Привод вращения шпинделя

Привод вращения шпинделя – ответственный элемент ШУ, так как является основным источником возмущающих воздействий, кото­рые оказывают доминирующее влияние на амплитуду относительных колебаний инструмента и заготовки. Поэтому к приво­ду вращения предъявляют два требования: он должен передавать крутящий момент во всем установленном диапазоне режимов нагружения и при этом обеспечивать минимальные виброперемещения переднего конца шпинделя.

При проектировании ШУ можно пользоваться сравнительными характеристиками приводов различных типов, приведенными в табл. 7.

Приводные элементы, например зубчатые колеса, должны располагаться на шпинделе возможно ближе к опорам.

Зубчатая передача передает практически неограниченный крутящий момент. В ней возникают большие радиальные силы, ее применя­ет до скорости 15…20 м/с в станках классов точности Н и П (редко В), она является весьма сильным источником колебаний и шума. При использовании косозубых колес скорость может достигать до 25 м/с. Допустима и более высокая скорость колес (до 30 м/с), но тогда должны быть повышены требования к точности зубчатой передачи и ее опорам, что ведет к удорожанию конструкции.

Ременные передачи часто применяют в приводах ШУ, что обусловлено их надежностью, большими передаваемыми крутящими моментами, высокими окружными скоростями (до 40 м/с), а также способностью в определенной степени демпфировать возмущающие воздействия двигателя вследствие податливости ременной передачи и возможности проскальзывания. Однако эти возмущения демпфируются не полностью, особенно на высоких частотах вращения, а в некоторых случаях ременная передача сама является источником возбуждений. Даже клиноременная передача допускает = 6000 мин-1, а высококачественный плоский ремень - до 30 000 мин-1 (скорость до 100 м/с).

Таблица 7

Сравнительные точностные характеристики приводов вращения шпинделя

Зубчатый ремень способен передавать большие мощности при высокой скорости. Наименьшими размерами отличаются передачи с поликлиновым и зубчатым ремнями.

Однако у ременной передачи по сравнению с зубчатой больше размеры и более сложная конструкция, так как необходимо устройство для натяжения ремня, и, чтобы разгрузить шпиндель от силы натяжения и силы тя­жести шкива, последний нередко устанавливают на самостоятельные опоры (разгруженная конструкция шкива). Для смены ремня шкив приходится устанавливать на консоль, что также является недостатком. Ремни менее долговечны и менее удоб­ны в эксплуатации.

Наиболее существенное влияние на точность ШУ оказывает тип ремня (см. табл. 7).

На амплитуды колебаний переднего конца шпинделя влияют качество ремней (разнотолщинность, неоднородность структуры, ошиб­ки по шагу для зубчатых ремней и т.д.), а также точность изготовле­ния шкивов и натяжных роликов. Капроновые ремни, имеющие более высокую точность, чем прорезиненные, лучше обеспечивают точностные характеристики шпинделя.

Установка шкива на отдельную опору разгружает шпиндель от радиальной нагрузки под шкивом. Однако отклонение от соосности в шлицевом соединении, передающем крутящий момент со шкива на шпиндель, и рост амплитуд колебаний на высоких частотах, вызванный тем, что шпиндель полу­чает дополнительные возмущения через корпус шпиндельной бабки от подшипников качения, отрицательно сказываются на точности работы. В связи с этим для привода прецизионных ШУ следует применять шкивы, закрепленные непосредственно на шпинделе, либо передавать вращение шпинделю через упругую муфту специальной кон­струкции.

Муфты различной конструкции, применяемые в приводах, пере­дают на шпиндель крутящий момент, не создавая при этом попереч­ных сил, что улучшает выходные параметры точности ШУ. Однако почти все муфты (кроме гидроста­тических) передают ограниченный крутящий момент (не более 10…20 Н×м). Ограничены и частоты их вращения (не более 2000…3000 мин-1).

При проектировании приводов главного движения станков желательно обеспечивать постоянство передаваемой мощности по всему диапазону регулирования частоты вращения шпинделя.

Однако, в этом случае крутящий момент в приводе , определяющий размеры всех элементов привода, будет наи­большим при , что приводит к увеличению габаритных размеров и стоимости привода. Кроме того, большое число статистических данных по обследованию фактической загрузки станков общего назначения показывает, что в нижней четверти диапазона регулирования полная мощность не используется. Поэтому для станков общего назначения целесообразно применять привод с комбинированным регулированием, когда до условной расчетной частоты