Подшипники шпинделя – важнейшая его составляющая, которая обеспечивает скоростное вращение вала с закреплённым на нём инструментом и позволяет вести обработку металлов без биения с высокой точностью резания. Шпиндельные подшипники применяются на токарных, фрезерных, сверлильных и других металло- и деревообрабатывающих станках.

Для бесперебойного процесса обработки металлов и древесины резанием подшипник шпинделя должен соответствовать следующим критериям:

• Обладать высокой износоустойчивостью.
• Быть кинематически точным.
• Обладать способностью воспринимать большие нагрузки как в осевом, так и в радиальном положении.
• Работать на больших оборотах и скоростях.

При проектировании станочных шпинделей наибольшее распространение и признание получили шариковые радиально-упорные подшипники. Они являются наиболее высокоточными, имеют небольшой момент трения, способны выдержать большие нагрузки и обеспечить высокую скорость при обработке металлов или древесины резанием.

Один подшипник такого вида может выдерживать нагрузку только в одном осевом направлении. Поэтому для увеличения нагрузочной способности подшипники устанавливают комплектом по несколько штук в одном направлении.

Такой вид расположения имеет название DT (тандем) и является наиболее широко применяемым для установки подшипников на валу шпинделя. Для того, чтобы шпиндель воспринимал нагрузки не только в осевом, но и в радиальном направлении, пара подшипников должна располагаться на обоих концах вала, причём комплекты подшипников обязательно должны быть направлены в разные стороны. А для силовых шпинделей, с целью достижения максимальной нагрузки, допустимо применение комплекта из трех или четырёх радиально-упорных подшипников.

Характеристика шпиндельных подшипников

Технические характеристики подшипников для шпинделей станков – это основные параметры, по которым можно судить о сфере применения и условиях работы того или иного подшипника, сравнивать их друг с другом, для выбора оптимального варианта. Эти параметры подшипников являются стандартизованными и указываются производителем.

К основным техническим параметрам подшипников относятся:

• Размеры и масса (наружный диаметр, посадочный диаметр подшипника, ширина).
• Максимальная статическая и динамическая нагрузка. Статическая нагрузка – радиальная нагрузка, при которой подшипник способен деформироваться. А динамическая – постоянная осевая нагрузка, которую подшипник способен выдержать в течение своего базового ресурса.
• Долговечность. Это реальный ресурс подшипника до появления признаков износа. Данный параметр зависит от влияния множества факторов: высоких нагрузок, температурного режима, чистоты смазочного вещества и наличия в нем различных присадок, действующей силы трения на подшипник.
• Класс точности. Для шпинделей станков используются радиально -упорные подшипники только высокого и прецизионного класса точности. Так как этот критерий влияет на точность установки инструмента, плавность работы, скорость вращения.
• Материал подшипника и тел качения (сталь, керамика или полимер). Материал, из которого изготовлен подшипник, влияет на его долговечность, работоспособность, возможность принимать высокие нагрузки.
• Скорость вращения подшипника (предельное значение – при котором он не разрушается, номинальное – при котором он не перегревается). Этот критерий зависит от действующей на него нагрузки и вязкости смазочного вещества.
• Рабочая температура. Зависит от конструкции подшипника, от его силы трения, условий работы и нагрузки. При перегреве подшипника снижается скорость работы самого шпинделя.

Эти параметры зависят только от конструкции самого подшипника и его размеров и влияют на срок службы и эксплуатации подшипника.

Гибридные подшипники и их преимущества

Сегодня большое распространение и применение на производстве получили подшипники с керамическими телами качения, вместо обычных стальных. Такие подшипники называются гибридными.

Основное достоинство и отличие гибридных подшипников – это шарики, изготовленные из нитрида кремния (Si3N4), благодаря которым гибридные подшипники имеют возможность работать при более низких температурах, нежели подшипники со стальными телами качения. Они обладают более высокой жесткостью, что позволяет им быть менее восприимчивыми к вибрациям.

Помимо этого, в сравнении со стальными, гибридные подшипники с керамическими телами качения имеют еще ряд преимуществ:

• способны обеспечить работу на более высоких скоростях вращения;
• более долговечны;
• обладают высокой термостойкостью;
• устойчивость керамики к электрическому току;
• высокая надёжность и срок службы.

Покупая шариковые радиально-упорные подшипники для шпинделя необходимо тщательно изучить все его характеристики и сопоставить с условиями работы. Обязательно нужно помнить, что допустимая скорость работы шпинделя напрямую зависит от конструкции, размеров, точности и материалов, из которых изготовлен подшипник.

При выборе подшипника также важно обратить внимание на угол контакта, который определяет соотношение осевой и радиальной нагрузки. Прослеживается чёткая закономерность: чем больше радиальная нагрузка, тем меньше угол контакта, с увеличением угла контакта возрастает и осевая нагрузка. Самыми широко используемыми считаются углы контакта: 12°, 15°, 25°.

Сегодня все большей популярностью пользуются шпиндельные радиально-упорные подшипники зарубежных производителей. Например, фирмы MOCHU, которая представляет большой ассортимент типоразмеров подшипников с двойными уплотнителями DTA, отличающиеся высокой точностью и скоростью работы.