Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Токарно-карусельные станки предназначены для обработки крупногабаритных деталей типа фланцев, дисков, маховиков, обечаек и шестерён. Их ключевая конструктивная особенность -- вертикально расположенный шпиндель с горизонтальной планшайбой, на которой устанавливается заготовка. Масса обрабатываемых деталей может составлять от нескольких сотен килограммов до 50 тонн и более, что предъявляет особые требования к подшипниковым узлам.
Подшипниковые узлы карусельного станка выполняют несколько критически важных функций: воспринимают радиальные и осевые нагрузки от массы заготовки и сил резания, обеспечивают точное центрирование и плавное вращение планшайбы, передают крутящий момент от привода к рабочему столу. От состояния подшипников непосредственно зависят точность обработки, отсутствие вибраций, долговечность станка и качество поверхности изделий.
В конструкции токарно-карусельных станков применяются различные типы подшипников: крупногабаритные роликовые подшипники качения, опорно-поворотные устройства (ОПУ) с шариковыми или роликовыми телами качения, гидростатические опоры, а также стандартные упорные конические роликовые подшипники и радиально-упорные подшипники в узлах стойки и приводных механизмов.
Семейство одностоечных токарно-карусельных станков моделей 1512 и 1516, а также двухстоечный станок 1525, выпускались Краснодарским заводом тяжёлого станкостроения (КЗТС), также известным как завод им. Седина. Эти модели являются одними из наиболее распространённых карусельных станков на территории России и стран СНГ. Конструкция станков 1512 и 1516 унифицирована и отличается размерами планшайбы и мощностью электродвигателя.
Стол станков 1512 и 1516 состоит из чугунного корпуса с развитой системой рёбер жёсткости, планшайбы со шпинделем и привода планшайбы. Принципиальных конструктивных отличий между столами этих двух моделей нет -- детали подобны и отличаются лишь размерами.
Шпиндель станка смонтирован на двух подшипниковых опорах в корпусе стола. Планшайба жёстко соединена со шпинделем и устанавливается в нишу корпуса стола. В верхней части корпуса имеются кольцевые выступы, входящие в кольцевые канавки планшайбы и образующие лабиринтное уплотнение, защищающее подшипниковый узел от попадания стружки и СОЖ.
Шпиндель частично разгружен, поскольку массу заготовки и значительную часть сил резания воспринимают круговые направляющие планшайбы. Это конструктивное решение снижает нагрузку на подшипники шпинделя и способствует увеличению их ресурса.
Планшайба станков 1512 и 1516 вращается на двух двухрядных роликовых подшипниках. Цилиндрические роликовые подшипники обеспечивают центрирование планшайбы и воспринимают радиальные усилия резания. Осевую нагрузку от массы заготовки и вертикальной составляющей сил резания воспринимает кольцевая направляющая скольжения, оснащённая централизованной системой смазки.
Конструкция шпиндельного узла предусматривает возможность регулировки радиального и осевого зазоров, а также создание предварительного натяга в подшипниках. Радиальный зазор в опорах выбирается подтягиванием регулировочных гаек, воздействующих на внутренние кольца с конической посадочной поверхностью. Радиальное и торцевое биение планшайбы после регулировки составляет не более 0,02 мм.
Опорный узел включает: шпиндель с конической посадочной поверхностью под подшипники; два двухрядных цилиндрических роликовых подшипника (радиальная опора); кольцевую направляющую скольжения (осевая опора); регулировочные гайки для выбора зазоров; лабиринтные уплотнения.
Двухстоечный станок 1525 также использует опору планшайбы на подшипниках, воспринимающих радиальные и осевые нагрузки. Шпиндель вращается на двухрядных радиальных роликовых подшипниках и жёстко соединён с планшайбой диаметром 2240 мм. Учитывая максимальную массу заготовки 16000 кг, подшипники опорного узла рассчитаны на значительно более высокие нагрузки по сравнению с моделями 1512/1516.
Привод планшайбы станка 1525 осуществляется от электродвигателя постоянного тока через двухступенчатый редуктор. В модификации Ф3 (с ЧПУ) перемещения по осям выполняются через шарико-винтовые передачи, а в модификации Ф2 -- через трапецеидальные винты.
В качестве опорных подшипников планшайбы карусельных станков применяются крупногабаритные подшипники специальных серий. Основные типы, используемые в данном классе оборудования:
Для прецизионных карусельных столов ряд производителей (SKF, Schaeffler/INA, THK) выпускают специализированные серии крупногабаритных подшипников с перекрёстным расположением роликов. Такие опоры способны одновременно воспринимать радиальные, осевые нагрузки и опрокидывающий момент в едином компактном узле.
Помимо подшипников опорного узла планшайбы, в конструкции карусельных станков КЗТС используется значительное количество подшипников качения в других ответственных узлах.
Коробка скоростей станков 1512/1516 сообщает планшайбе 18 ступеней частоты вращения. Она содержит шесть валов, смонтированных на подшипниках качения. Корпус коробки имеет плоскость разъёма по осям валов IV и V для удобства сборки. Переключение скоростей осуществляется электромагнитными муфтами, что позволяет изменять частоту вращения на ходу и поддерживать ступенчато-постоянную скорость резания при обработке торцевых поверхностей.
Коробки подач верхнего и бокового суппортов имеют корпуса коробчатой формы из чугунного литья. Все валы коробок подач смонтированы на подшипниках качения. Привод коробок подач осуществляется от вертикального шлицевого вала, получающего вращение с выходного вала коробки скоростей через механизм передачи движения на подачу.
Поперечина перемещается по вертикальным направляющим станины. Механизм перемещения размещён на верхней плоскости станины и состоит из двух червячных редукторов, приводимых реверсивным электродвигателем. Ходовой вал и ходовой винт поперечины монтируются на подшипниках качения в расточках перемычек поперечины.
Входные кронштейны коробок подач и подшипники роликов механизма уравновешивания бокового суппорта заполняются консистентной смазкой. Для регулировки зазора между суппортом и нижней направляющей используются демпфирующие приспособления в виде ролика, смонтированного на игольчатом подшипнике и катящегося вдоль горизонтальной поперечины.
Привод вращения планшайбы в токарно-карусельных станках реализуется через редуктор главного движения. В станках 1512/1516 классической компоновки используется коробка скоростей с электромагнитными муфтами и зубчатые передачи. В двухстоечных станках 1525 применяется двухступенчатый редуктор.
Червячные передачи применяются в токарно-карусельных станках семейства КЗТС в нескольких узлах. Механизм перемещения поперечины содержит два червячных редуктора, приводимых реверсивным электродвигателем. Зубчатая муфта (z=60, m=1) служит для установки поперечины параллельно рабочей поверхности планшайбы.
Суппорт приводится в движение по горизонтальным направляющим поперечины через ходовой винт, находящийся в зацеплении с главным червячным валом коробки управления подачами. Подшипники червяка работают в условиях значительных осевых нагрузок, возникающих при передаче крутящего момента.
Для опор червячных валов в станках данного класса применяются радиально-упорные конические роликовые подшипники, способные одновременно воспринимать радиальные и осевые нагрузки. Конические роликовые подшипники устанавливаются парами по схеме "О" (враспор) или "X" (в растяжку), что обеспечивает жёсткую фиксацию червяка в осевом направлении и высокую жёсткость узла.
Схема "О" (враспор): точки пересечения осей контакта расположены снаружи опор. Обеспечивает повышенную жёсткость к опрокидывающим моментам. Применяется при коротких межопорных расстояниях.
Схема "X" (в растяжку): точки пересечения осей контакта расположены между опорами. Менее чувствительна к температурным деформациям вала. Применяется при значительных межопорных расстояниях.
Предварительный натяг в конических подшипниках регулируется прокладками или гайками. Величина натяга определяется расчётом и составляет обычно 0,02...0,05 мм осевого перемещения (в соответствии с рекомендациями SKF и Schaeffler для станочных опор).
Механизмы подачи токарно-карусельных станков обеспечивают перемещение суппортов в горизонтальном и вертикальном направлениях. В зависимости от модификации станка применяются два типа приводов линейного перемещения.
Классические модификации станков (Ф1, Ф2) используют трапецеидальные ходовые винты для перемещения суппортов. Профиль трапецеидальной резьбы обеспечивает самоторможение и высокую нагрузочную способность. Гайки вертикального перемещения и перемещения ползуна бокового суппорта смазываются шприцем через маслёнки.
Трапецеидальные винты в станках КЗТС изготавливаются из сталей, обеспечивающих сочетание износостойкости резьбы и прочности тела винта. Основные параметры трапецеидальных винтов нормируются по ГОСТ 24737-81 (Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры) и ГОСТ 9484-81 (Резьба трапецеидальная. Профили).
Модификации станков с ЧПУ (Ф3) оснащаются шарико-винтовыми передачами для токарных станков. ШВП обеспечивают значительно более высокий КПД (0,90...0,95 по сравнению с 0,25...0,40 у трапецеидальных винтов), отсутствие люфта при использовании преднатяга, высокую точность позиционирования и плавность перемещения.
При модернизации станков 1512/1516/1525 замена трапецеидальных винтов на ШВП является одним из ключевых этапов. Используются ШВП классов точности C5 или C3, обеспечивающие точность позиционирования, необходимую для работы с системами ЧПУ. Опоры ШВП комплектуются радиально-упорными подшипниками, установленными с предварительным натягом.
Для станка класса точности Н по ГОСТ 8-82 с максимальным ходом суппорта L = 900 мм допустимое отклонение позиционирования составляет порядка +-0,025 мм.
Допуск колебания шага ШВП класса C5 по ISO 3408-3: v300p = 0,023 мм на любых 300 мм хода. Накопленная ошибка шага на полной длине перемещения 900 мм для класса C5 составляет около 0,035...0,050 мм (зависит от производителя).
Допуск класса C3: v300p = 0,008 мм на любых 300 мм, накопленная ошибка на 900 мм -- около 0,012...0,018 мм.
Для обеспечения заданной точности с запасом рекомендуется класс C3.
Токарно-карусельные станки серии KCI компании Rafamet (Польша) представляют собой тяжёлые двухстоечные (портальные) станки, предназначенные для обработки крупногабаритных деталей массой до 150 тонн. Серия включает модели с диаметром планшайбы от 2000 до 6000 мм и более.
Корпусные детали станков KCI (станина, планшайба, стойки, траверса, суппорты) изготавливаются из высокопрочного чугунного литья. Жёсткая рамная конструкция из двух стоек и соединительной балки обеспечивает высокую геометрическую стабильность и лучшее демпфирование вибраций по сравнению со сварными конструкциями.
Рабочий стол станков Rafamet KCI оснащён крупногабаритным роликовым подшипником диаметром 3200 мм (для модели KCI 320/400N). Этот подшипник является ключевым элементом опорного узла и обеспечивает точное и плавное вращение стола с заготовкой массой до 50 тонн при частоте вращения до 110 об/мин.
Современные станки Rafamet серии KCI оснащаются цифровой приводной технологией Siemens с торк-моторами (моментными двигателями) для привода стола. Это обеспечивает максимальную производительность и полную совместимость всех приводных и управляющих компонентов. Станки комплектуются измерительными датчиками Renishaw для контроля точности инструмента и обрабатываемой детали.
Магазин инструментальных головок (5-позиционный правый и 3-позиционный левый) с автоматической сменой позволяет выполнять комплексную обработку без переустановки заготовки. Каретка суппорта автоматически берёт головки из магазина по команде системы ЧПУ.
Компания Schiess (Германия), один из старейших европейских производителей тяжёлых станков, применяет в своих вертикальных токарных станках несколько типов опор планшайбы в зависимости от класса точности и размера оборудования.
Для прецизионных тяжёлых вертикальных токарных станков Schiess применяет гидростатические подшипники планшайбы. Гидростатические опоры обеспечивают следующие преимущества перед подшипниками качения:
Отсутствие механического контакта между подвижными и неподвижными частями опоры исключает износ и обеспечивает практически неограниченный ресурс. Масляная плёнка в гидростатическом подшипнике выполняет функцию демпфера вибраций, что критически важно при тяжёлых режимах резания. Точность вращения определяется только точностью изготовления направляющих поверхностей и стабильностью давления в гидросистеме.
При модернизации станков Schiess выполняется восстановление подшипников Jaeger (специализированных гидростатических подшипников стола), шлифовка направляющих для восстановления геометрической точности, замена ШВП осей, ревизия гидравлической системы и системы смазки.
В станках Schiess осей X и Z суппортов нередко используются гидростатические направляющие, обеспечивающие отсутствие люфта, стик-слип эффекта и высокую демпфирующую способность. Это конструктивное решение позволяет достигать высокой точности обработки и качества поверхности при работе с крупногабаритными заготовками. Для станков средних размеров могут также применяться высокоточные роликовые каретки Schneeberger и высокоточные роликовые рельсы Schneeberger.
Серия Berthiez RVU (входит в группу Starrag, Швейцария) представляет прецизионные вертикальные шлифовально-токарные станки, предназначенные для высокоточной обработки в подшипниковой и аэрокосмической промышленности. Серия RVU выпускается с диаметром стола от 900 до 6200 мм.
Все станки серии Berthiez RVU оснащены гидростатическим упорным подшипником стола. Привод вращения реализован через торк-мотор (моментный двигатель), непосредственно встроенный в конструкцию стола. Сочетание гидростатической опоры с прямым приводом обеспечивает исключительные характеристики:
Высокая крутильная жёсткость с одновременным виброгашением; отсутствие зазоров и люфтов, характерных для механических передач; точность вращения на уровне 0,001 мм по радиальному и торцевому биению; возможность работы на сверхнизких частотах вращения без потери плавности.
Станки Berthiez RVU оснащаются до четырёх водоохлаждаемых шлифовальных шпинделей мощностью до 45 кВт при частоте вращения до 18000 об/мин. Наклон шлифовальной головки регулируется в диапазоне от -5 до +275 градусов с фиксацией муфтой Hirth. Возможно дополнительное оснащение для твёрдого точения и сверления, что позволяет выполнять полный цикл обработки без переустановки заготовки.
Долговечность и точность работы карусельного станка во многом определяются правильностью технического обслуживания подшипниковых узлов. Основные мероприятия включают контроль состояния подшипников, смазку, регулировку зазоров и своевременную замену изношенных элементов.
Для оценки состояния крупногабаритных подшипников планшайбы используют несколько методов. Измерение радиального и торцевого биения планшайбы с помощью индикаторов часового типа позволяет косвенно оценить износ подшипников. Вибродиагностика (анализ спектра вибрации) является наиболее информативным методом раннего обнаружения дефектов подшипников. Контроль температуры подшипниковых узлов помогает выявить проблемы со смазкой или чрезмерный натяг.
Редуктор привода главного движения и стол станков КЗТС имеют централизованную систему смазки. Резервуаром для масла служит нижняя полость станины, откуда масло шестерёнчатым насосом подаётся через магнитно-сетчатый фильтр по маслопроводу в редуктор и к маслораспределителю. Избыток масла от двух насосов через тройники поступает в распределительную камеру, расположенную в верхней части бокового суппорта, и далее по трубкам поступает к подшипникам, зубчатым колёсам и другим механизмам.
Периодическая регулировка подшипниковых узлов планшайбы необходима для компенсации износа и поддержания точности станка. При регулировке контролируется: радиальный зазор в подшипниках шпинделя (выбирается гайками); состояние кольцевой направляющей скольжения осевой опоры; величина люфта в механизмах подачи; состояние уплотнений подшипниковых узлов.
Модернизация подшипниковых узлов является одним из важнейших этапов капитального ремонта токарно-карусельных станков. Основные направления модернизации включают:
При капитальном ремонте производится полная замена подшипников шпинделя и коробки скоростей. Современные подшипники ведущих производителей (конические роликовые KOYO, конические роликовые NACHI и др.) обеспечивают повышенный ресурс и точность вращения. При необходимости устанавливаются двухрядные сферические роликовые подшипники, обладающие самоустанавливающейся способностью.
Замена трапецеидальных ходовых винтов на шарико-винтовые передачи является стандартным этапом модернизации при установке системы ЧПУ. ШВП комплектуются радиально-упорными подшипниками опор с предварительным натягом, что обеспечивает отсутствие осевого люфта и высокую жёсткость привода подач.
Установка частотного преобразователя с асинхронным электродвигателем шпинделя вместо коробки скоростей с электромагнитными муфтами позволяет обеспечить бесступенчатое регулирование частоты вращения планшайбы, что снижает динамические нагрузки на подшипниковые узлы и повышает их ресурс.
Шлифовка направляющих станины, поперечины и суппортов является обязательным этапом капитального ремонта. Восстановление геометрических характеристик направляющих необходимо для обеспечения заданной точности станка. В качестве альтернативы направляющим скольжения при модернизации могут применяться линейные роликовые каретки INA или линейные роликовые каретки SKF, а также очень точные роликовые рельсы Schneeberger.
1. Замена подшипников шпинделя и коробки скоростей.
2. Установка частотного преобразователя с асинхронным электродвигателем.
3. Установка измерительной системы оборотов шпинделя (энкодер).
4. Замена трапецеидальных винтов на ШВП класса C3.
5. Шлифовка направляющих, ремонт и подгонка клиньев.
6. Установка системы ЧПУ (Siemens, Fanuc, Балт-Систем) с контроллером и операторской панелью.
7. Ревизия централизованной системы смазки.
Планшайба станков 1512 и 1516 вращается на двух двухрядных цилиндрических роликовых подшипниках, которые обеспечивают центрирование и восприятие радиальных нагрузок. Осевые нагрузки от массы заготовки воспринимает кольцевая направляющая скольжения с централизованной системой смазки. Конструкция узла позволяет регулировать радиальный и осевой зазоры, а также создавать предварительный натяг. Допустимое биение планшайбы после регулировки -- не более 0,02 мм.
ОПУ карусельного станка отличается значительно более высокими требованиями к точности вращения (биение не более 0,02 мм против 0,5...1,0 мм у кранов). Станочные ОПУ работают при более высоких частотах вращения, требуют прецизионной обработки дорожек качения и применения подшипниковых сталей высшего качества (например, хромистая подшипниковая сталь ШХ15 по ГОСТ 801). Также отличаются условия смазки: станочные ОПУ работают в закрытом пространстве с чистой циркуляционной системой, а не в условиях запылённости и осадков.
Гидростатические подшипники применяются в тяжёлых прецизионных станках (Schiess, Berthiez), где требуется сочетание высокой грузоподъёмности, минимального биения (менее 0,005 мм) и высокого демпфирования вибраций. Они оправданы при массе заготовки свыше 20...50 тонн и для станков повышенного класса точности. Подшипники качения применяются в станках нормального класса точности (КЗТС 1512/1516/1525) и обеспечивают биение планшайбы до 0,02 мм.
Для станка класса точности Н по ГОСТ 8-82 рекомендуется использовать ШВП класса C3 по ISO 3408. Этот класс обеспечивает колебание шага не более 0,008 мм на любых 300 мм хода и накопленную ошибку порядка 0,012...0,018 мм на полной длине перемещения. Класс C5 также допустим, но обеспечивает меньший запас точности (колебание шага до 0,023 мм на 300 мм). Выбор класса C3 гарантирует стабильное соответствие паспортным характеристикам станка в течение всего межремонтного периода.
Торк-мотор (моментный двигатель) обеспечивает прямой привод планшайбы без промежуточных зубчатых и ременных передач. Это исключает люфты, снижает уровень вибраций, обеспечивает бесступенчатое регулирование частоты вращения в полном диапазоне и упрощает обслуживание. Торк-моторы применяются в станках Berthiez RVU и современных моделях Rafamet KCI. Основной недостаток -- необходимость высокой жёсткости подшипниковой опоры стола, так как отсутствует редукция и все нагрузки передаются непосредственно на подшипник.
Основные признаки износа: увеличение радиального и торцевого биения планшайбы (контролируется индикатором); повышение уровня вибрации при вращении; появление нехарактерных шумов; нагрев подшипниковых узлов. Для точной диагностики применяют вибродиагностику с анализом спектра и огибающей спектра на характерных подшипниковых частотах. Допустимое увеличение биения зависит от класса точности станка и регламентируется ГОСТ 44-93.
В станках Rafamet KCI используются крупногабаритные роликовые подшипники, специально рассчитанные на высокие осевые и радиальные нагрузки при вращении стола с тяжёлой заготовкой. Диаметр подшипника соответствует диаметру стола (например, 3200 мм для модели KCI 320/400N). Подшипник размещён в чугунном корпусе стола и обеспечивает точное вращение при нагрузках до 50 тонн и частоте вращения до 110 об/мин.
Да, замена трапецеидальных винтов на ШВП является стандартной процедурой при модернизации станков 1512 с установкой системы ЧПУ (переход с модификации Ф1/Ф2 на Ф3). При этом требуется изготовление или адаптация опорных кронштейнов под ШВП, установка радиально-упорных подшипников опор с преднатягом, монтаж серводвигателей и энкодеров. Рекомендуется использовать ШВП диаметром, обеспечивающим необходимую жёсткость и критическую частоту вращения винта для заданных скоростей подачи.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и не может рассматриваться как руководство к действию. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации, представленной в данном материале. При выборе, монтаже и обслуживании подшипников, ОПУ, ШВП и других комплектующих токарно-карусельных станков обязательно обращайтесь к квалифицированным специалистам и следуйте рекомендациям производителя конкретного оборудования. Все технические параметры, приведённые в статье, основаны на открытых источниках и могут отличаться для конкретных модификаций оборудования.
1. ГОСТ 44-93 (ИСО 3655-86). Станки токарно-карусельные. Основные параметры и размеры. Нормы точности и жёсткости.
2. ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007). Подшипники качения. Динамическая грузоподъёмность и номинальный ресурс.
3. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
4. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.
5. ГОСТ 24737-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры.
6. ГОСТ 9484-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная. Профили.
7. ГОСТ 801-78. Сталь подшипниковая. Технические условия (с изменениями).
8. ISO 3408-1...5. Ball screws -- Vocabulary, nominal dimensions, acceptance conditions, static axial rigidity, durability.
9. DIN 69051. Kugelgewindetriebe (ШВП для станков).
10. SKF. Rolling Bearings -- Main Catalogue (PUB 17000).
11. Schaeffler/INA. Super Precision Bearings (SP1); Technical Pocket Guide (STT).
12. Решетов Д.Н. Детали машин. 4-е изд. -- М.: Машиностроение, 1989.
13. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 9-е изд. -- Т.2.
14. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: расчёт, проектирование и обслуживание опор. -- М.: Машиностроение, 1992.
15. Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. -- CRC Press, 2006.
16. Rafamet S.A. KCI Series -- Heavy-duty Vertical Turning Lathes. Product documentation.
17. Starrag AG. Berthiez RVU Series -- Technical specifications.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.