3.1. Основные характеристики шпиндельных опор

Тип опор шпинделя	Нагрузочная способность N/D, кВт/мм	Параметры точности, мкм			Быстроход­ность Dn, мм*мин-1		Жесткость jmax* 104 Н/мм		Демпфирование ξmax, Н • с/мм
		Биение	Шероховатость
Качения	≤ 0,75 ≤ 0,25	≥ 0,5 ≥ 2,0	Rа≥ 0,1 Rа≥ 0,5	2,5*106 4*105		12 250		5,0
Гидростатиче­ские	≤ 0,8	≥ 0,1	Rz≥ 0.05	2,0-106		50		106
Гидродинамические	≤ 0.5	≥ 1,0 (0,5)	Ra≥ 0,05	от 2*104 до 1*106		40		104
Газостатиче­ские	≤ 0,4	≥ 0,05	Rz≥ 0,005	5*106		20		102
Магнитные	≤ 0,5	≥ 0,05	Rz≥ 0,005	3*106		100*		102

*Характеристики могут быть увеличены путем регулирования параметров системы управления опорами.

Примечание. Для опор качения в верхней строке указаны значения параметров прецизионных высокоскоростных шпиндельных шарикоподшипников, в нижней- для остальных.

3. Жесткость (радиальная и осевая), определяемая по деформа­ции шпинделя под нагрузкой; при этом жесткость на переднем конце шпинделя, Н мкм,

j = F/y_, (13.2)

где F — сила, приложенная на переднем конце шпинделя, Н; у — прогиб переднего конца шпинделя, мкм.

Деформация шпиндельных узлов в общем балансе упругих пере­мещений станков доходит до 50 %, а в некоторых типах до 85.%. Единых норм для назначения жесткости, шпиндельных узлов не существует. Исходя из нормальной работы подшипников, жесткость на участке между опорами ограничивают величиной 250—500 Н/мкм (большие значения — для станков повышенной точности), что лими­тирует диаметр шпинделя

d ≥ (13.3)

где l- расстояние между опорами шпинделя.

Иногда ограничивают приведенной величиной жесткость перед­него конца шпинделя станков нормального класса точности.

Возможно также определение жесткости шпинделя, исходя из тре­бований к точности обработки. При этом определяют прогиб y от сил резания и момента привода при соответствующих режимах обработки; он ограничивается допуском на лимитирующий размер детали:

(13.4)

4. Высокие динамические качества (виброустойчивость), которые определяются амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний. Вибрации, возникающие в шпин­дельном узле, отрицательно сказываются на точности и чистоте .об­работки, стойкости инструмента и производительности станка Же­лательно, чтобы собственная частота шпинделя была не ниже 500− 600 Гц.

5. Минимальные тепловыделения, и температурные деформации, шпиндельного узла, так как они влияют как на точность обработки, так и на работоспособность опор. Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников. Норма нагревания установлена только для станков класса Н (допустимый нагрев на наружном кольце подшипника составляет 70 °С), для станков других классов имеются лишь следующие рекомендации:

Класс точности станка . . . . . . . . . . . . . . . . П В А С

Допустимая температур наружного коль­ца, °С . . . 50—55 40 —45 35—40 28—30

6. Долговечность шпиндельных узлов, которая зависит от, долго­вечности опор шпинделя, которая в свою очередь во многом зависит от эффективности системы смазывания, уплотнений, частоты враще­ния, величины предварительного натяга в подшипниках качения и т. д. Долговечность шпиндельных узлов не регламентирована, её определяют по усталости, износу деталей подшипника или потере смазочных свойств масла. Диаметр шейки шпинделя выбирают по критерию жесткости; что обычно обеспечивает долговечность подшип­ников до ч. При применении бесконтактных опор (гидростатических, гидродинамических и аэростатических) долго­вечность теоретически считают неограниченной.

7. Быстрое и точное закрепление инструмента или обрабатывае­мой детали в шпинделе станка; в современных станках требуется ав­томатизация этой операции.

8. Минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуата­цию шпиндельного узла при удовлетворении всех остальных требова­ний.