Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Шлифовальные станки предъявляют наиболее жёсткие требования к точности вращения шпинделя среди всех металлорежущих станков. Биение шлифовального шпинделя напрямую переносится на обрабатываемую поверхность и определяет достижимую шероховатость (Ra 0,08...0,32 мкм) и геометрическую точность (овальность менее 1 мкм на прецизионных моделях). Именно поэтому выбор, установка и обслуживание подшипниковых узлов являются ключевыми факторами работоспособности шлифовального оборудования.
В данной статье детально рассмотрены подшипниковые узлы шлифовальных шпинделей, шарико-винтовые передачи (ШВП) и направляющие систем подачи на примере конкретных моделей: плоскошлифовальных Okamoto ACC-63SA/ACC-84DX, круглошлифовальных 3М151/3М152, плоскошлифовальных 3Е711АФ/3Д711ВФ/3Г71М, а также Chevalier FSG и Jones & Shipman. Информация основана на паспортных данных оборудования, каталогах производителей подшипников (SKF, NSK, FAG/Schaeffler) и нормативных документах.
В шлифовальном оборудовании применяются три принципиально различных типа подшипниковых опор шпинделя, каждый из которых имеет свою область предпочтительного использования.
Прецизионные радиально-упорные шариковые подшипники классов точности P4 (ABEC 7) и P2 (ABEC 9) по ISO 492 являются наиболее распространённым решением для шпинделей плоскошлифовальных станков. Угол контакта 15° (серия 70xx) или 25° (серия 72xx) обеспечивает восприятие как радиальных, так и осевых нагрузок. Подшипники устанавливаются в комплектах по 2-4 штуки с заводским преднатягом (обозначения EL, L, M, H у SKF и NSK), что гарантирует жёсткость опорного узла и исключает осевой люфт.
Типовые схемы установки: дуплексная DB (спина к спине) для максимальной жёсткости, триплексная DBT (два подшипника в тандеме + один в обратном направлении) или квадруплексная DBTB/QBC для тяжелонагруженных шпинделей.
Многовкладышные гидродинамические подшипники скольжения традиционно применяются в круглошлифовальных станках, где высокие радиальные нагрузки от шлифовального круга большого диаметра (до 600 мм) требуют повышенной демпфирующей способности опоры. Принцип работы основан на формировании масляного клина между сегментными вкладышами и шейками шпинделя при его вращении. Такие подшипники обеспечивают высокую виброустойчивость и демпфирование, но требуют системы принудительной проточной смазки с тонкой фильтрацией и контролем температуры масла.
Гидростатические (на масляной плёнке под давлением) и аэростатические (воздушные) подшипники применяются в ультрапрецизионном шлифовании. В гидростатических опорах масло подаётся в карманы под давлением от внешнего насоса, формируя несущую плёнку без контакта металл-металл. Аэростатические подшипники используют сжатый воздух и обеспечивают биение шпинделя менее 0,1 мкм, однако обладают пониженной радиальной жёсткостью и грузоподъёмностью.
Плоскошлифовальные станки Okamoto серий ACC (ACC-52SA, ACC-63SA, ACC-84DX и др.) используют картриджный тип шпинделя (cartridge type spindle) с прецизионными радиально-упорными шариковыми подшипниками класса суперпрецизионности. Конструктивно шпиндель представляет собой единый блок, который извлекается из корпуса шлифовальной головки целиком, что упрощает обслуживание и замену.
Шпиндель станков Okamoto ACC опирается на прецизионные радиально-упорные шариковые подшипники с заводским преднатягом. Окамото применяет подшипники классов ABEC 7 (P4) и выше. Подшипники устанавливаются с преднатягом типа L (лёгкий) или M (средний), обеспечивая оптимальное соотношение жёсткости и теплогенерации при рабочих частотах вращения 1800...3600 об/мин (в зависимости от модели и диаметра круга).
Шлифовальная головка станков серии ACC-DX и ACC-GX отличается двустенной литой конструкцией колонны из чугуна Meehanite, обеспечивающей повышенную жёсткость и виброустойчивость. Стол перемещается по двойным V-образным направляющим типа Double-V, что исключает перекос и обеспечивает высокую прямолинейность хода.
Круглошлифовальные полуавтоматы 3М151 и 3М152 (производство Харьковского станкостроительного завода) относятся к станкам повышенного класса точности (П/В по ГОСТ 8-82). Эти станки предназначены для наружного шлифования цилиндрических и пологих конических поверхностей диаметром до 200 мм и длиной до 700 мм (3М151) или до 1000 мм (3М152).
Шпиндель шлифовальной бабки станков 3М151/3М152 установлен в двух многовкладышных гидродинамических подшипниках скольжения специальной конструкции. Каждый подшипник состоит из трёх одинаковых сегментных вкладышей, охватывающих шейку шпинделя. Вкладыши имеют сферические лунки и опираются на винты со сферическими головками, благодаря чему происходит самоустановка по шейкам шпинделя.
В процессе работы между вкладышами и шейкой шпинделя формируется масляный клин, который обеспечивает бесконтактное вращение. Принудительная проточная смазка подаётся из отдельного бачка, вынесенного за пределы станины, что минимизирует тепловые деформации шлифовальной бабки. Автоматический контроль наличия смазки в подшипниках гарантирует долговечность работы шпиндельного узла: при отсутствии давления масла блокируется пуск привода шпинделя.
Регулировка зазора в гидродинамических подшипниках 3М151 выполняется с помощью регулировочных винтов (3М151-2007-1), воздействующих на сегментные вкладыши. Зазор контролируется по температуре нагрева подшипников в установившемся режиме и по величине радиального биения шпинделя. Недопустимо чрезмерное затягивание вкладышей, приводящее к перегреву подшипников и увеличению потребляемой мощности привода. Оптимальная температура масла на выходе из подшипника не должна превышать 50-55 °C при температуре окружающей среды 20 °C.
Шпиндель шлифовальной бабки фиксируется в осевом направлении двумя сферическими бронзовыми упорными кольцами, которые прижимаются к торцам шпинделя. Эта конструкция воспринимает осевые нагрузки, возникающие при врезном шлифовании, и обеспечивает стабильное положение оси шпинделя.
Корпус шлифовальной бабки 3М151 установлен на роликовых направляющих, обеспечивающих плавное и точное поперечное перемещение. В механизме поперечных подач применена винтовая пара качения (ШВП), что обеспечивает микронную точность подачи шлифовальной бабки с толчковой подачей 0,001 мм и периодической подачей от 0,025 до 0,05 мм. Ход поперечного перемещения по винту составляет до 185 мм.
Плоскошлифовальные станки семейства 3Е711/3Д711/3Г71М (производство завода "Красный борец", г. Оршa) относятся к станкам высокого класса точности (В по ГОСТ 8-82) с горизонтальным шпинделем и прямоугольным столом. Эти станки широко используются в инструментальном и мелкосерийном производстве для шлифования плоских поверхностей периферией круга.
В отличие от круглошлифовальных станков серии 3М151, плоскошлифовальные 3Д711ВФ11 и их модификации оснащены шпинделем на высокоточных радиально-упорных подшипниках качения, собранных с предварительным натягом. Такое решение обусловлено меньшими радиальными нагрузками (диаметр шлифовального круга обычно 200...250 мм) и более высокими требованиями к точности вращения при обработке плоских поверхностей.
Подшипники передней опоры защищены лабиринтными уплотнениями: во фланце корпуса шлифовальной головки выполнены специальные каналы и лабиринты, предотвращающие попадание абразивных частиц и СОЖ в подшипниковый узел.
Все модификации семейства 3Д711/3Е711 отличаются применением шарико-винтовых пар качения в узлах подач, обеспечивающих плавное, высокоточное и безлюфтовое позиционирование. Вертикальная подача шлифовальной головки осуществляется через ШВП, жёстко соединённую с корпусом. Поперечная подача крестового суппорта также реализована через ШВП с электромагнитной муфтой для отключения маховика при автоматических перемещениях.
Тайваньские плоскошлифовальные станки Chevalier серии FSG занимают значительную долю рынка промышленного шлифовального оборудования. Серия включает модели от компактных FSG-618 (стол 150 x 460 мм) до мостовых FSG-DC (стол до 1500 x 4000 мм).
Все модели Chevalier FSG оснащены картриджным шпинделем с четырьмя прецизионными радиально-упорными шариковыми подшипниками класса 7 (Class 7, соответствует P4 по ISO 492 / ABEC 7). Подшипники устанавливаются с заводским преднатягом и обеспечивают биение шпинделя не более 0,0015 мм (1,5 мкм). Картриджная конструкция позволяет извлечь и заменить шпиндельный узел целиком.
В мостовых станках серии FSG-DC помимо четырёх радиально-упорных подшипников дополнительно установлены игольчатые роликовые подшипники (тип N-N) в переднем конце шпинделя для восприятия повышенных радиальных нагрузок при тяжёлом шлифовании.
Станки серии FSG-DC используют роликовые линейные направляющие для продольного перемещения шлифовальной головки. Поперечная и вертикальная подачи реализованы через прецизионные ШВП класса C3, напрямую соединённые с серводвигателями переменного тока. Автоматическая система непрерывной смазки обеспечивает подачу масла к направляющим, ШВП и столу.
В более компактных моделях FSG-2A618, FSG-3A818 и серии ADIV суппорт перемещается по двойным V-образным направляющим скольжения с покрытием Turcite-B, а стол движется по закалённым и шлифованным направляющим с шариковой сепарацией.
Британские шлифовальные станки Jones & Shipman (серии 540, 1300, 1400 и др.) традиционно занимают нишу высокоточного инструментального шлифования. Характерной чертой данных станков является разнообразие конструкций шпиндельных узлов, применяемых в различных модификациях.
Ранние и базовые модели Jones & Shipman 540 комплектуются шпинделем на бронзовых подшипниках скольжения. Вкладыши цельные, разрезные, с коническими клиньями для регулировки радиального зазора. Смазка осуществляется маловязким маслом (ISO VG 10, например Mobil Velocite No.6), подаваемым в масляную ванну. Рабочая температура подшипников в установившемся режиме достигает 55-60 °C.
Более поздние модификации 540 и серия 1400 оснащаются шпинделями на однорядных радиально-упорных шариковых подшипниках. Подшипники установлены попарно на каждом конце шпинделя и смазаны пластичной смазкой на весь срок службы. Лабиринтные уплотнения предотвращают вымывание смазки и попадание абразива. Ресурс подшипников при штатной эксплуатации составляет порядка 2500 часов до регламентного осмотра.
Ряд станков Jones & Shipman 540 выпускались с аэростатическими подшипниками шпинделя. Подача сжатого воздуха через прецизионные отверстия формирует воздушную плёнку, обеспечивающую практически нулевое биение (менее 0,001 мм по показаниям микронного индикатора). Однако такие шпиндели обладают пониженной радиальной жёсткостью и требуют мощной системы подготовки воздуха (компрессор, осушитель, фильтрация до 1 мкм), что ограничивает их применение лёгкими финишными операциями.
Круглошлифовальные станки Jones & Shipman серий 1074 и 1300 используют шпиндели шлифовального круга на подшипниках скольжения с подачей масла через червячный маслонасос. Регулировка зазора выполняется по методу контроля температуры: зазор уменьшается до достижения установившейся температуры на 40 °C выше температуры окружающей среды. Контроль момента трения при регулировке осуществляется по потребляемому току двигателя шпинделя.
Точность позиционирования шлифовальной бабки и стола определяется не только подшипниками шпинделя, но и качеством направляющих и механизмов подач. В шлифовальных станках применяются три основных типа направляющих и высокоточные ШВП.
Согласно ISO 3408 и DIN 69051, шарико-винтовые передачи классифицируются по точности ходового винта. Для шлифовальных станков применяются следующие классы:
В станках 3Д711ВФ, 3Е711АФ и Chevalier FSG-DC применяются ШВП класса C3, обеспечивающие колебание хода (v300) не более 8 мкм на любом участке длиной 300 мм. Винт соединяется с серводвигателем напрямую (без промежуточных передач), что исключает дополнительные люфты и погрешности.
Для модернизации шлифовальных станков широко используются высокоточные роликовые рельсы и шариковые направляющие рельсы ведущих производителей, такие как Schneeberger, THK и HIWIN.
Правильный преднатяг является критическим фактором для работы шпинделя шлифовального станка. Преднатяг устраняет внутренний зазор в подшипнике, повышает жёсткость опоры и предотвращает проскальзывание тел качения на низких оборотах.
Согласно каталогам SKF и NSK, для шлифовальных шпинделей используются следующие уровни преднатяга (значения приведены ориентировочно для подшипника серии 70xx с d = 70 мм; для других размеров следует обращаться к каталогу производителя):
При монтаже прецизионных подшипников шлифовального шпинделя необходимо соблюдать ряд требований, определённых в руководствах SKF (Bearing Installation and Maintenance Guide) и NSK (Machine Tool Spindle Bearing Selection & Mounting):
Посадочные поверхности шпинделя и корпуса должны иметь шероховатость не хуже Ra 0,4 мкм и отклонение от цилиндричности не более 50% от допуска на внутренний диаметр подшипника. Монтаж выполняется методом термической посадки (нагрев кольца до 80-100 °C) или с помощью монтажной втулки. Категорически недопустимы ударные нагрузки через тела качения. Дуплексные и триплексные комплекты устанавливаются строго согласно маркировке на торцах колец (стрелки, буквы DB, DT, DF), перестановка колец местами недопустима.
Основные диагностические признаки износа подшипников шлифовального шпинделя:
Увеличение радиального биения шпинделя, фиксируемое индикатором часового типа с ценой деления 1 мкм. Для станков класса точности В допустимое биение составляет 1-3 мкм; превышение этих значений указывает на необходимость замены подшипников. Появление повышенного шума при работе, особенно характерного "рокота" на выбеге (при остановке шпинделя). Увеличение температуры корпуса шлифовальной головки свыше 15-20 °C над температурой окружающей среды (для подшипников качения). Ухудшение параметра шероховатости обработанной поверхности при неизменных режимах шлифования. Появление следов вибрации (характерная "ёлочка") на шлифованной поверхности.
Для гидродинамических подшипников скольжения станка 3М151 критически важно соблюдать регламент по маслу: применять масло рекомендуемой вязкости (ISO VG 22...32), заменять фильтрующие элементы не реже чем через 500 часов работы и контролировать уровень масла в отдельном баке. Загрязнение масла абразивными частицами является основной причиной ускоренного износа вкладышей и шеек шпинделя. При ремонте шпиндельного узла проверяется круглость шеек шпинделя (допуск 0,3-1 мкм в зависимости от класса точности станка) и состояние бронзовых сферических упорных колец.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые действия, предпринятые на основании информации, содержащейся в данном материале. Все технические данные, параметры и рекомендации приведены для общего ознакомления и не заменяют собой эксплуатационную документацию (паспорта, руководства по эксплуатации) конкретных моделей станков и комплектующих.
Перед выполнением любых работ по замене подшипников, ШВП, направляющих и иных узлов шлифовальных станков необходимо руководствоваться официальной технической документацией производителя оборудования и привлекать квалифицированный персонал. Автор не несёт ответственности за возможный ущерб, вызванный некорректным применением представленной информации.
Нормативные документы:
ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
ГОСТ 831-2022. Подшипники качения. Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные. Общие технические требования.
ГОСТ 8338-2022. Подшипники качения. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Классификация, указания по применению и эксплуатации.
ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.
ISO 492:2023. Rolling bearings - Radial bearings - Geometrical product specifications (GPS) and tolerance values.
ISO 281:2007. Rolling bearings - Dynamic load ratings and rating life.
ISO 15312:2018. Rolling bearings - Thermal speed rating - Calculation.
ISO 3408 (ч. 1-5). Ball screws - Vocabulary, dimensions, acceptance conditions, rigidity, load ratings and life.
DIN 69051. Ball screws for machine tools.
Каталоги производителей:
SKF. Super-precision Bearings. Catalogue 13383/2.
SKF. Rolling Bearings. Catalogue 17000/1.
SKF. Bearing Installation and Maintenance Guide.
NSK. Super Precision Bearings. Cat. E1254.
NSK. Machine Tool Spindle Bearing Selection & Mounting Guide.
NSK. Ball Screws - Standard Compact FA. Cat. E3239b.
FAG/Schaeffler. Super Precision Bearings (SP1).
THK. Ball Screw General Catalog.
THK. LM Guide General Catalog.
HIWIN. Ballscrews Technical Information.
HIWIN. Linear Guideway Technical Information.
Учебная и справочная литература:
Решетов Д.Н. Детали машин. 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1989.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 9-е изд. Том 2.
Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: расчёт, проектирование и обслуживание опор. - М.: Машиностроение, 1992.
Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. CRC Press, 2006.
Паспорт станка круглошлифовального 3М151. Харьковский станкостроительный завод.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.