Шпиндельные узлы металлорежущих станков, конструкция которых, достаточно широко применяется в оборудовании с ЧПУ, показаны на рис. 1.
В передней опоре шпинделя 6 установлены два подшипника: радиальный двухрядный роликоподшипник 1 и упорно-радиальный шарикоподшипник 2. Роликоподшипник 1 воспринимает радиальную нагрузку на шпиндель. Радиальный зазор в подшипнике и предварительный натяг создаются и регулируются гайкой 4. Внутреннее кольцо данного подшипника при осевом смещении перемещается по конусной шейке шпинделя 6 и деформируется в радиальном направлении. Величина натяга (смещения) регулируется шайбой 5. Для съема такого роликоподшипника с конусной поверхности шпинделя производится подача масла под давлением по трубопроводу в осевое отверстие в шпинделе.
Для восприятия осевого усилия в данном шпиндельном узле станка (см. рис. 1) применяется упорно-радиальный подшипник, натяг в котором создается гайкой 4, а величина натяга определяется осевым размером втулки 3. В задней опоре шпиндельного узла применяется двухрядный роликоподшипник, аналогичный вышерассмотренному. Данный вариант конструкции применяется для низко- и среднескоростных шпиндельных узлов металлорежущих станков.
Рис. 1. Пример конструкции шпиндельного узла металлорежущих станков
В дальнейшем подшипники шпиндельного узла будут разрабатываться по двум направлениям: использование гибридных опор с керамическими телами качения и стальными кольцами; уменьшение диаметра шариков в обычных опорах.
К числу основных преимуществ керамических (из нитрида кремния) шариков в гибридных опорах относят на 60% меньшую по сравнению со стальными массу шариков, что ведет к существенному снижению центробежных сил, на 50% больший модуль упругости, увеличивающий жесткость, и минимальный коэффициент трения, снижающий износ и потери на трение, а также на 29% меньшее температурное расширение, что сокращает неконтролируемый предварительный натяг опоры.
Шпиндель станка по металлу
В некоторых станках шпиндель станка по металлу изготавливают из углепластика, в результате чего он примерно в 6 раз легче металлического, а разность температурных деформаций его передней и задней шеек меньше на 20%.
Во фрезерных и многоцелевых станках шпиндель имеет конусное отверстие (конус 7 : 24), куда устанавливается хвостовик оправки, имеющий также конус 7 : 24, выполненный по ГОСТ 25827–93 с режущим инструментом. Перед установкой оправки шпиндель должен иметь строго ориентированное положение, а его посадочное отверстие часто продувается сжатым воздухом для удаления возможных загрязнений. Зажим хвостовика оправки с инструментом в шпинделе производится ее осевым смещением тарельчатыми пружинами с захватом за специальную часть хвостовика оправки лепестковой цангой либо с помощью шарикового захвата. Разжим оправок производится, как правило, гидроцилиндром с поршнем.
В токарных станках с ЧПУ на шпинделе устанавливается патрон для зажима обрабатываемой заготовки, который производится автоматически с помощью гидро- или пневмоцилиндра. Если в качестве заготовки применяется пруток, тогда в шпинделе устанавливаются подающая и зажимная цанги.
