Підшипники для шпинделя фрезерного верстата ЧПУ

Які підшипники стоять у шпинделі

Вал електрошпинделя обертається на радіально-упорних кулькових підшипниках. Доріжки кочення в них зміщені так, що кулька торкається кілець під кутом до осі, тому один підшипник сприймає і радіальне, і осьове навантаження, але осьове лише в один бік. Щоб вал тримався в обох напрямках, підшипники ставлять парами або групами по 3 і 4 штуки, розвернутими потрібним чином.

У шпинделях фрезерних верстатів ЧПУ застосовують підшипники серії 70xx. У шпинделях з корпусом 80 мм спереду, ближче до цанги, стоять більші 7004 або 7005, ззаду 7002. Наприклад, у шпинделях 2.2 кВт з корпусом 80 мм стоять дуплекс 7005 P4 спереду і дуплекс 7002 P4 ззаду. Під час ремонту підшипник добирають за маркуванням і розмірами старого, а не за потужністю шпинделя.

Радіальні кулькові підшипники 608 і 6000 влаштовані простіше: у них немає кута контакту, вони розраховані на радіальне навантаження і невелике осьове. Їх ставлять у вузли верстата, де немає високих обертів і великих осьових сил: ролики, натягувачі, опори пристосувань.

Розшифровка маркування

У китайських виробників шпиндельних підшипників маркування будується за однією схемою. Розберемо її на прикладі H7005C-2RZ/P4 DT.

Літера C у маркуванні шпиндельного підшипника позначає кут контакту, а не кераміку. Керамічні кульки позначають суфіксом HQ1 або приставкою HC. Кут 15° дає вищу жорсткість у радіальному напрямку і більші допустимі оберти, кут 25° тримає більше осьове навантаження.

Розміри серії 70xx стандартні: 7002 має розмір 15 x 32 x 9 мм, 7003 має розмір 17 x 35 x 10 мм, 7004 має розмір 20 x 42 x 12 мм, 7005 має розмір 25 x 47 x 12 мм. У дуплексу ширина пари у 2 рази більша за ширину одного підшипника.

Класи точності P5, P4 і P2

Клас точності задає допуски на розміри кілець і на їхнє биття. Що вищий клас, то менше биття вала і то рівніше навантаження на кульки на високих обертах.

Для шпинделів фрезерних верстатів ЧПУ основний клас P4. Клас P2 помітно дорожчий, а виграш у битті в такому шпинделі губиться на цанзі та гайці. Підшипник P4 відомого європейського чи японського бренду і китайський підшипник P4 виготовлені за одними допусками, а в ціну відомого бренду входить і вартість імені.

Схеми встановлення DB, DF і DT

У схемі DB лінії контакту розходяться від осі, і відстань між точками опори на валу більша за ширину пари. Тому пара DB краще тримає згинальний момент від сили різання і частіше за інші застосовується в передній опорі. У схемі DF лінії контакту сходяться, точки опори поруч, пара легше підлаштовується під перекіс вала, але гірше тримає момент. Пара DT сприймає осьову силу лише в одному напрямку, тому в шпинделі її завжди доповнюють підшипниками, розвернутими у зворотний бік.

У підібраної пари на зовнішніх кільцях нанесена спільна риска у формі V. За правилом SKF вершина V вказує напрямок, у якому осьове навантаження діє на внутрішнє кільце. Під час складання підшипники ставлять так, щоб риска складалася в одну літеру.

Преднатяг

Преднатяг прибирає зазор у підшипнику: кульки притиснуті до доріжок ще до навантаження. Без нього вал під силою різання зміщується на величину зазору, кульки прослизають, і підшипник зношується швидше. Що сильніший преднатяг, то жорсткіша опора, але то більший нагрів і нижчі допустимі оберти. Для високообертових шпинделів фрезерних верстатів вибирають легкий преднатяг.

У дуплексів преднатяг задано на заводі: торці кілець підібраної пари зішліфовані так, що під час затягування гайки до упору виходить потрібна сила. Тому підшипники з різних пар між собою не змішують, а зношену пару міняють цілком. Якщо між підшипниками стоять дистанційні кільця, їхня довжина теж впливає на преднатяг, і кільця ставлять на свої місця.

Гібридні підшипники з керамічними кульками

У гібридному підшипнику кільця сталеві, а кульки з нітриду кремнію Si3N4. Густина нітриду кремнію 3.2 г/см³ проти 7.8 г/см³ у підшипникової сталі, тобто кулька у 2.4 раза легша, і в стільки ж разів менша відцентрова сила, яка на високих обертах притискає кульки до зовнішнього кільця. Модуль пружності кераміки 310 ГПа, це в 1.5 раза більше, ніж у сталі, а теплове розширення в 4 рази менше, тому преднатяг менше змінюється під час нагрівання.

Кераміка не проводить струм, і через такий підшипник не замикаються струми, які частотник наводить на вал. За каталогом одного з виробників граничні оберти на консистентному мастилі в H7005C становлять 43000 об/хв зі сталевими кульками і 48000 об/хв з керамічними. Для шпинделя на 24000 об/хв сталеві підшипники P4 теж підходять, кераміка подовжує термін служби під час тривалої роботи на високих обертах.

Ознаки зносу

• Змінився шум: з’явилися гул, шарудіння або свист, яких не було на тих самих обертах раніше.
• Передня частина корпусу гріється сильніше за задню і сильніше, ніж раніше під час тієї самої роботи.
• Індикатор, упертий у конус вала, показує збільшене биття під час обертання вала рукою.
• Вал відчутно зміщується, якщо штовхати й тягнути його вздовж осі з індикатором на торці.
• На стінках паза й на поверхні з’явилися сліди вібрації, які не зникають після заміни цанги.

Якщо після чищення конуса і заміни цанги биття залишилося, причина в підшипниках. Зношену пару міняють одразу: у зруйнованому підшипнику сепаратор може заклинити вал, а перегрів передається обмотці.

Заміна та обкатка

Перед розбиранням записують, які підшипники стоять спереду і ззаду, як розвернута кожна пара і де стоять дистанційні кільця. Старі підшипники знімають знімачем. Підшипник, знятий із зусиллям через кульки, повторно не ставлять. Посадкові місця вала і корпусу очищають та оглядають на задири.

Новий підшипник напресовують лише через те кільце, яке сідає з натягом, на вал через внутрішнє кільце. Зусилля через кульки залишає на доріжках вм’ятини, і такий підшипник шумить з першого запуску. Закриті підшипники з мастилом, за рекомендацією SKF, нагрівають для посадки не вище 80 °C. Пари ставлять за рискою V у тій самій орієнтації, у якій стояли старі, гайку затягують до упору і перевіряють биття конуса індикатором.

Після складання шпиндель обкатують ступенями, як після тривалого зберігання, і стежать за температурою передньої опори. Переходять на наступний ступінь, коли температура перестала зростати. Якщо вона підійшла до межі, шпиндель зупиняють, дають охолонути і повторюють той самий ступінь.

Мастило

Підшипники з ущільненнями 2RZ постачаються заповненими мастилом на весь термін служби, під час встановлення мастило не додають і ущільнення не знімають. Відкриті підшипники змащують спеціальним високошвидкісним мастилом для шпиндельних підшипників. SKF рекомендує для високошвидкісних прецизійних підшипників заповнювати мастилом менше 30% вільного об’єму: зайве мастило перемішується кульками і нагріває підшипник. Мастила з різними загущувачами не змішують, старе мастило перед заміною вимивають.

Типові помилки під час ремонту

• Підшипники ставлять за діаметром, не звіривши кут контакту і клас точності зі старими.
• Міняють один підшипник із пари або збирають пару з підшипників різних комплектів.
• Розвертають пару не тим боком, і DB перетворюється на DF.
• Напресовують підшипник через зовнішнє кільце або б’ють молотком по кільцях.
• Додають мастило в закритий підшипник 2RZ або набивають відкритий підшипник мастилом повністю.
• Одразу після складання запускають шпиндель на максимальних обертах без обкатки.