опоры обеспечивают низкий уровень вибраций и высокую точность вращения.
Станки серии S33 (текущее поколение) оснащаются бабками изделия с высокоточными роликовыми подшипниками. Официальная брошюра S33 указывает: "All low-maintenance workheads are equipped with roller bearings and feature excellent roundness accuracy figures." Роликовые подшипники обеспечивают высокую грузоподъемность, жесткость и необслуживаемую эксплуатацию. Все варианты бабок S33 обеспечивают круглость не хуже 0,0004 мм, а в опциональном исполнении -- 0,0002 мм при шлифовании с вращающимся шпинделем.
В станках Studer S31, S33 и S41 бабка изделия оснащена осью C для фасонного и резьбового шлифования. Привод может быть выполнен с непрямой (энкодер на валу двигателя) или прямой (энкодер непосредственно на шпинделе) системой измерения. Для высокоточного фасонного шлифования (HSM) станки S31 комплектуются прямой системой измерения и программным обеспечением StuderFormHSM.
В станках Junker JUCRANK для привода оси C используются моментные двигатели (торк-моторы). По данным производителя, это обеспечивает "impressive quiet running, high torque rigidity and superb dynamics in the C axis." При шлифовании крутильно-нежестких коленчатых валов применяется привод двумя осями C одновременно.
Шариковинтовые передачи (ШВП) преобразуют вращательное движение серводвигателя в линейное перемещение суппортов по осям X и Z. Для прецизионных шлифовальных станков критичны: класс точности ходового винта, величина осевого люфта и жесткость при преднатяге.
Точность ШВП регламентируется стандартами JIS B1192, DIN 69051 и ISO 3408. Классификация по JIS использует обозначения C0-C10 для позиционных винтов и Ct для транспортных. По ISO/DIN применяются обозначения P (positioning) и T (transport). Чем ниже номер класса, тем выше точность. Классы C3 и выше (C0, C1, C2) являются шлифованными, тогда как C7 и C10 обычно производятся методом накатки.
В моделях S21, S31 и S33 перемещение суппортов по осям X и Z осуществляется посредством ШВП с сервоприводами. Система обратной связи реализована через абсолютные вращающиеся энкодеры с разрешением 0,0001 мм (0,1 мкм). Предварительно натянутые двухгаечные ШВП исключают осевой люфт, что критично для выдерживания точности подачи при чистовом шлифовании.
В станках S41 и S131/S141 вместо ШВП используются линейные электродвигатели (linear motors), обеспечивающие скорости перемещения до 20 м/мин с разрешением 0,1 мкм. Линейные приводы исключают механическое звено между двигателем и суппортом, устраняя упругие деформации, люфты и износ винтовых передач.
В станках Junker JUCRANK ось X оснащена высокожесткой шариковинтовой передачей с бесступенчатым сервоприводом и стеклянной линейной шкалой для прямого контроля положения. По данным производителя: "Drive is executed by a precise, intrinsically rigid ball screw with infinitely variable servo drive and glass scale." Это позволяет компенсировать тепловые деформации и накопленную ошибку шага винта.
Для круглошлифовального станка с требуемой точностью позиционирования по оси X в пределах единиц микрометров при ходе суппорта 370 мм: допуск ШВП класса C3 составляет v300 = 8 мкм на 300 мм (по JIS B1192). С применением стеклянной линейной шкалы и замкнутого контура обратной связи реальная точность позиционирования достигает 1-2 мкм. При использовании ШВП класса C5 (v300 = 18 мкм) точность ухудшается до 5-8 мкм, что может оказаться недостаточным для финишного шлифования.
Для станков серий Studer и Junker рекомендуются ШВП NSK серии BSS (шлифованные, класс C3-C5) и ШВП NSK серии BSL (стандартные) в зависимости от класса станка и требуемой точности.
Направляющие обеспечивают прямолинейное перемещение суппортов и напрямую влияют на прямолинейность, шероховатость и круглость обработанных поверхностей. В современных круглошлифовальных станках применяются несколько типов направляющих, каждый из которых оптимизирован под конкретные задачи.
Патентованная система StuderGuide, применяемая в станках Studer S31, S41, S131, S141, S151, представляет собой гибрид гидростатических и гидродинамических направляющих. Направляющие отлиты непосредственно в станину из Granitan S103 и покрыты износостойким материалом Granitan S200.
Гидродинамическая составляющая обеспечивает демпфирование в направлении движения и исключает "всплытие" суппорта. Гидростатическая составляющая устраняет эффект скачкообразного движения (stick-slip), снижает износ и обеспечивает стабильную работу при различных нагрузках. По данным производителя, система StuderGuide гарантирует прямолинейность менее 0,003 мм на измерительной длине 950 мм, а первые результаты испытаний показали менее 0,002 мм.
В станках Studer S21 и S33 применяются традиционные V-образные и плоские направляющие, отлитые непосредственно в станину Granitan S103. Поверхности направляющих покрыты безабразивным материалом Granitan S200, а запатентованная шишковатая (knurled) структура покрытия практически полностью устраняет эффект stick-slip и всплытие суппортов, характерные для обычных скользящих направляющих.
Станки Junker серии NUMERIKA и JUCENTER оснащаются гидростатическими направляющими. Масло подается в карманы направляющих под постоянным давлением, формируя несущую масляную пленку. Такие направляющие обеспечивают практически безызносное и безконтактное перемещение с высокой демпфирующей способностью. В описании серии NUMERIKA производитель указывает: "A torsion-resistant machine bed, hydrostatic guides and grinding spindles mounted on rolling or hydrostatic bearings provide for perfect grinding results."
В станках Junker JUCRANK по оси X используются линейные роликовые направляющие с высоким преднатягом. По данным производителя: "The X axes, with linear roller ways with high pre-load, takes care of ultra-precise positioning of the grinding and regulating wheel head." Такие направляющие обеспечивают высокую жесткость и точность позиционирования. Подобные высокоточные роликовые рельсы Schneeberger и очень точные роликовые рельсы Schneeberger также применяются при модернизации и ремонте станков данного класса.
Надежная работа подшипниковых узлов шлифовальных станков требует соблюдения регламентов обслуживания и своевременной диагностики. По данным сервисных организаций, основные причины отказов шпиндельных подшипников: попадание загрязнений через уплотнения, недостаточная или избыточная смазка, перегрев из-за неправильного преднатяга.
Прецизионные радиально-упорные подшипники шлифовальных шпинделей смазываются двумя основными способами: консистентная смазка (заполнение при сборке, необслуживаемый вариант) и масловоздушная смазка (oil-air lubrication) для высокоскоростных шпинделей. Масловоздушная система подает микродозы масла в поток сжатого воздуха, обеспечивая минимальное трение и эффективный отвод тепла при высоких значениях dmN.
Основные методы мониторинга состояния подшипников шпинделей:
Шариковинтовые передачи шлифовальных станков требуют регулярной подачи смазки (консистентная смазка NLGI 2 или масло ISO VG 32-68 в зависимости от конструкции) и периодического контроля осевого люфта. Направляющие с покрытием Granitan S200 и система StuderGuide являются безобслуживаемыми по данным производителя. Гидростатические направляющие Junker требуют контроля давления масла, чистоты рабочей жидкости и работоспособности насосной станции.
В мотор-шпинделях Studer S33 применяются прецизионные радиально-упорные шарикоподшипники классов точности P4 (ABEC-7) и P2 (ABEC-9). Типичные типоразмеры для шпинделей с диаметром вала 100 мм: FAG B7020-C-T-P4S или NSK 7020CTRDULP3 с углом контакта 15 градусов. В высокоскоростных исполнениях применяются гибридные подшипники с керамическими шариками из нитрида кремния (Si3N4). Конкретная комплектация зависит от конфигурации мотор-шпинделя.
StuderGuide -- это патентованная гибридная система, сочетающая свойства гидростатических и гидродинамических направляющих. Гидродинамическая составляющая обеспечивает демпфирование в направлении движения и исключает "всплытие" суппорта. Гидростатическая составляющая устраняет stick-slip. Обычные гидростатические направляющие используют только нагнетание масла под давлением. StuderGuide безобслуживаема и отлита в станину Granitan S103, что повышает жесткость конструкции. По данным производителя, гарантированная прямолинейность составляет менее 0,003 мм на длине 950 мм.
Для прецизионных круглошлифовальных станков класса Studer S31/S33 и Junker Quickpoint применяются ШВП класса точности не ниже C3 по JIS B1192 (соответствует P3 по DIN ISO 3408). Это обеспечивает максимальную флуктуацию хода (v300) не более 8 мкм на 300 мм. Для менее ответственных осей допускается применение класса C5 (v300 до 18 мкм). В станках более высокого класса (S41, S131/S141) вместо ШВП используются линейные двигатели.
Линейные двигатели в Studer S41 исключают механическое звено между приводом и суппортом: отсутствуют упругие деформации винта, люфты, износ и ограничения по скорости, связанные с критической частотой вращения винта. Это позволяет достигать скоростей перемещения до 20 м/мин. В сочетании с направляющими StuderGuide обеспечивается прямолинейность менее 0,003 мм на длине 950 мм. Прямой привод B-оси револьверной головки S41 обеспечивает разрешение позиционирования 0,00005 град.
Junker использует шлифовальные шпиндели собственной разработки с прямым приводом. В зависимости от серии станка опоры могут быть выполнены на подшипниках качения или на гидростатических подшипниках. Для серии NUMERIKA производитель указывает: "grinding spindles mounted on rolling or hydrostatic bearings." Шпиндели оснащаются датчиком структурного шума и системой динамической балансировки в одной или двух плоскостях.
Гидродинамический подшипник формирует несущий масляный клин за счет вращения вала шпинделя. В отличие от гидростатического подшипника, где масло нагнетается под давлением извне, здесь клиновидный зазор создается самим движением. Такая опора обеспечивает минимальный уровень вибраций и высокую точность вращения, но требует определенной минимальной частоты вращения для формирования несущей пленки. На станках Studer S20 и S30 гидродинамический подшипник бабки устанавливается в стандартной комплектации.
Срок службы прецизионных подшипников шпинделя зависит от условий эксплуатации: режимов шлифования, качества смазки, чистоты среды и температурного режима. Замена производится при превышении допустимых значений вибраций, биения или температуры подшипникового узла. Конкретные интервалы определяются регламентами производителя станка и результатами периодической вибродиагностики.
Замена ШВП на аналог допускается при условии соответствия геометрических размеров, класса точности (не ниже C3 по JIS B1192), типа возврата шариков и величины преднатяга. Рекомендуется использовать продукцию ведущих производителей прецизионных ШВП (NSK серии BSS/BSL, THK, Bosch Rexroth). При замене необходимо сохранить оригинальные опорные подшипники винта и выполнить юстировку с контролем по стеклянной линейной шкале.
Минеральное литье Granitan S103, разработанное при участии Studer в рамках европейского проекта EPOC, обладает существенно лучшим демпфированием вибраций по сравнению с серым чугуном. Его термическая инертность компенсирует кратковременные колебания температуры, обеспечивая стабильную геометрию. Направляющие отливаются непосредственно в станину, исключая погрешности, связанные с механическим креплением отдельных элементов. Аналогичный подход использует Junker в станинах из минерального литья.
При модернизации шлифовальных станков выбор направляющих зависит от требуемой точности и конструкции станка. Для замены изношенных скользящих направляющих рекомендуются высокоточные роликовые рельсы (например, Schneeberger) класса точности SP или UP. Для станков с требованием максимального демпфирования рассматривается установка гидростатических компактных направляющих (например, Schaeffler HLE). Также применяются рельсы Franke для специфических задач линейного перемещения.
Подшипниковые узлы, шариковинтовые передачи и системы направляющих определяют точностные характеристики круглошлифовальных станков Studer и Junker. Выбор между прецизионными радиально-упорными подшипниками с керамическими телами качения и гидростатическими опорами, между ШВП класса C3 и линейными двигателями, между гибридными направляющими StuderGuide и роликовыми направляющими с преднатягом -- каждое из этих решений оптимизировано под конкретную задачу и класс обработки.
При обслуживании и ремонте данного оборудования критически важно использовать комплектующие соответствующего класса точности и соблюдать регламенты производителя. Замена подшипников шпинделя, ШВП или элементов направляющих на компоненты более низкого класса неизбежно приведет к ухудшению точности обработки и сокращению ресурса станка.
Отказ от ответственности. Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования представленной информации. Технические характеристики, конструктивные решения и рекомендации по обслуживанию оборудования могут изменяться производителями без предварительного уведомления. Перед выполнением любых работ по обслуживанию, ремонту или модернизации оборудования необходимо руководствоваться актуальной технической документацией производителя и привлекать квалифицированных специалистов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.