Замена подшипников шпинделя

Одним из наиболее важных составных частей любого скоростного шпинделя является система подшипников. Шпиндель, для его правильной и слаженной работы, должен характеризоваться высокими скоростями вращения, иметь нужный вращающий момент и мощность к фрезерному инструменту, обладать отличительной нагрузочной способностью и длительным сроком службы. Подшипники должны удовлетворять всем этим условиям.
Перед началом замены подшипников необходимо выявить, какой именно тип установлен в шпинделе, их номинальное количество, конфигурация и тип смазки. Также, если замена происходит вследствие их неисправности или выхода из строя, важно установить правильную причину, чтобы в дальнейшем избежать ее повторения.

Типы подшипников – роликовые, роликовые конические и шариковые подшипники с угловым контактом.

Роликоподшипники наиболее часто применяются в составе шпинделей с высокими скоростями вращения, так как обеспечивают высокоточную работу, нагрузочную способность и дают необходимую скорость для фрезерования металлов. В редких случаях их применение обусловлено высокой нагрузочной способностью и жёсткостью. Тело подшипников состоит из множества шариков, инсталлированных в прецизионные кольца. Они имеют радиальную и осевую нагрузочную способность.

Конические роликоподшипники используют в опорах, работающих с относительно небольшими частотами вращения и принимающих серьезные комбинированные нагрузки.

Шариковые подшипники с угловым контактом актуальны только для осевой нагрузки. Ширина кольца создает величину предварительного натяга, с помощью которого нет необходимости в правильной координации натяга в процессе монтажа шпиндельного узла, тем самым повышается стабильность натяга и ресурс подшипника.

Критерии выбора подшипников зависят от вида шпинделя и определяются всевозможными факторами. К примеру, шпиндель, эксплуатируемый для работы с максимальной скоростью вращения, не может обладать высокой жёсткостью; или, наоборот, шпиндель с предельной жёсткостью не вращается на максимальных оборотах без значительного уменьшения срока службы подшипников. Таким образом, производитель шпиндельного устройства обязан выбрать наиболее удовлетворяемое компромиссное решение.

Для программирования требуемой нагрузочной способности шпинделя подшипники устанавливают в различных конфигурациях. Это позволяет распределить нагрузку и увеличить общую жёсткость шпинделя.

Существует несколько видов установки подшипников:

- «О» – конфигурация. Эта конфигурация гарантирует предельную точность и жёсткость шпинделя. При ней максимальные скорости несколько уменьшаются, но обеспечивается равномерная жёсткость шпинделя в обоих направлениях. Типичным применением данной установки является сверление.

- «О-Тандем» – конфигурация. Применяется преимущественно в массивных шпиндельных устройствах и для обеспечения высоких вращающих моментов при снятии емких слоев материала и использовании длинных инструментов.

- «Тандем» – конфигурация с преднатягом задних подшипников. Как правило, используется для высокоскоростных шпинделей. Является стандартной составляющей для шпинделей малых и средних типов. Позволяет нагнетать максимально возможные скорости вращения. Подшипники фиксируются шпиндельным валом и самим телом шпинделя. Стабильность первоначального натяга задних подшипников обеспечивается пружиной.

Важное значение для длительного срока эксплуатации подшипников имеет их своевременная смазка. Смазка должна образовывать микроскопическую защитную плёнку между рабочими деталями для предотвращения абразивного износа и коррозии.

Методы смазки подшипников:

- Перманентная смазка

Является наиболее простым видом смазки. Данная смазка заполняет зону между шариками и кольцами подшипника, и не меняется за весь срок эксплуатации. Преимущества: минимальная стоимость и затраты на техобслуживание. Однако, имеет место ряд ограничений: при нагнетании скорости вращения увеличивается температура, которая негативно влияет на защитные свойства смазки. Но увеличение количества смазочного материала не улучит положение. Перегретая смазка может дать обильную пену и прийти в негодность. После ввода смазки необходимо время приработки для распределения смазки внутри подшипника. При смене подшипников новая смазка тщательно вводится внутрь подшипника, чтобы предотвратить загрязнения, которые могут привести к быстрому разрушению подшипника.

- Воздушно-масляная смазка

Во многих случаях, когда требуются высокие скорости вращения, перманентная смазка недостаточна. Поэтому наиболее действенной смазкой в данном случае является воздушно-масляная, которая под давлением подается в специальный механический смеситель, откуда по трубкам поступает к подшипникам шпинделя.

Таким образом, особое внимание при конструировании шпинделя уделяется подшипникам. В ряде случаев высокоскоростные шпиндели работают на максимально возможных скоростях и исчерпывают скоростной лимит подшипников для обеспечения максимальной производительности. Для последней характерно использование прецизионных подшипников в комбинации с системой воздушно-масляной смазки. Этот вид смазки не только позволяет существенно увеличить скорость вращения, но и одновременно охлаждает и очищает подшипники. На порядок увеличенный преднатяг и установка дополнительной системы подшипников пропорционально увеличивает жесткость, но, как правило, снижает скорость. Для обеспечения безотказной работы необходимо регулярное техническое обслуживание, так как это напрямую влияет на срок жизни подшипников и шпинделя в целом. Замена подшипников в шпинделе - это сложный процесс, который лучше доверить профессионалам.