Текст
< > МмМсгврет»
етаикоеЛ-рри^ейьной й цт ментальной Ши. А
ЭНСПЕР1ИЕНТЛЛМ НЛТЧН0-ИССЛЕД08АТЕЛьСКИЙ
ИНСТИШ МЕТШОРЕЖШХ СТАНКОВ
Москва 1971
Министерство станкостроительной и инструментальной
промышленности СССР
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Э Н И М С
Отдел технологических исследований
Утверждаю
Заместитель директора
В.С.БЕЛОВ
25 октября 1971 г.
ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ
ВЫСОКОТОЧНЫХ СТАНКОВ
Руководящие материалы
“Библиотека Машиностроителя”
www.lib-bkm.ru
Отдел научно-технической информации
Москва
1971
УДК 621.9.06-187.4-233.1.002.2
Технология изготовления шпин-
делей высокоточных станков.
Руководящие материалы.
Трембовлер Н.М. М., ЭНИМС,
1971.
В руководящих материалах приведены рекомендации по тех-
нологии изготовления шпинделей высокоточных станков средних
размеров с некруглостью подшипниковых шеек в пределах 0,5мкм
и чистотой поверхности II-12-го класса.
Руководящие материалы разработаны на основе исследо-
вания, выполненного в отделе технологических исследований
ЭНИМСа.
Работа предназначена для работников станкостроительных
заводов и проектных организаций.
Рисунков 5, таблиц 5.
“Библиотека Машиностроителя”
www.lib-bkm.ru
ХАРАКТЕРИСТИКА ШПИНДЕЛЕЙ ВЫСОКОТОЧНЫХ
СТАНКОВ
Особенность шпинделей высокоточных станков - очень вы-
сокая точность размеров, формы и взаимного расположения
подшипниковых шеек, базовых торцов и конусного отверстия.
Такая высокая точность определяется требованиями, предъяв-
ляемыми к шпиндельному узлу, смонтированному на станке.
Представление об этих требованиях дает табл.1, в которой
приведены выборочные данные норм точности на шпиндельные
узлы, предусмотренные ГОСТом.
В табл.2 приведены данные о практически применяемых
точностях шпинделей ряда высокоточных станков, выпускаемых
отечественными заводами. Из таблицы видно, что точность
шпинделей таких станков характеризуется следующими данными:
диаметр подшипниковых веек 2, I-й и выше 1-го класса, не-
круглость веек О,3-1,0 мкм, взаимное биение ответственных
поверхностей 1,0-2,0 мкм, чистота поверхности 10-12-й класс.
Учитывая требования повывения ресурса точности станков, же-
лательно чтобы исполнительная точность шпинделей была выше
указанной в таблице.
Шпиндели высокоточных станков применяются по длине в
пределах 1000 мм, по диаметру наибольшей ступени (кроме
фланца) в пределах 100 мм. По конфигурации такие шпиндели
разделяются на сплошные и полые, с фланцем и без фланца.
3
Таблица I
Нории точности на металлорежущие станки
Наименование проверки Класс точности станков Допуск в зависимости от типа станка» мкм
круглошлифо- вальные станки (ГОСТ 11654-65) токарные и . токарно-вин- торезные (проект ГОСТа) зубошлифо- вальные, рабо- тавшие абра- зивным чер- (Г0СТЛЗО86-67] зубошлифовальнне для цилиндриче- ских колес,рабо- тавшие по методу обкатки при еди- ничном делении (ГОСТ 13150-67)
Радиальное биение ори отверс- ЗПИНДОЖЯв а) у торца анидом В а)2,5 6)4,0 а)5,0 6)7,0 а)2,5 6)4,0
б) на длине L от торца А а)1,5 6)2,5 ив. а)1,б 6)2,5 а)2,5 6)3,0
Радиальное биение центрирующей В 2,5 5,0 2,0 «»
поверхности шпинделя А 1,5 1.2 мм
Осевое биение ипинделя В 2,0 5,0 2,0 аа
А i!z zjz 2,0
Торцовое биение опорного бур- В 4,0 7,0 «а
тика ипинделя А . 2,5 а» «МВ 2,0
Радиальное биение центрирующей В з,о и» «в»
лейки шлифовального шпинделя А 2,0 <* «в 2,0
Осевое биение шлифовального В 2,5 «В а»
ипинделя А 1,5 «в» <* 0,8
Примечания. I. Допуски приняты: для токарных станков с наибольшим диаметром обраба-
тываемого изделия до 400 мм, для круглошлифовальных станков до 100 мм, для зубообрабапаащнх
станков 125-200 мм.
2. Значения L приняты: для токарных станков 200 мм, для круглошлифовальных станков 100 ш,
для зубообрабатывашшнх станков 150 мм.
Таблица 2
Точность шпинделей высокоточных станков
Наименование станка Модель Основные размеры обраба- тываемых деталей (диаметр х длина ИЛЯ мр- душ») .ММ Точность под- шипниковых шеек Взаим- ное биение под- шипни- ковых шеек, мкм Биение отвер- стий > относи- тельно шеек МИМ Биение базо- вого торца, мкм Чистота поверх- ности (класс)
по диа- метру (класс точно- сти) по не- круг- лости мкм
подшип- никовых шеек базо- вого торца
Токарный винторезный ста- нок особо высокой точности I60BB 160x250 I 1,0 2,0 1,0 1,0 12 12
Токарный станок особо высокой точности 1Э610А 200x350 I 1,0 1,0 1,0 1,0 10' 12
Универсальный ^углошли- фовальный станок особо высокой точности ЗШО 100x150 Выше I кл. 0,5 1,0 1,0 12 II
. Круглошлифовальный полу- автомат особо высокой точности 3BII0 100x200 Выше I кл. 0,3 0,75 оа. 2,0 12 10
Универсальный круглошли- фовальный станок особо высокой точности 3EI2 200x500 2 0,5 1,0 2,0 12 10
Круглошлифовальный полу- автомат особо высокой точности 3EI53 140x500 2 0,5 2,0 2,0 12 10
Универсальный резьбошли- фовальный станок высокой точности 5822 200x500 Выше I кл. 1,0 3,0 — — 12 12
Основные
Наименование станка Модель размеры обраба- тываемых деталей (диаметр х длина или мо- дуль),мм
ВиутришлиФовальный уни- реальный станок особо ОСОКОЙ точности ЗВ225 25x50
•г-утришлифовадьный уни- :'сальный станок особо сксикой точности ЗВ227 100x125
Зубошлифовальный полуав- томат для цилиндрических колес высокой точности 5В833 320x4
Зубошлифовальный станок для цилиндрических колес ссобо высокой точности 5851 320X10
Продолжение
Точность под- випниковых век Взаим- ное биение подвил- пиковых веек МКВ Бвевве отвер- стий относи- тельно веек МКВ Бвенве базо- вого торца МКВ Чистота поверх- ности (класс)
по диа- метру (класс точнос- ти) по не- круг- лое ТВ МКВ подвип- никовых веек базо- вого торца
Выше I кл. 0,5 1,0 1,0 1,0 II 9
Выше I кл. 1,0 1,0 1,0 2,0 II 9
I 1,0 1,0 1,0 1,0 12 II
Выше I кл. 1,0 2,0 2,0 1,5 II 9
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ШПИНДЕЛЕЙ ВЫСОКОТОЧНЫХ СТАНКОВ
Высокие требования по точности и чистоте, предъявляе-
мые к ответственным поверхностям шпинделей высокоточных
станков, предопределяют ряд особенностей технологии их из-
готовления, отличающих ее от технологии изготовления шпин-
делей станков нормальной точности. Это отличие касается:
I) метода подготовки технологических баз для операций
финишной обработки;
2) метода выполнения финишной обработки подшипниковых
шеек;
3) характера упрочнения и стабилизации структуры мате-
риала шпинделей;
4) способа контроля размеров, формы и взаимного распо-
ложения ответственных поверхностей шпинделей.
Кроме того, технология изготовления шпинделей рассмат-
риваемых станков отличается также более тщательным выполне-
нием других основных операций обработки.
ПОДГОТОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ДЛЯ
ОПЕРАЦИЙ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ
Шлифование шеек шпинделя выполняется при его базирова-
нии на неподвижных упорных центрах станка. При этом поверх-
ность центрового отверстия шпинделя и поверхность упорного
центра шлифовального станка могут рассматриваться как под-
шипник скольжения, испытывающий нагрузку от составляющей
силы шлифования. Для получения точных по форме подшипнико-
вых шеек необходима тщательная подготовка упорных центров
станка и центровых отверстий или опорных фасок шпинделя.
Опорные поверхности упорных центров должны иметь точ-
ную форму по круглости и конусности. При вращении обрабаты-
ваемого шпинделя на точных по круглости упорных центрах точ-
ки контакта центровых отверстий с поверхностью упорных цен-
тров не изменяются, ось вращения шпинделя не меняет положе-
ния и тем самым создается возможность получения высокой
круглости шеек шпинделя. Бели передний конус упорных центров
не будет достаточно круглым, произойдет изменение точки кон-
такта рабочих поверхностей центровых отверстий упорных
центров ж сиецение шпинделя относительно центров.
При погрешностях угла конуса упорного центра сушка
возникают погрешности обработка. Если угол центра больше
угла центрового отверстия и торец детали не строго перпен-
дикулярен Д его оси, то несущая поверхность в сечении будет
иметь форму эллипса. Если угол центра меньше угла центрового
отверстия, то эллиптическая несущая линия при переходе ко-
нической части центрового отверстия в цилиндрическую будет
вызывать несовпадение оси отверстия с осью обрабатываемой
детали. Кроме того, при несовпадении углов центра и центро-
вого отверстия происходит перегрузка, в результате чего
возрастает износ центров и его нагрев.
Для обеспечения указанной выше точности шеек «обрабаты-
ваемого шпинделя некруглость переднего конуса упорных цент-
ров не должна превышать 1,0 мк, а прилегание конуса Морзе
центров в отверстии шпинделя и пиноли- станка должно быть не
меньше 80-85%.
Опорные поверхности центровых отверстий обрабатываемо-
го шпинделя, а также пробок или оправок, на которые крепит-
ся полый шпиндель, должны иметь некруглость, не превышающую
3 мкм. Ширина опорных поверхностей центровых отверстий не
должна превышать 1,5-2,5 мм.
Высокую точность формы опорных поверхностей центровых
отверстий можно получить при обработке их на станке для
шлифования центровых отверстий. Станки для шлифования цент-
ровых отверстий применяются трёх типов, отличающихся схемой
обработки.
К первому типу относятся станки, у которых шлифоваль-
ный крут имеет форму конуса с углом 60° и при обработке
центрового отверстия вершина инструмента охватывает всю ко-
ническую поверхность; обрабатываемая деталь при этом непод-
ижна (рис.1,а).
Ко второму типу относятся станки, у которых шлифоваль-
ный крут касается обрабатываемой поверхности по образующей
конуса, а обработка всей поверхности центрового отверстия
осуществляется за счет вращения обрабатываемого изделия
вокруг собственной оси (рис.1,6). Для улучшения качества об-
О
работка шлифовальный круг получает осциллирующее движение
вдоль образующей обрабатываемого отверстия.
а) б) в)
Рис.1. Схема обработки центровых отверстий
на центроилифовальных станках
К третьему типу относятся станки, у которых шлифоваль-
ный круг совершает три движения; вокруг собственной оси,
планетарное вокруг оси обрабатываемого отверстия, осциллиро-
вание вдоль образующей обрабатываемого отверстия (рис.1,в).
Обрабатываемая деталь при этом способе обработки, как прави-
ло, неподвижна, но возможность ее вращения не исключается.
Применительно к шпинделям наибольшую точность формы
центровых отверстий обеспечивают станки второго и третьего
типов. У этих станков более высокая, по сравнению со стан-
ками первого типа, точность достигается за счет касания шли-
фовальным кругом обрабатываемой поверхности по образующей
конуса и вращения детали либо планетарного вращения шлифо-
вального круга.
9
Из отечественных станков для шлифования nawrpnwr от-
верстий шпинделей можно рекомендовать станок модели ЗА922.
Диаметр устанавливаемой детали у этого станка составляет
20-200 *м, длина I00-1000 мм, диаметр шлифуемого отверстия
4-90 «м, угол обрабатываемых центровых гнезд 60°.
Другим методом получения высокой точности формы цент-
ровых „отверстий шпинделя является раскатывание их твердо-
сплавным центром на токарном станке (рис.2).
'Конус Морзе
Технические требования:
1. Конус Морзе проверить на прилегае-
мость по калибру; прилегание пи краске не
менее 80 °0 Олины образующих.
2. Некруглость твердосплавной чаете
конуса 60° не более 1,0 мкм.
3. Биение конуса 60° относительно оси
конуса Морзе не более 5 мкм.
Рис.2. Центр для раскатывания центрового отверстий
При раскатывании шпиндель крепится в патроне и люнете,
а раскатной центр - в пиноли задней бабки. Раскатывание вы-
полняется при высоких числах оборотов шпинделя (порядка
1000b минуту) и при ручном поджиме пиноли с центром. При та-
кой обработке высокая точность формы и чистота поверхности
достигается за счет пластической деформации металла по по-
верхности центровых отверстий, нагретых до высокой темпера-
туры вследствие давления трения.
Раскатывание, гладким твердосплавным центром применяет-
ся для подготовки центровых отверстий шпинделей, изготовляе-
мых из азотируемой стали, и проводится до азотирования. В
результате азотирования, выполняемого при сравнительно низ-
ких температурах, форма центрового отверстия практически не
изменяется, что позволяет обойтись без последующей обработ-
ки последнего. Для облегчения операции раскатывания центро-
вке отверстие рекомендуется предварительно раззенковывать
6С-градусным конусным зенкером, режущая часть которого про-
шлифована на том же станке и с той же установки, при кото-
ром шлифовался центр для раскатывания.
Преимущество метода раскатывания центровых отверстий
твердосплавным центром - возможность обеспечения совпадения
угла конуса центрового отверстия и опорного центра шлифо-
вального станка, что не всегда обеспечивается при алифова-
10
нии центровых отверстий. Такое совпадение обеспечивается
при условии шлифования с одной установки как опорных цент-
ров станка, на котором будет выполняться финишное шлифова-
ние шпинделя, так и твердосплавного центра, которым раска-
тываются центровые отверстия шпинделя.
ФИНИШНАЯ ОБРАБОТКА ПОДШИПНИКОВЫХ ШЕЕК
На заводя* применяются три метода финишной обработки
ответственных шеек шпинделей станков высокой и особо высо-
кой точности; ручная доводка притирами, суперфиниширование,
тонкое шлифование.
Из этих трех методов только тонкое шлифование обеспечи-
вает требуемую точность формы и чистоту поверхности шеек
при приемлемой производительности и экономичности.
Ручная доводка притирами позволяет получить требуемую
точность формы и чистоту поверхности. Однако эта операция
чрезвычайно трудоемка и выполняется рабочим очень высокой
квалификации. Кроме того, при доводке отсутствует уверен-
ность, что будет постоянно обеспечиваться требуемое качес-
тво - условие, необходимое для серийного производства с
планируемым ритмом.
Суперфиниширование обеспечивает достаточную чистоту
поверхности и позволяет уменьшить до требуемой некруглость
шеек, полученную при предварительном, под суперфиниширова-
ние, шлифовании на .станках повышенной точности.. Что касает-
ся формы шейки в осевом сечении, то посЛе суперфиниширова-
ния она во многих случаях несколько ухудшается по сравнению
с тем, какой она была до суперфиниширования/
Для получения высоких классов чистоты поверхности шеек
шпинделя и высокой их точности по круглости требуется опера-
цию суперфиниширования выполнять в несколько переходов (3-4),
применяя последовательно бруски все меньшей зернистости, а
также изменяя кинематический режим суперфиниширования. Та-
кое выполнение операции суперфиниширования резко увеличива-
ет ее длительность и делает ее-менее экономичной по сравне-
нию с операцией тонкого шлифования.
От недостатков последних двух методов финишной обра-
ботки свободен метод тонкого шлифования.
Тонков шлифование осуществляется непосредственно после
чистового шлифования и выполняется на круглошлифовальном
станке особо высокой точности. Станок должен быть достаточ-
но жестким для обеспечения виброустойчивости и полного ис-
правления первичных погрешностей формы шеек шпинделя. В
этом смысле для тонкого шлифования пригодны станки, у кото-
рых амплитуда колебаний шлифовальной бабки относительно оп-
равки с датчиком относительных колебаний, закрепленной в
центре станка (проверка 25 по ГОСТу 11654-65), не превы-
шает 0,5 мкм.
Тонкое шлифование производится кругами из электрокорун-
да белого зернистостью 16-25, твердостью М3—СМГ, на керамиче-
ской связке. Скорость круга 30-35 м/сек. Для охлаждения при-
меняется смазывающе-охлаждающая жидкость следующего состава:
триэтаноламин 0,8$, нитрит натрия 0,25$, олеиновая кислота
0,1$, остальное вода.
Чистовое и Тонкое шлифование можно выполнять последо-
вательно при одной установке шпинделя на станке. В этом слу-
чав после чистового шлифования, проводимого при обычных ре-
жимах для 9-го класса чистоты поверхности, оставляется при-
пуск в 0,01-0,015 мм, который удаляется при режимах тонкого
шлифования. Режимы тонкого шлифования различны для получе-
ния II и 12-го классов чистоты.
12-й класс чистоты поверхности шеек шпинделя при их
некруглости в пределах 0,5мш достигается при тонком шлифо-
вании со следующими режимами: скорость стола 15-25 мм/мин,
скорость вращения шлифуемой шейки- 8-10 м/мин, поперечная
подача при первом проходе до 0,01 мм, при втором проходе до
0,005 мм, выхаживание в 2-3 прохода. Правка круга выполняет-
ся алмазом перед .шлифованием шеек каждого шпинделя, при ра-
бочей скорости круга, скорости стола 35-45 мм/мин. и попе-
речной подаче при первом проходе 0,03 мм, при втором прохо-
де 0,005 мм с выхаживанием в два прохода.
11-й класс чистоты поверхности шеек шпинделя при той
же некруглости можно получить при следующих режимах тонкого
шлифования: скорость стола 150-200 мм/мин, скорость враще-
ния шлифуемой шейки 12-15 м/мин, поперечная подача при пер-
вом проходе до 0,01 мм, при втором проходе до 0,005 mw, вы-
хаживание в 2-3 прохода. Правка круга алмазом выполняется
12
перед шлифованием шеек каждого шпинделя при рабочей скоро-
сти круга, скорости стола 50-100 мм/мин, поперечной подаче
при первом проходе 0,0В мм, при втором проходе 0,005 мма
двукратном выхаживании.
УПРОЧНЕНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ
МАТЕРИАЛА ШПИНДЕЛЕЙ
Для упрочнения шпинделей высокоточных станков применя-
ется азотирование или цементация с последующей закалкой и
отпуском. В соответствии с этим рекомендуется изготовлять
эти детали из стали марок 18ХГТ, В8ХВФЮА, В8ХМЮА, В8ХЮ и
I2XHBA.
При термообработке шпинделей необходимо учитывать осо-
бенности, связанные с обеспечением минимального коробления
шпинделя при изготовлении и постоянства его геометрии в про-
цессе эксплуатации.
Для получения шпинделя с минимальным короблением необ-
ходимо в технологический процесс его изготовления включить
операцию высокотемпературного стабилизирующего отпуска,
обеспечивающего понижение уровня напряжений, вызванных пред-
варительной механической обработкой. Кроме того, следует
все операции термической обработки шпинделя выполнять при
его вертикальном положении, желательно в подвешенном со-
стоянии. Минимальному короблению шпинделя на финишном этапе
его изготовления способствует равномерный съем металла при
последующем, после закалки, шлифовании. Такой съем металла
предотвращает образование несимметричного поля остаточных
внутренних напряжений.
Постоянство геометрии шпинделя в процессе его эксплуа-
тации достигается повышением длительности отпуска после за-
калки и введением дополнительной операции старения между
предварительным и окончательным шлифованием (кроме шпинде-
лей, изготовляемых из азотируемых сталей). .
В соответствии с этим термическую обработку шпинделей
станков высокой и особо высокой точности в процессе механи-
ческой обработки рекомендуется выполнять по одной из следую-
щие схем:
13
Шпиндели, упрочняемые цементацией
(стали 18ХГТ и 12ХНЗА)
I. Черновая механическая обработка.
2. Высокий отпуск (назначается в,отдельных случаях для
шпинделей малой жесткости). Выполняется при нагреве в шахт-
ной печи до температуры 570-600^3 с выдержкой в течение 1,0-
1,5 часа; охлаждение до 300-250° с печью, далее на воздухе.
3. Основная механическая обработка.
4. Цементация. Нагрев в шахтной печи до 930°. Охлажде-
ние с печью. Длительность выдержки при цементации (после про-
грева) колеблется в широких пределах в зависимости от толщи-
ны слоя, веса и площади поверхности загружаемых деталей и
ряда других факторов.
5. Высокий отпуск (для стали I2XH3A). Нагрев до 650° с
выдержкой в течение 2-3 часов и охлаждение на воздав.
6. Закалка. Нагрев до 790-860° с охлаждением в масле
до 150-100°; температура масла 60-100°.
7. Обработка холодом (только для стали I2XH3A). Охлаж-
дение в вертикальной холодильной камере ври температуре
-(70-80°С)с выдержкой в течение 30-40 мин и последующим на-
гревом до температуры цеха на воздухе. •
8. Отпуск. Нагрев в шахтной печи или масляной ванне до
170-210° с выдержкой в течение 5-6 часов и последующим ох-
лаждением на воздухе.
9. Получистовая механическая обработка.
10. Стабилизирующий отпуск (старение). Нагрев в шахтной
печи или масляной ванне до 170° с выдержкой в течение 10-
20 часов (10-12 часов для шпинделей станков высокой точно-
сти и 18-20 часов для шпинделей станков особо высокой точ-
ности) ; охлаждение на воздухе.
II. Окончательная механическая обработка.
Шпиндели, упрочняемые азотированием
Стали 18ХГТ, 38ХВФЮА, 38ХМЮА, 38ХЮ)
I. Черновая механическая обработка.
2. Улучшение. Закалка при нагреве до 910-940° с охлаж-
дением в масле и отпуск при нагреве до 570-660° с выдерж-
кой в течение 2-3 часов и охлаждением на воздухе. Для шпин-
14
делей крупных размеров вместо улучшения допускается норма-
лизация с высоким отпуском.
8. Основная механическая обработка.
4. Высокий отпуск. Нагрев в шахтной печи до 550-610°
с выдержкой в течение 3-4 часов и охлаждением с печью до
300-250°, далее на воздухе.
5. Получистовая механическая обработка.
6. Азотирование. Нагрев в шахтной печи для азотирова-
ния до 510-540° с выдержкой 40-50 часов. Охлаждение в пото-
ке частично диссоциированного аммиака до 250-200°, далее на
воздухе.
7. Окончательная механическая обработка.
ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
ОБРАБОТКИ ШПИНДЕЛЕЙ
При финишном шлифовании ответственных поверхностей
шпинделя должны быть полностью исправлены первичные погреш-
ности их формы. Такому исправлению формы способствует тща-
тельное выполнение промежуточных операций обработки, увели-
чение количества операций промежуточного шлифования ответ-
ственных поверхностей до 2-3,с постепенным уменьшением при-
пуска и доведения его до 0,015-0,02 мм для операции тонкого
шлифования.
Токарная обработка наружных поверхностей и конусного
отверстия под шлифование выполняется с припуском 0-,5-0,6 мм,
причем при расточке конусного отверстия под шлифование
шпиндель выверяется в люнете по биению в пределах 0,05 мм.
Получистовое шлифование наружных поверхностей и искусного
отверстия осуществляется на станках повышенной точности с
припуском 0,15-0,2 мм; при этом выверка шпинделя по биению
при шлифовании конусного отверстия производится с точностью
0,01 мм. Получистовое шлифование наружных поверхностей по-
лых шпинделей выполняют при их базировании на конусных проб-
ках или на грибковых центрах. Пробки должны быть аттестова-
ны по центровым отверстиям и конусам.
15
КОНТРОЛЬ ШПИНДЕЛЕЙ1)
Высокая точность размеров, формы и взаимного располо-
жения подшипниковых веек и внутреннего конуса шпинделей вы-
сокоточных станков требует для их проверки применения более
точных методов контроля н измерительных приборов, чем для
контроля шпинделей станков нормальной точности.
Особенно важным является контроль одного из основных
элементов формы подшипниковых шеек - круглости поперечного
сечения. Применение для такого контроля приборов индикатор-
ного типа и основанных на них приспособлений не дает жела-
тельных результатов, так как они обеспечивают в основном
лишь измерение диаметра детали и не всегда позволяют обна-
ружить некоторые распространенные виды отклонений от кругло-
сти. Удовлетворительные результаты дает применение для этой
цели специальных приборов для контроля круглости.
Наибольшее применение для контроля круглости шеек шпин-
делей находят приборы моделей 218 и 246 завода "Калибр" и
моделей " Talyrond -50" Я " Talyrond -П" английской фирмы
"Taylor and Hobson.". Все эти приборы основаны на рациональ-
ном методе контроля, при котором по всему контуру сечения
измеряют отклонения действительного радиуса от эталонного.
Отклонения в увеличенном виде записываются на диаграммном
диске в полярной системе координат.
На рис.З в виде примера показана диаграмма круглости
подшипниковой шейки шпинделя после тонкого шлифования, по-
лученная при увеличении в 10000 раз. Некруглость шейки сог-
ставляет 0,3 мкм.
Прибор модели 218 допускает измерение некруглости у
деталей с наружным диаметром до 300 мм и высотой до 400 мм.
Погрешность измерения - не более 0,0001.мм^Габаритные разме-
ры прибора 800х600х( 1450x1700) мм. Прибор модели 246 поз-
воляет проверять детали с наружным диаметром до 350 мм и
высотой до 1500 мм. Погрешность измерения 0,0002 мм. Га-
баритные размеры прибора 1200x800x3000 мм.
На приборе " Talyrond -50" с помощью стандартного на-
бора щупов могут быть проверены детали с наружным диаметром
7,6-350 мм и высотой до 254 мм. Габаритные размеры прибора
^Рекомендации по контролю шпинделей разработаны в от-
деле метрологии ЭНИМСа И.М.Михелем.
16
482x940x1473 мм. Прибор " Talyrond -П" предназначен для про-
верки крупногабаритных деталей высотой до 1500 мм. .
Рис.З. Диаграмма круглости подшипниковой вейки шпинделя
после тонкого шлифования
Для проверки параметров подшипниковых шеек шпинделей
рекомендуется система контроля, приведенная в табл.З. Конт-
роль ответственных поверхностей шпинделей после финишных
операций механической обработки выполняется сначала на уча-
стке механической обработки, а затем в контрольном отделении.
17
Таблица 3
Методы контроля подшипниковых шеек шпинделей
высокоточных станков
Контроли- руемый параметр Наименование контрольного прибора или инструмента Примечание
Диаметр Рычажный микрометр с ц.д. не более 0,002 мм Пассаметр с ц.д. не более 0,002 мм
Предельная скоба
Круглость Прибор для измерения круглости (модели 218 и 246 завода "Ка- либр", "Talyrondj" И др.)
Профиль про- дольного сечения - Вертикальный оптиметр с ц.д. 0,001 мм Горизонтальный оптиметр с ц.д. 0,001 мм Проекционный оптиметр с ц.д. 0,001 мм Применять эти приборы реко- мендуется до создания спе- циальных конт- рольных уст- ройств
Оптикатор с ц.д. 0,001 или 0,002 мм Микрокатор о ц.д. 0,0002 или 0,001 мм
Миллимесс с ц.д. 0,001 мм Микронный индикатор
Соосность Призма о шариковым упором и одной измерительной головкой с ц.д.0,001-0,002 мм Прибор для измерения круглости Рекомендуется применять до создания специ- альных приборов. Соосность опре- деляется срав- нением кругло- грамм проверяе- мых шеек, полу- ченных замером шеек в одну установку
Перпенди- кулярность базовых торцов Шерохова- тость по- верхности Призмы с шариковым упором и одной измерительной головкой о ц.д. 0,001-0,002 мм Профилограф Профилометр Рекомендуется применять до создания специальных приборов
ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ
ШПИНДЕЛЕЙ ВЫСОКОТОЧНЫХ СТАНКОВ
В табл.4 и 5 в качестве примера приведены маршрутные
технологические процессы обработки двух шпинделей высокоточ-
ных станков.
Маршрутный технологический процесс обработки шпинделя
зубоилифовалъного станка высокой точности (рис.4) приведен
в табл. 4. Материал шпинделя - сталь I2XH3A. Упрочнение це-
ментацией на глубину 0,8-142 мм и закалка до твердости
HRC 58-62. Резьба М33x1,5 и 1196x1,5, при цементации изоли-
ровать. Погрешность ответственных шеек (конусные шейки с
конусность» 1:3 и 1:5) по некруглости не должна превышать
0,001 мм при их биении относительно осн в пределах 0,001 мм.
Чистота поверхности этих шеек II-12-й класс. Прилегание кону-
сов по краске не менее 85% длины образующих. Чистый вес шпин-
деля 27,1 кг.
Маршрутный технологический процесс обработки шпинделя
внутришлифовального станка особо высокой, точное** (рисЛ)
приведен в табл.5. Матерная шпинделя - сталь 38XMDA. Упроч-
нение азотированием до твердости ВВС 69 (hv 850).Погрешность
подшипниковых шеек (диаметром 55 мм) по некруглости не дол-
жна превышать 0,0005 мм, а по конусности - 0,001 мм. Чисто-
та поверхности этих шеек Il-й класс. Биение торцов фланца и
торца подшипниковых шеек в пределах 0,001 мм; Биение конуса
Морзе * 4 и переднего конуса относительно подшипниковых ше-
ек 0,001 мм; прилегание этих конусов по краске не менее 80%
длины образующих. Биение всех нерабочих поверхностей в пре-
делах 0,01 мм. Чистый вес шпинделя 5,1 кг.
19
Рис.4. Шпиндель зубоалафовалъного станка высоко! точности
Таблица 4
Маршрутный технологический процесс обработки шпинделя
зубошлифовального станка высокой точности
Наименование операции Содержание операции Оборудование
Фрезерно- центроваль- ная . Фрезерование торцов и цент- рование Фрезерно-центро- вальный станок MP-7S
Токарная Черновое обтачивар’е сту- пеней; снятие фасок Токарный станок 16Б2О
Контрольная Контроль размеров «в
Термическая Высокий отпуск Шахтная печь
Токарная Обтачивание двух шеек под люнеты Токарный станок 16Б20
Токарная Подрезка торцов и их пере- центровка Тбкарный станок 16Б20
Токарная Обтачивание цилиндрических ступеней под шлифование окончательно; подрезка тор- ца и снятие фасок Токарный ставок 16Б2О
Токарная Обтачивание конусов под шлифование Токарный станок 16Б20
Фрезерная Фрезерование шестигранника Горизонтально-фре- зерный станок ЯВЛ"
Слесарная Снятие острых кромок и за- усенцев «в
Термическая Цементация, высокий отпуск Шахтная печь
Токарная Обтачивание ступеней под- резьбу дай снятия цемента- ционного слоя; прорезка канавок и снятие фасок Токарный станок 16Б20
Фрезерная Фрезерование шпоночных лазов Горизонтально-фре- зерный станок 6И8ЕГ
Слесарная Снятие острых кромок и заусенцев «В
Контрольная Контроль размеров
Термическая Закалка, обработка холодом, отпуск Шахтная печь; вер- тикальная холодиль- ная камера
Шлифоваль- ная Ручная зачистка центровых отверстий; шлифование двух уступов под люнеты центро- шлифовального станка Круглошлифовальный станок ЗЫ61
Цвнтрокли- фовальная Шлифование центровых от- верстий Центрошляфовальный станок ЗА922
21
Продолжение
Наименование операции Содержание операции Оборудование
Шлифовальная Предварительное шлифование цилиндрических уступов Круглошлифовальный станок ЗБ161
Шлифовальная Предварительное шлифование конусов I:3 Круглошлифовальный станок 3EI6I
Шлифовальная Предварительное шлифование конуса 1:5 Круглошлифовальный станок ЗЫбТ
Шлифовальная Предварительное шлифование конуса 1:10 Круглошлифовальный станок ЗБ161
Контрольная Контроль размеров —
Термическая Стабилизирующий отпуск Шахтная печь или масляная ванна
Центрошлифо- вальиая Шлифование центровых от- верстий Центрошлифовальный станок ЗА922
Шлифовальная Окончательное шлифование цилиндричапких уступов и Круглошлифовальный станок ЗБ161
уступов под рэзьбу
Контрольная Контроль размеров МВ
Шлифовальная Получистовое шлифование конусов 1:3 Круглошлифовальный станок ЗЙ61
Шлифовальная Получистовое шлифование конуса 1:5 Круглошлифовальный станок 3KI6I
Шлифовальная Получистовое шлифование конуса 1:10 Круглошжяфовальный станок ЗЫ61
Ревьбошдифо- вальная Окончательное шлифование резьб Резьбошлифовальный станок 5822S8
Контрольная Контроль резьбы —
Шлифовальная Окончательное шлифование конуса I :Ю Круглошлифовальный станок особо высо- кой точности
Контрольная Контроль конуса 1:10 шв
Шлифовальная Окончательное шлифование конуса 1:5 Круглошлифовальный станок особо высо- кой точности
Контрольная Контроль конуса 1:5 МВ
Шлифовальная Окончательное шлифование конусов 1:3 Круглошлифовальный станок особо высо- кой точности
Контрольная Окончательный контроль шпинделя 0
22
Рис.5. Шпиндель внутришлифовального станка особо высокой точности
Конус
Морзе №
Таблица 5
Маршрутный технологический процесс обработки
ипцвделя универсального внутришлвфовального
станка особо высокой точности
Наименование операции Содержание операции Оборудование
Фрезерно- центроваль- Фрезерование торцов и цент- рирование Фрезерно-центро- вальный станок МР-73
Токарная Черновое обтачивание со стороны фланца Токарный станок 16Б20
Токарная Черновое обтачивание с другой стороны Токарный станок 16Б2О
Сверлильная Сверление центрального от- верстия на проход оконча- тельно Горизонтально- сверлильный станок для глубокого свер- ления 0С-80Т
Контрольная Контроль размеров «в
Термическая Улучшение Шахтная печь
Токарная Обтачивание шеек под люнеты (на базе центровых отверстий Токарный !6Б20 станок
Токарная Подрезание торца переднего конца; рассверливание и растачивание конуса Морзе * 4 под шлифование; раста- чивание выточки в отверстии окончательно; растачивание фасок конца отверстия Токарный 16Б20 станок
Токарная Подрезание торца заднего конца и растачивание фасок конца отверстия Токарный 16Б20 станок
Токарная Обтачивание ступени и флан- ца и подрезание торца флан- ца под шлифование. Прорезка канавки окончательно, сня- тие фасок Токарный 16Б20 станок
Токарная Обтачивание и подрезание торцев с хвостовой части под шлифование. Прорезка канавок окончательно. Сня- тие фасок ТОкарннй 16Б20 станок
Контрольная Контроль размеров
Термическая Высокий отпуск Шахтная печь
Фрезерная Фрезерование радиусных вые- мок на торце и периферии фланца окончательно Горизонтально-фре- зерный станок 6Н804Г
24
П р о до х ж ев же
Наименование операции Содержание операции Оборудование
Фрезерная Фрезерование шпоночного па- за окончательно Шпоночно-фре верный станок 692м
Слесарная Зачистка заусенцев и при- тупление острых кромок
Токарная Отрезание свидетеля от детали* Растачивание на Токарный станок 16Б20
конце отверстия феоок.Клей- мение шпинделя и свидетеля
Шлифоваль- Предварительное шлифование Круглошлифовальный станок ЗБ161
ная фланца по периферии и тор- цу и наружного конуса
Шлифоваль- ная Предварительное шлифование Цилиндрических уступов и Круглошлифовальный о танок ЗБ161
торцов с хвостовой части
Шлифоваль- Получистовое шлифование . универсальный
ная торца и отверстия конуса Морзе *4 1 фасок 60°как чяото круглошлифовальный станок 3AI30
Шлифоваль- Шлифование а хвостовой части фаски 60° и отверс- тия на длину 40-50 мм как Универсальный
ная - круглошлифоваль- ный станок 3AI30
чисто
Координатно- Обработка отверстий во Координа тно-рао-
расточная фланце то.чный станок 2410
Контрольная Контроль размеров
Термическая Азотирование Шахтная печь для азотирования
Слесарная Запреооовывание пробок в отверстие конуса Морзе Ji 4 и центральное отверстие о хвостовой части «в.
Центрешли- Шлифование центровнх отверс- •Це нтрошлифовальннй
фовальная тий пробок в оборе оо впин- делем станок ЗА922
Шлифоваль- ная Получистовое шлифование на- ружного конуса* Оконча- Круглошлифо воль- ный станок ЗБ161
тельное шлифование фланца по периферии и торцу
Шлифоваль- ная Получистовое шлифование подшипниковых шеек и их торца. Окончательное шли- фование остальных цилиндри- Кругло шлифоваль- ный станок ЗБ161
чеоких уступов* уступов под резьбу и остальных тор-
цов
Продолжение
Наименование операции Содержание операции Оборудование
Контрольная Контроль размеров «»
Резьбошлифо- Окончательное шлифование Резьбошлифовальный
ва льнам резьба станок 5822БЗ .
Контрольная Слеоарная Контроль размеров Заправка конца резьба и навертывание гайки для предохранения резьбы от забоин «»
Шлифовальная Снятие гайки* Окончатель- ное шлифование наружного конуса а торца фланца. Навертывание гайки Круглошлифовадьный станок особо «высо- кой точности
Контрольная Контроль размеров и фор- мы *
Шлифовальная Снятие гайки. Окончатель- ное шлифование подшипни- ковых шеек и их торца.. Навертывание гайки Круглошлифовальный станок особо высо- кой точности
Контрольная Слеоарная Контроль размеров Снятие пробок •»
Шлифовальная Снятие гайки. Окончатель- ное шлифование конуса Морзе Л 4 Униве зальный кругло лифовальный станок особо высо- кой точности
Контрольная Окончательный контроль шпинделя ее
26
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Характеристика шпинделей высокоточных станков .... 3
Рекомендуемая технология изготовления.шпинделей высо-
коточных станков..................... 7
Подготовка технологических баз для операций фи-
нишной обработки .............................. 7
Финишная обработка подшипниковых шеек ......... II
Упрочнение и стабилизация структуры материала
шпинделей.................................... 13
Выполнение промежуточных операций обработки шпин-
делей ........................................ 15
Контроль шпинделей ........................... 16
Примеры технологических процессов обработки шпин-
делей высокоточных станков ................... 19
27
Редактор З.Т.Евтеева Техн.редактор Г.Г.Андреева
Л-117669 28/X-7I г. Тираж трС'О 60x92/16 1,75 п.л. Заказ 2902 Цена 50 коп. онти энимс