Содержание статьи
Токарно-винторезный станок 1М63Н
Токарно-винторезный станок модели 1М63Н представляет собой универсальное металлорежущее оборудование, предназначенное для выполнения широкого спектра токарных операций. Данный станок оснащен продольной шарико-винтовой передачей, которая обеспечивает точное и плавное перемещение суппорта вдоль станины.
Продольная ШВП станка 1М63Н является критически важным узлом, от технического состояния которого напрямую зависит точность обработки деталей, качество поверхности и производительность станка. При эксплуатации этот механизм подвергается значительным нагрузкам, что приводит к постепенному износу его компонентов.
| Параметр | Значение для 1М63Н | Примечание |
|---|---|---|
| Диаметр винта ШВП | 32-40 мм | В зависимости от модификации |
| Шаг резьбы | 5-10 мм | Определяет точность подачи |
| Длина рабочего хода | До 1000 мм | Максимальная длина обработки |
| Класс точности | C7-C10 | Транспортный класс |
Конструкция продольной ШВП
Шарико-винтовая передача продольной подачи станка 1М63Н состоит из нескольких основных компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию в обеспечении точного поступательного движения суппорта.
Основные элементы конструкции
Винт ШВП изготавливается из высокоуглеродистой легированной стали с последующей термообработкой. На его поверхности методом накатки или шлифования формируется специальная резьба с полукруглым профилем, служащая дорожкой качения для шариков. Винт проходит индукционную закалку поверхностного слоя до твердости 58-62 HRC, что обеспечивает высокую износостойкость.
Гайка представляет собой более сложный узел, включающий корпус с внутренней резьбой, систему рециркуляции шариков и механизм предварительного натяга. Внутри гайки расположены каналы возврата шариков, обеспечивающие их непрерывную циркуляцию.
| Компонент | Материал | Особенности изготовления |
|---|---|---|
| Винт | Сталь 40ХН, 20Х2Н4А | Цементация, закалка ТВЧ |
| Гайка | Сталь 45, 40Х | Объемная закалка |
| Шарики | ШХ15 (100Cr6 по ISO 683-17) | Сферичность класса G10, ГОСТ 801-78 отменен в 2021г |
| Корпус гайки | Чугун СЧ20, Сталь 45 | Точное растачивание |
Принцип работы механизма
При вращении винта шарики, размещенные между винтовыми канавками винта и гайки, перекатываются по дорожкам качения, создавая поступательное движение гайки. Достигнув конца рабочего участка резьбы, шарики через перепускные каналы возвращаются в исходное положение, формируя замкнутый цикл движения.
Современные требования: Согласно ГОСТ Р ИСО 230-1-2010, все измерения должны проводиться при стабильной температуре окружающей среды 20±2°C с использованием калиброванных средств измерения класса точности не ниже требуемого для контролируемого параметра.
Виды износа и дефектов ШВП
В процессе эксплуатации продольная ШВП станка 1М63Н подвергается различным видам износа и повреждений, которые можно классифицировать по характеру проявления и причинам возникновения.
Абразивный износ
Наиболее распространенный вид износа, возникающий вследствие попадания абразивных частиц в зону контакта шариков с дорожками качения. Проявляется в виде равномерного уменьшения размеров контактирующих поверхностей и увеличения шероховатости.
Усталостное выкрашивание
Развивается при длительной эксплуатации под циклическими нагрузками. Характеризуется образованием микротрещин в поверхностном слое, которые постепенно разрастаются и приводят к выкрашиванию частиц материала.
| Тип дефекта | Причины возникновения | Характерные признаки | Возможность ремонта |
|---|---|---|---|
| Абразивный износ | Загрязнение, плохая фильтрация смазки | Увеличение люфта, шероховатость | Частичное восстановление |
| Усталостное выкрашивание | Превышение расчетного ресурса | Точечные углубления, неравномерный ход | Ограниченно |
| Пластическая деформация | Ударные нагрузки, перегрузки | Вмятины, местные деформации | Локальное восстановление |
| Коррозия | Воздействие влаги, кислот | Потемнение, точечные поражения | В зависимости от степени |
Износ шариков
Шарики являются наиболее подверженным износу элементом ШВП. При эксплуатации они постепенно теряют сферическую форму, что приводит к увеличению люфта и снижению точности позиционирования. Характерными признаками износа шариков являются появление плоских участков на поверхности и уменьшение диаметра.
Расчет степени износа шариков
Степень износа шариков можно определить по формуле:
ΔD = D₀ - D₁
где: D₀ - первоначальный диаметр шарика (мм), D₁ - текущий диаметр шарика (мм)
Критическим считается износ свыше 0,01 мм для шариков диаметром до 6 мм.
Критерии оценки технического состояния
Оценка технического состояния продольной ШВП станка 1М63Н производится на основе комплексного анализа измеренных параметров и визуального контроля состояния компонентов.
Основные контролируемые параметры
Осевой люфт является первичным диагностическим параметром, характеризующим степень износа ШВП. Измерение производится при помощи индикатора часового типа с точностью до 0,01 мм. Для станка 1М63Н предельно допустимое значение осевого люфта составляет 0,15-0,20 мм.
Момент прокручивания винта должен находиться в определенных пределах и характеризует равномерность работы передачи. Резкие изменения момента указывают на локальные дефекты дорожек качения или шариков.
| Параметр | Норма | Предельное значение | Метод контроля |
|---|---|---|---|
| Осевой люфт | 0,02-0,05 мм | 0,15-0,20 мм | Индикатор часового типа |
| Радиальное биение винта | До 0,01 мм | 0,03 мм | Стойка с индикатором |
| Момент прокручивания | 2-5 Нм | 15 Нм | Динамометрический ключ |
| Шаг резьбы | ±0,01 мм | ±0,05 мм | Лазерный интерферометр |
Классификация технического состояния
Классификация точности ШВП в соответствии с международным стандартом ISO 3408-2:2021 включает позиционные классы (IT1, IT3, IT5) и транспортные классы (T3, T5, T7, T10). Для станка 1М63Н обычно применяются ШВП транспортного класса T5-T7.
Пример оценки состояния ШВП
При диагностике ШВП станка 1М63Н с наработкой 8000 моточасов были получены следующие результаты:
- Осевой люфт: 0,12 мм
- Радиальное биение: 0,02 мм
- Момент прокручивания: 8 Нм
Заключение: состояние удовлетворительное, рекомендуется замена шариков и регулировка предварительного натяга.
Методы диагностики и контроля
Диагностика состояния продольной ШВП должна проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 230-1-2010 "Испытания станков. Методы измерения геометрических параметров" и современными методиками вибродиагностики согласно ГОСТ Р ИСО 10816-3-99.
Вибродиагностика
Виброакустический метод диагностики позволяет выявить дефекты ШВП на ранней стадии развития. При помощи виброакустических датчиков регистрируются колебания в характерных частотных диапазонах, соответствующих различным типам дефектов.
Для ШВП характерными являются частоты, соответствующие частоте прохождения шариков по дефектным участкам дорожек качения. Анализ спектра вибраций позволяет определить не только наличие дефектов, но и их локализацию.
Метод контроля момента прокручивания
Измерение момента, необходимого для прокручивания винта, проводится на различных участках рабочего хода. Равномерность момента характеризует состояние дорожек качения и шариков. Резкие изменения момента указывают на локальные дефекты.
Расчет остаточного ресурса
Остаточный ресурс ШВП можно оценить по формуле:
R = (Lпред - Lтек) / Vизн
где: R - остаточный ресурс (часы), Lпред - предельно допустимый люфт (мм), Lтек - текущий измеренный люфт (мм), Vизн - скорость износа (мм/1000 часов)
Профилометрия дорожек качения
Контроль микрогеометрии поверхности дорожек качения осуществляется при помощи профилометров. Данный метод позволяет оценить степень износа поверхностного слоя и выявить начальные стадии усталостного выкрашивания.
| Метод диагностики | Выявляемые дефекты | Точность | Время проведения |
|---|---|---|---|
| Вибродиагностика | Износ шариков, дефекты дорожек | Высокая | 30-60 минут |
| Контроль люфта | Общий износ системы | 0,01 мм | 10-15 минут |
| Профилометрия | Микрогеометрия поверхностей | 0,1 мкм | 2-3 часа |
| Эндоскопия | Визуальные дефекты | Качественная | 20-30 минут |
Технологии восстановления винта и гайки
Восстановление продольной ШВП станка 1М63Н включает в себя комплекс технологических операций, направленных на восстановление первоначальных характеристик точности и долговечности.
Восстановление винта
Процесс восстановления винта начинается с тщательной дефектовки и определения возможности ремонта. При наличии локальных дефектов применяется метод локального восстановления с использованием специальных технологий.
Резьбошлифование является основным методом восстановления винта при равномерном износе дорожек качения. Операция выполняется на специальных резьбошлифовальных станках с использованием профильных кругов. При этом критически важно сохранить закаленный поверхностный слой.
Критически важно: При резьбошлифовании необходимо снимать минимальный припуск, чтобы не нарушить закаленный слой. Глубина снятия не должна превышать 0,1-0,15 мм.
Методы упрочнения поверхности
После механической обработки поверхность винта подвергается упрочняющей обработке. Наиболее эффективными методами являются азотирование, цементация и индукционная закалка.
Азотирование обеспечивает формирование твердого поверхностного слоя толщиной 0,3-0,5 мм с твердостью до 65 HRC. Процесс проводится в атмосфере аммиака при температуре 500-520°C в течение 40-60 часов.
| Метод упрочнения | Глубина слоя | Твердость | Особенности применения |
|---|---|---|---|
| Азотирование | 0,3-0,5 мм | 62-65 HRC | Минимальные деформации |
| Цементация | 0,8-1,2 мм | 58-62 HRC | Высокая несущая способность |
| Закалка ТВЧ | 2-4 мм | 55-60 HRC | Локальная обработка |
| Лазерное упрочнение | 0,1-0,3 мм | 60-65 HRC | Прецизионная обработка |
Восстановление гайки
Восстановление гайки включает в себя восстановление внутренней резьбы, каналов рециркуляции шариков и системы предварительного натяга. При значительном износе внутренней резьбы применяется метод наплавки с последующей механической обработкой.
Пример технологического процесса восстановления
1. Разборка ШВП и дефектовка компонентов
2. Рихтовка винта при наличии деформаций
3. Резьбошлифование с припуском 0,05-0,10 мм
4. Азотирование в течение 48 часов при 520°C
5. Финишное шлифование дорожек качения
6. Изготовление новой гайки или восстановление существующей
7. Сборка с новыми шариками и регулировка натяга
Замена шариков в ШВП
Замена шариков является наиболее распространенным видом ремонта ШВП, поскольку шарики являются наиболее подверженным износу элементом передачи. Процедура требует точного соблюдения технологии и использования шариков соответствующего класса точности.
Подбор шариков
Новые шарики должны соответствовать классу точности исходной ШВП. Для станков типа 1М63Н обычно применяются шарики класса точности G10-G16 в зависимости от требований к точности позиционирования.
Диаметр шариков подбирается с учетом износа дорожек качения. При значительном износе применяются шарики увеличенного диаметра для восстановления предварительного натяга.
Расчет диаметра шариков
Диаметр новых шариков рассчитывается по формуле:
Dш.нов = Dш.ном + Δизн + δнат
где: Dш.нов - диаметр новых шариков, Dш.ном - номинальный диаметр, Δизн - компенсация износа дорожек, δнат - поправка на натяг
Технология замены
Процесс замены шариков начинается с полной разборки гайки и извлечения изношенных шариков. Внутренние поверхности гайки тщательно очищаются от загрязнений и старой смазки.
Установка новых шариков производится в определенной последовательности с контролем равномерности их распределения по всем дорожкам качения. Количество шариков должно соответствовать проектному значению с учетом допустимых отклонений.
| Этап операции | Контролируемые параметры | Инструмент/оборудование | Время выполнения |
|---|---|---|---|
| Разборка гайки | Сохранность элементов | Специальные съемники | 30-45 минут |
| Очистка поверхностей | Качество очистки | Ультразвуковая ванна | 60-90 минут |
| Контроль геометрии | Размеры дорожек качения | Профилометр, шаблоны | 45-60 минут |
| Установка шариков | Количество, размещение | Специальная оснастка | 90-120 минут |
Регулировка предварительного натяга
После установки новых шариков необходимо отрегулировать предварительный натяг, обеспечивающий устранение осевого люфта и оптимальную жесткость системы. Регулировка производится при помощи специальных регулировочных элементов или прокладок.
Актуальная информация по материалам (2025): ГОСТ 801-78 для подшипниковых сталей отменен в 2021 году. Современным аналогом стали ШХ15 является 100Cr6 согласно международному стандарту ISO 683-17. При заказе новых компонентов рекомендуется использовать международную маркировку.
Выбор качественных компонентов для ремонта
При выполнении ремонта продольной ШВП станка 1М63Н критически важно использовать качественные компоненты, соответствующие техническим требованиям оригинального оборудования. Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент шарико-винтовых передач (ШВП) и сопутствующих компонентов для станков различных типов. В каталоге представлены винты ШВП SFU-R2005, винты ШВП SFU-R2505 и винты ШВП SFU-R3205, которые наиболее часто применяются в токарных станках типа 1М63Н. Также доступны различные типоразмеры, включая винты ШВП SFU-R1605, винты ШВП SFU-R4005 и винты ШВП SFU-R5010 для различных модификаций станков.
Особое внимание следует уделить подбору соответствующих гаек ШВП 32 мм и гаек ШВП 25 мм, которые должны точно соответствовать параметрам устанавливаемого винта. Для обеспечения надежного крепления рекомендуется использовать качественные опоры ШВП BK и опоры ШВП BF, а также держатели для гаек ШВП. В зависимости от конструктивных особенностей конкретного станка могут потребоваться гайки ШВП SFU или гайки ШВП DFU различных диаметров, включая гайки ШВП 20 мм, гайки ШВП 40 мм и гайки ШВП 50 мм.
Обоснование ремонта vs замены
Принятие решения о целесообразности ремонта продольной ШВП станка 1М63Н или ее полной замены является комплексной задачей, требующей анализа технического состояния, эксплуатационных требований и организационных факторов.
Критерии принятия решения
Основным фактором является степень износа основных компонентов ШВП. При износе дорожек качения винта более 0,2 мм восстановление становится технически сложным и экономически нецелесообразным.
Техническое состояние винта является определяющим фактором, поскольку его восстановление требует наиболее сложных и дорогостоящих операций. При наличии усталостного выкрашивания на площади более 30% поверхности дорожек качения восстановление не рекомендуется.
| Параметр оценки | Ремонт целесообразен | Требует анализа | Замена необходима |
|---|---|---|---|
| Износ дорожек винта | До 0,1 мм | 0,1-0,2 мм | Более 0,2 мм |
| Площадь выкрашивания | До 10% | 10-30% | Более 30% |
| Деформация винта | До 0,05 мм | 0,05-0,15 мм | Более 0,15 мм |
| Остаточный ресурс | Более 5 лет | 2-5 лет | Менее 2 лет |
Факторы, влияющие на решение
Требования к точности станка играют важную роль в принятии решения. Для высокоточных операций может потребоваться замена ШВП даже при относительно небольшом износе, в то время как для обычных токарных работ возможно продление эксплуатации после ремонта.
Доступность запасных частей и сроки поставки также влияют на решение. В случае длительных сроков поставки новой ШВП ремонт может быть предпочтительным вариантом для поддержания производственного процесса.
Оценка технико-экономической эффективности
Коэффициент эффективности ремонта:
Кэф = (Трем × Пст) / (Зрем + Зпрост)
где: Трем - ресурс после ремонта (часы), Пст - производительность станка, Зрем - затраты на ремонт, Зпрост - потери от простоя
Альтернативные решения
В некоторых случаях возможно применение альтернативных решений, таких как частичная модернизация ШВП с заменой только наиболее изношенных компонентов или переход на ШВП более высокого класса точности.
Практический пример принятия решения
Станок 1М63Н с наработкой 12000 моточасов:
- Износ дорожек винта: 0,15 мм
- Локальное выкрашивание: 15% площади
- Радиальное биение: 0,08 мм
- Требования к точности: стандартные
Решение: ремонт с резьбошлифованием винта, изготовлением новой гайки и заменой шариков. Ожидаемый ресурс после ремонта: 8000-10000 моточасов.
Часто задаваемые вопросы
Основными признаками необходимости ремонта являются: увеличение осевого люфта более 0,1 мм, появление неравномерности хода суппорта, увеличение момента прокручивания винта, снижение точности обработки деталей. Для точной диагностики рекомендуется проведение вибродиагностики и измерение основных параметров ШВП.
Замена только шариков возможна при условии, что износ дорожек качения винта и гайки не превышает 0,05 мм, отсутствуют значительные дефекты поверхностей. В этом случае применяются шарики увеличенного диаметра для компенсации износа и восстановления предварительного натяга.
Ресурс восстановленной ШВП зависит от качества выполненного ремонта и составляет 60-80% от ресурса новой передачи. При качественном восстановлении с применением современных технологий упрочнения ресурс может составлять 8000-12000 моточасов для станка 1М63Н при нормальных условиях эксплуатации.
Полноценное восстановление ШВП требует специального оборудования (резьбошлифовальные станки, термические печи) и высокой квалификации исполнителей. Своими силами возможна только замена шариков и регулировка предварительного натяга при наличии соответствующей оснастки и опыта.
Для продления срока службы необходимо: регулярно проводить смазку качественными материалами, обеспечивать защиту от загрязнений, избегать ударных нагрузок, проводить периодическую диагностику состояния, соблюдать режимы эксплуатации согласно техническим требованиям.
Рекомендуется использовать специальные смазки для шарико-винтовых передач на основе литиевого мыла с противоизносными присадками. Температурный диапазон применения должен соответствовать условиям эксплуатации станка. Интервал смазки составляет 500-1000 моточасов в зависимости от условий работы.
При обнаружении люфта необходимо: измерить его величину индикатором, проверить состояние регулировочных элементов, при люфте до 0,1 мм попытаться устранить регулировкой предварительного натяга, при большем люфте провести диагностику для определения необходимости ремонта или замены компонентов.
Установка ШВП более высокого класса точности возможна при условии соответствия посадочных размеров и достаточной жесткости конструкции станка. Это может потребовать модернизации системы крепления и привода, но позволит повысить точность обработки деталей.
Температура существенно влияет на работу ШВП: при повышенной температуре увеличивается тепловое расширение компонентов, что может привести к заеданию или потере предварительного натяга. При пониженной температуре смазка густеет, увеличивается момент трения. Оптимальный диапазон: 15-40°C.
ШВП должны храниться в горизонтальном положении в сухом помещении при температуре 5-25°C, защищенными от пыли и влаги. Винт должен быть смазан консервационной смазкой, гайка зафиксирована от перемещения. При длительном хранении рекомендуется периодическое проворачивание винта для предотвращения коррозии.
