Ремонт шпинделя токарно винторезных станков

Ремонт шпинделя токарно винторезных станков

Особенности ремонта шпинделей

Изготовление нового шпинделя является сложной и дорогостоящей операцией. Однако в тех случаях, когда его ремонт влечет за собой также ремонт или изготовление сопрягающихся с ним деталей, замена изношенного шпинделя новым может оказаться более экономичной. Этот вопрос решают сравнением стоимости ремонтных работ и стоимости изготовления нового шпинделя. В большинстве случаев целесообразнее шпиндели ремонтировать; при этом выбирают наиболее рациональный метод восстановления, например механический способ обработки (способ ремонтных размеров), установку на клей компенсаторов износа (рис. 57), гальваническое покрытие и др.

Ремонт шпинделя механической обработкой. Сущность ремонта механической обработкой заключается в восстановлении геометрической точности изношенной поверхности, например, сопрягаемой с подшипниками (опорами) скольжения. Это осуществляют, снимая с нее минимальный слой металла (притиранием, шлифованием, точением) до удаления следов износа (без сохранения номинальных размеров) и обеспечивая регламентную точность и шероховатость поверхности нового шпинделя. Механическую обработку применяют не только как самостоятельный метод ремонта, но и как вспомогательную операцию при наплавке, металлизации, хромировании и пр.

Механическую обработку со снятием стружки применяют: для восстановления посадок сопрягаемых деталей или устранения отдельных дефектов; нарезания новой ремонтной резьбы (на валах и шпинделе); растачивания или развертывания отверстий в шпинделях под инструмент; доводки рабочих шеек валов и т.д. В ряде случаев восстановление требуемых зазоров у сопряженных деталей связано с необходимостью перевода их на ремонтный размер. При этом более трудоемкая и дорогостоящая деталь доводится до заданного размера механической обработкой, а сопрягаемая с ней изготавливается заново. Такой ремонт сопряженной пары может осуществляться несколько раз. (Критерием повторяемости ремонта является прочность деталей. Ремонтный размер должен задаваться заранее.)

Рис. 57. Схемы ремонта шпинделей токарных (а, в) и сверлильного (б) станков:
1, 2, 3, б, 8, 9 и 10 — компенсационные наделки; 4 и 5 — конические отверстия шпинделя; 7 — штифт; 11 — вставка

К шпинделям предъявляются особо высокие требования, поэтому их посадочные шейки обрабатывают шлифованием, допуская отклонения от соосности и цилиндричности, равные 5 мкм. Таким же требованиям должна соответствовать обработка конической поверхности подшипника. Конические отверстия 4 и 5 шпинделя (рис. 57, а) должны быть концентричны шейкам; допускается биение 0,01 . 0,02 мм на 300 мм длины. Шейки шпинделей под подшипники скольжения (в том числе с осевыми микротрещинами) восстанавливают установкой на клее тонкостенных компенсационных наделок 7, 2, 3, 6, 8, 9, 10 или вставок 11 (рис. 57, б, в). Практика показывает, что такие шпиндели служат дольше, а в ряде случаев и лучше новых, если наделки («рубашки») и вставки (втулки) изготовлены из материалов с более высокими эксплуатационными свойствами. При этом достигается значительная экономия материалов и сокращаются затраты на ремонт.

Для установки компенсационных наделок или вставок с поверхности шпинделя стачивают слой металла с целью посадки соответствующей детали-компенсатора в виде втулки с номинальным размером или увеличенным ремонтным размером восстанавливаемой поверхности (при этом снимаемый слой металла должен быть минимальным — до 10. 15 % номинального диаметра сплошного сечения вала или толщины стенки полого шпинделя).

Для восстановления неподвижной посадки, например поверхности шпинделя под подшипник качения, компенсационная наделка может быть тонкостенной (0,5. 2 мм), а при восстановлении шейки шпинделя под подшипник скольжения ее толщина должна быть не менее 2,5 мм. Компенсационные тонкостенные наделки изготавливают из металла, соответствующего материалу ремонтируемого вала или отвечающего повышенным требованиям. Внутренний диаметр выполняют по месту с зазором 0,05 мм по диаметру (с шероховатостью поверхности Ra 20 мкм), а наружный — с припуском

3. 5 мм. Окончательную обработку ведут при интенсивном охлаждении через 24 ч после установки втулки и отверждения клея.

Компенсационные втулки толщиной 2,5. 3,5 мм и более целесообразно изготавливать из цементируемой стали. Восстанавливаемый диаметр выполняют с припуском 0,3 мм, а диаметр втулки, сопрягаемой с валом, шпинделем или осью, обрабатывают с припуском 3. 4 мм. После цементации с этой поверхности снимают науглероженный слой металла и закаливают втулку до HRC 58. 60. Незакаленную поверхность втулки обрабатывают на токарном станке по размеру подготовленной поверхности вала с зазором по диаметру 0,05 мм (шероховатость поверхности Ra 20 мкм). Закаленную восстанавливаемую поверхность втулки окончательно шлифуют после установки ее на вал и отверждения клея.

Схемы ремонта шпинделей станков установкой на эпоксидном клее компенсационных наделок и вставок показаны на рис. 57. У шпинделя токарного станка компенсационной наделкой 7 восстановлена задняя шейка (см. рис. 57, а) под подшипник качения, наделкой 2 — опорная закаленная поверхность под подшипник скольжения и наделкой 3 — коническая поверхность патрона.

Шейки шпинделя сверлильного станка (см. рис. 57, б) восстановлены тонкостенными (толщиной менее 1 мм) компенсационными наделками 6 и 8 (наделка 6 выполнена из двух полувтулок, по краям которых поставлены на клее по два штифта 7). Так же (см. рис. 57, в) наделкой 9 восстановлена коническая поверхность роликоподшипника серии 3182100 и наделкой 10 — направляющая для патрона. Коническое отверстие шпинделя восстановлено вставкой 11 с закаленным отверстием.

Шпиндели, у которых износ шеек по диаметру составляет 0,01. 0,02 мм, ремонтируют притиркой на токарном станке, выполняемой специальным инструментом — жимком (рис. 58), состоящим из кольца-хомутика 7, зажимного винта 2, разрезной втулки-притира 3 (с разрезом) и рукоятки-державки (на рисунке не показана). Втулку-притир изготавливают из чугуна, меди или бронзы, а отверстие в ней выполняют по размеру обрабатываемой шейки.

Приступая к притирке шейки, накладывают на нее тонким слоем смесь из мелкого наждачного порошка и масла, после чего

и 0,02 мм — на длине 300 мм. Поверхность 4 (см. рис. 57, а) шпинделя может иметь предельно допустимое биение 0,01 мм.

Для предотвращения валов от изгиба и деформации рекомендуется помещать их вертикально в специальные стеллажи-стойки. Лучший способ хранения валов — в подвешенном вертикальном состоянии.

Подготовка полого шпинделя к ремонту механической обработкой заключается в том, что сначала выбирают неизношенные поверхности, принимаемые за базу для выполнения центрования, осуществляемого установкой шпинделя на специальные технологические пробки (рис. 59). Эта операция, весьма ответственная и требующая точного исполнения, создает условия для качественного ремонта. При установке пробок контролируют состояние отверстий на концах шпинделя 5. Их зачищают от забоин, проверяют контрольными пробками на краску (отпечатки краски должны покрывать не менее 70 % площади, контактирующей с пробкой) и при необходимости доводят притиркой, точением или шлифованием. Пробка 3 имеет резьбовую часть, на которую навинчивают гайку (на рисунке не показана); с ее помощью выпрессовывают пробку, не повреждая шпинделя. Пробку 7 выполняют с упорным буртом для упора в торец шпинделя.

Центрирование шпинделя осуществляют в такой последовательности: заготовку 2 разрезной цапфы, зажатой в патроне, растачивают по размеру хвостовика шпинделя, который устанавливают в цапфу (передняя шейка поддерживается люнетом 4); регулируют положение шпинделя с помощью сухарей люнета, контролируя его по индикатору (допуск биения 0,01 мм); окончательно зажимают цапфу и осуществляют центрирование передней пробки; снимают

шпиндель, дополнительно растачивают цапфу по его передней базовой поверхности; вновь устанавливают шпиндель на станок и закрепляют в цапфе, а хвостовик помещают в люнет; дополнительно выверяют шпиндель сухарями люнета и осуществляют центрование второй пробки. Завершают подготовку шпинделя, контролируя точность его установки индикатором. Затем выполняют операции, указанные в технологической маршрутной карте ремонта шпинделя.

Рис. 59. Установка шпинделя на технологические пробки: 1 и 3 — пробки; 2 — заготовка; 4 — люнет; 5 — шпиндель

Ремонт шпинделя хромированием. Хромирование — это электролитическое нанесение хромового покрытия на поверхность металлических изделий. Этот процесс основан на свойстве некоторых металлов под действием электрического тока осаждаться из растворов их солей (электролитов) на поверхностях деталей в виде плотного слоя. Хромирование является трудоемким, дорогостоящим и длительным процессом (для осаждения хрома толщиной 0,1 мм затрачивается от 6 до 16 ч).

Пористое хромирование состоит из двух операций — электролитического осаждения хрома и образования на поверхности покрытия пористости, которая достигается при определенных условиях электролиза. Такими покрытиями восстанавливают изношенные поверхности деталей, в том числе и шпинделей. Хромовое электролитическое покрытие характеризуется высокой твердостью (HRC 64), низким коэффициентом трения и большой сопротивляемостью износу. Повышенная твердость электролитического хрома объясняется искажением кристаллической решетки, вызываемым внутренними напряжениями и внедрением водорода* Выход из строя хромированных деталей чаще всего происходит из-за отслаивания покрытий, что является одним из недостатков; этого способа восстановления. Следует также иметь в виду, что с увеличением толщины слоя хрома прочность покрытия уменьшается (максимально допустимая толщина слоя хрома после шли-J фования для поверхностей скольжения шпинделя не должна превышать: 0,12 мм — при давлении до 50 МПа; 0,05. 0,1 мм — при давлении 50. 200 МПа; 0,03 мм — при давлении, превышающем! 200 МПа, и динамической нагрузке с нагревом).

При восстановлении начальных размеров шпинделей следует! выбирать способ ремонта, одновременно обеспечивающий повышение износостойкости поверхностей.

К отремонтированным шпинделям предъявляют следующий требования:

отклонение от цилиндричности шеек под подшипник не должно превышать: для шпинделей станков точности А и С — 10 % допуска на диаметр шейки; для станков точности П и В — 25 % и станков точности Н — 50 % допуска на диаметр шейки;

при проверке конусного отверстия конусным калибром длина неокрашенных мест не должна превышать 5 мм по окружности^ Нанесенные на калибр через 90 ° четыре продольные риски должны равномерно растираться, неокрашенные места не должны превышать 3 мм. Торец шпинделя должен находиться в пределах двух рисок на конусном калибре;

уменьшение диаметра основных поверхностей шпинделя при протачивании и перешлифовке допускается в пределах 5 %, а уменьшение диаметра резьбы — до следующего меньшего стандартного размера;

нежелательно увеличение размеров шпоночного паза; шпиндель должен вращаться от руки без люфтов и заедания; при вертикальном расположении шпинделя его ось должна быть перпендикулярна поверхности стола.

В табл. 21 приведен маршрутный технологический процесс ремонта шпинделя станков моделей 3A15I, ЗА 161.

Маршрутный технологический процесс ремонта шпинделя станков моделей ЗА151, ЗА161

Для ремонта шпинделя необходимы следующие оборудование, приспособления и инструменты: токарно-винторезный станок; круглошлифовальный станок; резец 2130-0313, ВК6, ГОСТ 18884—73; резец 2112-0035, Т15К6, ГОСТ 18871-73; резец 2102-0079, Т15К6, ГОСТ 18877-73; шлифовальный круг ПВ 25Х20Х6-64С-25-12-СМ2-С2-7К; шлифовальный круг ПП 600Х160Х305-24А-40-25-СМ2-7К, ГОСТ 2424—83; патрон ГОСТ 2675—80; люнет; центры ГОСТ 13214-75; хомутик ГОСТ 16488-70; штатив ШМ-ПН-8, ГОСТ 10197—70; микрометр МК, ГОСТ 6507—78; образцы шероховатости поверхности, набор № 1; штангенциркуль ШЦ-11; шаблон; индикатор И402 кл. 0; лазурь железная.

Источник

Шпиндель токарного станка

Шпиндель – составная часть токарного станка, играющая важнейшую роль в процессе обработки заготовок. Он выполнен в виде вала с проделанным отверстием в виде конуса, предназначенного для установки инструментов. Шпиндель токарного станка изготавливается из высокопрочной стали, что необходимо для безопасной эксплуатации станка, долговечности детали и высокой точности выполняемых работ. Он считается главным элементом станка, так как остальные узлы и детали предназначены для обеспечения его работы.

Устройство

Шпиндель представляет собой стальной вал, впереди которого установлено крепление для рабочего инструмента. В классическом образе шпиндель установлен на высокоточных подшипниках качения. Для обеспечения необходимой точности работы в процессе эксплуатации на опоре шпинделя установлено специальное кольцо. Регулировка кольца происходит с помощью регулировочной гайки, Затягивание которой смещает гайку по шпинделю, что обеспечивает устранение образовавшихся в процессе работы зазоров

Конструкция шпинделя зависит от множества факторов, обычно от сферы назначения, типа и устройства станка, размеров и скорости работы. Раньше основой этого узла выступали подшипники, отклонение на которых достигало 1 мкм. На сегодняшний день требования к шпинделям усилились, поэтому современные образцы изготавливаются с применением магнитных или воздушных опор. Подобное решение позволяет добиться минимального отклонения, не превышающего 0,2 мкм.

Для более высокой точности, при которой погрешность обработки ниже 0,03 мкм, применяется особый способ привода. Шпиндель приводиться в движение и разгоняется с помощью маховика, но работы выполняется после отключения маховика и работе шпинделя за счет инерции.

Конструкция узла должна соответствовать следующим требованиям:

1. Точность. Подбирается исходя из модели станка, обрабатываемого материала и технологических требований.
2. Быстроходность. Разные типы шпинделей вращаются на разных скоростях, чем быстрее скорость обработки заготовки, тем выше качество выполненной работы.
3. Жесткость. Определяется соотношением величины прогиба шпинделя и уровня радиального биения. Чем данный показатель ниже, тем выше качество работы.
4. Долговечность. Срок эксплуатации узла, в первую очередь, зависит от качества используемого подшипника.
5. Виброустойчивость. Шпиндель должен быть толерантным к вибрации к внешней вибрации станка, что обеспечивает высокую точность работы инструмента.
6. Допустимый нагрев. Определяется максимальной температурой нагрева узла, при котором не изменяются эксплуатационные характеристики шпинделя.
7. Несущая способность. Характеризует рекомендуемые вес и размеры рабочего инструмента.

Обычно шпиндель не рассматривается как отдельная конструкция. Чаще всего рассматривается весь комплекс токарно-винторезного станка, включающий электродвигатель, привод, переднюю бабку и шпиндель. Электродвигатель можно менять, использовать даже силовые установки, работающие от постоянного тока. Главное, чтобы все составные части соответствовали электрической схеме станка.

Назначение шпинделя

Основным назначением шпиндельной бабки является фиксация рабочих инструментов (сверл, разверток, метчиков и других деталей). Обычно в конструкции используется вращающийся шпиндель, который применяется для снятия стружки, вырезания пазов и придания формы заготовкам. Через него происходит передача крутящего момента з электродвигателя на деталь, а также изоляция рабочего инструмента от вибрационных нагрузок, который принимает на себя подшипник. Фиксация инструмента происходит с помощью зажимного патрона, установленного на конце шпинделя.

Сборка и ремонт

Изначально настройка и сборка шпиндельной бабки производиться в заводских условиях, поэтому вмешиваться конструкцию узла не нужно. Все работы выполняют согласно ремонтной документации узла бабки шпиндельной. Дополнительную регулировку можно проводить после определенного срока эксплуатации, когда заметно ухудшение точности. Настройка проводится с помощью регулировочной шайбы.

На срок эксплуатации сильно влияет система электроторможения, схема устройства и настройки которой предоставляется производителем.

Ремонт шпинделя должен выполняться квалифицированным мастером, его сложность зависит от типа износа:

1. Износ шейки. Во время эксплуатации шейка покрывается большим количеством задирок. Избавиться от них можно проточив шейку, с последующей шлифовкой и полировкой. Полировку можно выполнять мелкой наждачной или пастой ГОИ. При работе со шлифовальной машиной нужно смазывать деталь маслом.

Главное, чтобы после ремонта не уменьшился диаметр шейки, если достичь того невозможно, шейка обтачивается и на нее надевается посадочная втулка из стали той же марки.

1. Износ конуса. Наиболее часто встречающаяся проблема, которая возникает из-за небрежного обращения со станком. Износ происходит из-за провертывания хвостовика инструмента и забивания металлической пылью. Степень износа определяется с помощью калибра. На него наносят несколько полосок мелом, вставляют калибр в конус, и по стертому мелу определяют проблемные места. Перед проверкой конус обязательно чистится и шлифуется. В случае обнаружения проблем, конус пришлифовывается или растачивается.
2. Износ посадочного места. Посадочное место часто ослабляется в местах установки подшипников. Для исправления проблемы его хромируют или металлизирует. В некоторых случаях можно установить кольцо и обточить его до необходимого диаметра.
3. Износ шпоночных пазов. Шпоночный паз обычно подгоняется под необходимую шпонку. В некоторых случаях нарезается новый паз в другом месте.
4. Износ подшипников. В случае сильного износа подшипников лучше всего полностью их изменить, так как выполнять самостоятельный ремонт без специального инструмента невозможно. При использовании подшипников скольжения есть возможность постепенной регулировки зазоров, что значительно увеличивает срок эксплуатации.

Качественная шпиндельная бабка токарного станка при правильной эксплуатации и уходе будет качественно выполнять свою работу весь эксплуатационный срок. Главное, периодически проверять износ узла и точность обработки заготовок.

Источник