Расчет шпиндельного узла на жесткость. Методы повышения жесткости. Регулировка зазора и предварительный натяг подшипников качения.

На жесткость рассчитывают шпиндельные узлы всех типов. При этом определяют упругое перемещение шпинделя в сечении его переднего, конца, для которого производится стандартная проверка шпиндельного узла на жесткость. Это перемещение принимают в качестве упругого перемещения переднего конца шпинделя.

В перемещении учитывают только деформации тела шпинделя и его опор. Собственные деформации обрабатываемой детали, режущего инструмента, конического или другого соединения инструмента со шпинделем определяют дополнительными расчетами, не относящимися к расчету шпиндельного узла на жесткость.

Находят радиальную и осевую жесткость. При расчете радиальной жесткости все силы приводят к двум взаимно перпендикулярным плоскостям Y и Z, проходящим через ось шпинделя. Вычисляют радиальное перемещение его переднего конца в этих плоскостях, а затем суммарное перемещение.

Необходимо учитывать существенное влияние осевой опоры на перемещение переднего конца, что является следствием защемляющего (реактивного) момента, возникающего в осевой опоре и противоположного по знаку моменту нагрузки. Дополнительное радиальное перемещение представляет собой сдвиг переднего конца под действием силы, возникающей как следствие защемляющего момента.

Смещение переднего конца шпинделя зависит не только от его размеров, жесткости опор, нагрузок, но и от схемы нагружения.

Схема 1. Приводной элемент шпинделя расположен между его опорами. Эта схема типична для токарных и фрезерных станков, а также для многоцелевых станков с ЧПУ.

Схема 2. Приводной элемент расположен на задней консоли на расстоянии с от задней опоры,Этот случай характерен для внутришлифовальных и отделочно-расточных головок.

Схема 3. Шпиндель не нагружен силами от привода, на него действует только сила резания Р. Такие шпиндельные узлы часто применяют в прецизионных станках.

Выбор способа создания предварительного натяга подшипников. Для повышения жесткости опоры к ней прикладывают предварительную нагрузку, с помощью которой устраняют зазоры в подшипниках и создают в них предварительный натяг. Последний может быть жестким и мягким. Жесткий натяг получается в результате жесткой фиксации колец подшипника друг относительно друга, для чего сошлифовывают торец одного кольца и смещают его в осевом направлении, устанавливают втулки различной длины между наружными и внутренними кольцами или используют особенности конструкции подшипника. По мере изнашивания подшипников жесткий натяг снижается. Мягкий натяг создается пружиной, обеспечивающей постоянство осевой нагрузки. В станках, работающих в широком диапазоне нагрузок, применяют системы автоматического регулирования натяга, обеспечивающие заданную жесткость шпиндельного узла при сохранении долговечности подшипников.