Unità mandrino di tornitura: proprietà prestazionali

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Il mandrino delle macchine utensili viene solitamente presentato come uno degli elementi del meccanismo di azionamento responsabile del fissaggio e della sagomatura del pezzo. Allo stesso tempo, la sua interfaccia con la centrale elettrica, la parte portante e l'attrezzatura di lavoro dell'unità è così stretta che possiamo parlare dell'intera infrastruttura di questa parte. In un modo o nell' altro, il gruppo mandrino (SHU) dovrebbe essere considerato un meccanismo di base responsabile della macchina, che fornisce la funzione di trasmettere la coppia e dirigere la forza di elaborazione.

Panoramica del prodotto

Questo meccanismo è anche chiamato mandrino motorizzato e costituisce una delle unità chiave di assemblaggio delle moderne macchine per la lavorazione del legno e dei metalli. Le prestazioni e, in misura ancora maggiore, la precisione dell'impatto meccanico sul pezzo dipendono dalle sue caratteristiche. Come già notato, stiamo parlando di un intero complesso di elementi,che costituiscono la base delle unità mandrino. Supporti, sistema di lubrificazione, guarnizioni, trasmissione della coppia e parti dei cuscinetti costituiscono la base di questo meccanismo. Per lo più si tratta di componenti che svolgono funzioni di supporto e ausiliarie per garantire il funzionamento dell'ugello sotto forma di utensile da taglio.

È generalmente accettato che il potenziale di potenza delle macchine utensili dipenda principalmente dal motore. Questo è vero, ma solo in parte. Ad esempio, le unità mandrino delle macchine per il taglio dei metalli hanno un proprio intervallo di frequenza di rotazione, causando condizioni restrittive per le velocità di taglio. Ma è importante capire che questo intervallo è più una funzione della regolazione della velocità di elaborazione ottimale con il supporto di una precisione sufficientemente elevata.

Un' altra delle funzioni chiave del mandrino è la presa diretta dell'utensile di lavorazione e, in alcuni casi, del pezzo stesso. Per questo tipo di fissaggio vengono utilizzate staffe e staffe speciali, come portautensili e cartucce. Pertanto, è importante tenere conto delle caratteristiche del mandrino quando si sceglie un utensile in base alle dimensioni del gambo e si determinano i parametri consentiti del processo di lavorazione.

Design ShU

Durante lo sviluppo della soluzione progettuale per l'elettromandrino, gli esecutori delle attività dovrebbero concentrarsi sulla riduzione massima dei carichi dinamici e di vibrazione sul meccanismo. Il raggiungimento di questa qualità del gruppo di lavoro influisce direttamente sulla durata della macchina e sulla qualità della lavorazione. Per questo motivo, l'assemblaggio del mandrino è sempre piùprogettato come dispositivo indipendente in un alloggiamento separato, chiamato paletta.

I seguenti dati vengono presi come dati iniziali per l'algoritmo di progettazione:

• Potenza.
• Precisione di rotazione.
• Velocità.
• Riscaldamento massimo per supporti.
• Resistenza alle vibrazioni.
• Rigidità.

In base ai parametri iniziali, vengono selezionati uno schema strutturale, dettagli di layout e materiali di produzione. Il tipo della macchina futura ha anche un'influenza sulla selezione di determinate soluzioni di design. Ad esempio, la progettazione di assiemi di mandrini per apparecchiature di lavorazione ad alta precisione si basa sulla disposizione di cuscinetti idrodinamici in grado di garantire la precisione dell'azione meccanica nell'intervallo da 0,5 a 2 micron. Per unità particolarmente veloci con teste di rettifica interne, vengono utilizzati cuscinetti di scorrimento speciali, che richiedono lubrificazione ad aria. Tipicamente, i principi di costruzione di una base mandrino con un'enfasi sul supporto di velocità di lavorazione elevate a partire da 600 giri/min vengono utilizzati per alesatrici diamantate e macchine universali per il taglio dei metalli. I parametri dei componenti per supportare le basse velocità sono tradizionalmente calcolati per fresatrici, torrette e perforatrici. Qui vale la regola, più delicata è la precisione dell'azione meccanica, maggiore deve essere la coppia al mandrino. Per sgrossatura e taglio complessi, vengono utilizzate configurazioni a basso numero di giri.

Calcolo dell'assieme mandrino

Bla rigidità è considerata la principale caratteristica del progetto. È espresso come indicatore degli spostamenti elastici nella zona di lavorazione sotto la forza agente totale dalla propria deformazione elastica del mandrino con i suoi elementi di supporto. La forza viene utilizzata anche per caratterizzare assemblaggi con carichi pesanti e, per teste motrici ad alto numero di giri, un valore minimo di risonanza, ovvero un'elevata resistenza alle vibrazioni, sarà un fattore chiave per una lavorazione di successo.

In pratica tutti i gruppi mandrino per macchine per il taglio dei metalli vengono calcolati separatamente per la precisione di taglio. Questo calcolo viene eseguito per i cuscinetti in base al coefficiente di eccentricità radiale dell'estremità del mandrino. Il valore di eccentricità ammissibile dipende dalla classe di precisione del progetto, nella definizione della quale i progettisti procedono dai requisiti per il processo di lavorazione.

L'indice di eccentricità radiale sulla superficie interna dell'anello del cuscinetto dipende dalla sua eccentricità e dagli errori delle piste con corpi volventi. Questo parametro di precisione è espresso attraverso l'effetto del cosiddetto battito errante. Nel processo di controllo dei cuscinetti, viene determinata la loro conformità agli standard stabiliti, dopodiché, se vengono rilevate deviazioni, i prodotti possono essere inviati per la revisione. Tra gli accorgimenti per migliorare ulteriormente la precisione dei cuscinetti per l'assemblaggio del mandrino in fase di montaggio, si possono distinguere:

• Le eccentricità degli anelli interni e dei perni dei cuscinetti sono in direzioni opposte.
• Eccentricità degli anelli esterni dei cuscinetti eanche i fori del corpo sono posizionati in direzioni opposte.
• Quando si installano le eccentricità degli anelli interni dei cuscinetti della parte posteriore e anteriore, devono essere mantenute sullo stesso piano.

ShU Performance

Il set di rigidità e precisione di importanti indicatori tecnici e fisici del mandrino non è limitato. Tra le altre proprietà significative di questo meccanismo, vale la pena evidenziare:

• Resistenza alle vibrazioni. La capacità della SHU di fornire una rotazione stabile senza oscillazioni. È impossibile eliminare completamente l'effetto delle vibrazioni, tuttavia, grazie ad accurati calcoli di progettazione, può essere ridotto al minimo riducendo l'effetto delle fonti di vibrazioni trasversali e torsionali, come le forze pulsanti nella zona di lavorazione e la coppia nell'azionamento della macchina.
• Velocità. Caratteristica della velocità del gruppo mandrino, che riflette il numero di giri al minuto consentiti per la condizione operativa ottimale. In altre parole, la velocità di rotazione massima consentita, che è determinata dalle qualità strutturali e tecnologiche del prodotto.
• Cuscinetti di riscaldamento. L'intensa generazione di calore è un fattore derivato naturale durante la lavorazione ad alte velocità. Poiché il riscaldamento può portare alla deformazione della base dell'elemento, questo indicatore deve essere calcolato durante la progettazione. Il componente più sensibile al calore dell'assieme è il cuscinetto, il cui cambiamento di forma può compromettere il funzionamento del mandrino. Al fine di ridurre i processi di deformazione termica, i produttori dovrebberoattenersi alle norme sul riscaldamento consentito degli anelli dei cuscinetti esterni.
• Capacità portante. Determinato attraverso il fattore di prestazione dei cuscinetti del mandrino in condizioni di carichi statici massimi consentiti.
• Durata. Indicatore del tempo che indica il numero di ore di funzionamento del prodotto prima della revisione. A condizione che la rigidità assiale e radiale del gruppo mandrino sia bilanciata, la durata può raggiungere le 20 mila ore. Il tempo minimo prima del guasto è di due e cinquemila ore, che è tipico rispettivamente delle rettificatrici e delle rettificatrici per interni.

Materiali per la realizzazione di SHU

Anche la scelta dei materiali per la base dell'elemento del mandrino è un fattore per garantire determinate proprietà tecniche e operative dell'attrezzatura. Nelle unità di lappatura, filettatura e foratura, l'accento è posto sulla protezione contro gli effetti della coppia e l'assemblaggio del mandrino di una fresatrice, ad esempio, viene assemblato in base agli effetti dei momenti flettenti. In ogni caso, il materiale deve avere una resistenza all'usura sufficiente sia sulla superficie di azionamento che sul perno del cuscinetto. La stabilità di forma e dimensioni è la condizione principale per il corretto funzionamento del prodotto, in larga parte dipendente dalle caratteristiche del tipo di materiale utilizzato.

Nelle macchine con classi di precisione H e P, vengono utilizzati mandrini realizzati con leghe di acciaio di grado 40X, 45, 50. In alcuni casi, le decisioni di progettazione possonorichiedono uno speciale affinamento del metallo mediante tempra con azione termica ad induzione. Solitamente l'indurimento dei prodotti mediante indurimento viene applicato alle superfici prestazionali e ai perni dei cuscinetti come parti più critiche della parte.

Per elementi di forma complessa con fori conici, scanalature, flange e passaggi a gradini, viene utilizzato acciaio temprato. Questa tecnologia di lavorazione è consentita solo per i pezzi da cui si prevede di produrre le parti anteriori dei gruppi mandrino macchina con successiva cementazione. In questo caso vengono utilizzati gli acciai 40XGR e 50X.

Le apparecchiature con classi di precisione A e B vengono fornite con mandrini in acciaio 18KhGT e 40KhFA, nitrurati. Il processo di trattamento con azoto è necessario per aumentare la durezza della parte, nonché per mantenere la forma e le dimensioni originali. L'aumento della resistenza e della stabilità strutturale è un prerequisito per i mandrini utilizzati nei sistemi con attrito fluido.

Nel layout semplificato della sala di controllo, i requisiti per i materiali non sono così elevati. Elementi dalle forme semplici possono essere realizzati con acciai 20Kh, 12KhNZA e 18KhGT, ma anche in questo caso i grezzi vengono preliminarmente sottoposti a tempra, cementazione e rinvenimento.

Modelli strutturali ShU

La parte principale dei meccanismi del mandrino utilizzati nelle moderne macchine utensili ha un dispositivo a due cuscinetti. Questa configurazione è ottimale in termini di ottimizzazione delle apparecchiature e comodità dell'organizzazione tecnica.processo produttivo. Tuttavia, anche le grandi imprese utilizzano modelli con supporto aggiuntivo del terzo pilastro.

Le configurazioni di posizionamento dei cuscinetti sono anche ambigue in termini di metodi di implementazione. Oggi ci sono tendenze verso il trasferimento di funzioni regolatorie critiche nell'area della testata, il che riduce l'impatto degli effetti termici. Nei modelli semplici dell'assieme mandrino vengono utilizzati cuscinetti a rulli, il che riduce anche il rischio di deformazione dalla generazione di calore e aumenta l'efficienza della regolazione. Allo stesso tempo, insieme a un aumento della rigidità e all'aumento della precisione di rotazione, tali meccanismi presentano uno svantaggio sotto forma di una diminuzione della velocità. Pertanto, questa configurazione è più adatta per torni a basse velocità.

Le unità di rettifica a bassa velocità sono inoltre dotate di cuscinetti a rulli nella parte di supporto anteriore e la parte posteriore è dotata di un duplex di elementi di contatto angolari. In particolare, questo è il modo in cui le unità mandrino vengono implementate nella progettazione di rettificatrici circolari e interne. Per semplificare il sistema funzionale dell'unità, consentono anche i cuscinetti a rulli conici. Tale soluzione in relazione alle unità di fresatura elimina la necessità di includere un gruppo di cuscinetti assiali. Di conseguenza si mantiene un margine di rigidità ottimale, ma con esso i problemi di generazione di calore con coppia limitata non vanno da nessuna parte.

Controllo di qualità del prodotto

Dopo aver assemblato la testa motrice, viene verificato il gioco-precarico del gruppo cuscinetti. Questa operazionenecessario per valutare la prontezza del meccanismo per i carichi di lavoro a tutti gli effetti. Il controllo viene effettuato caricando il dispositivo con un martinetto e un dinamometro. Le misurazioni vengono effettuate direttamente con dispositivi indicatori, tra cui testine di misurazione, sensori, microcatori, ecc. Il dispositivo di misurazione è installato sulla paletta il più vicino possibile al cuscinetto anteriore. Quando si corregge una variazione del carico graduale, viene costruito un grafico degli spostamenti dell'estremità del mandrino.

La rigidità del gruppo mandrino rotante con elementi di supporto è controllata dal metodo di misurazione a due punti. Innanzitutto, vengono impostati due punti di controllo sulla sezione lineare della curva di carico. Inoltre, per ciascuna riga vengono registrati i dati di deformazione, dopodiché viene eseguito un confronto. Come indicatori standard, possono essere utilizzati sia i valori di progettazione che le cifre dei requisiti tecnici generali per la macchina. Inoltre, i dati complessi per il confronto, ottenuti a seguito di prove, dovrebbero essere presentati sotto forma di valori medi aritmetici. Allo stesso modo, le misurazioni dei carichi assiali e radiali vengono eseguite con la fissazione dei giochi formati tra i cuscinetti.

Se vengono rilevate deviazioni dai valori standard, il gioco-precarico viene regolato. Quando si esegue la manutenzione dei gruppi mandrino di un tornio per tali compiti, viene utilizzata la tecnica dei supporti di riscaldamento. In condizioni di esposizione termica di termometri e termocoppie in un determinato intervallo, i dadi vengono serrati e regolati.

Sigilli per meccanismo SHU

La composizione della paletta include eguarnizioni speciali che aumentano le proprietà isolanti e sigillanti del meccanismo. Cosa serve? Poiché il flusso di lavoro di un tornio è associato al rilascio di grandi volumi di rifiuti fini in condizioni di lubrificazione, l'intasamento delle parti funzionali è comune. Di conseguenza, durante il montaggio del gruppo mandrino, devono essere previsti dispositivi che proteggano gli elementi di lavoro da polvere, sporco e umidità. Ecco a cosa serve il sigillante. Di norma, questo è un materiale di consumo sotto forma di un anello, che viene montato sul mandrino mediante una cinghia di centraggio. Durante il funzionamento del meccanismo, è necessaria la sua periodica sostituzione o regolazione della posizione. In condizioni di maggiore contaminazione esterna, è possibile utilizzare in aggiunta un collettore rotante protettivo. Se la macchina funziona a velocità media o bassa, è necessario fissare anche la guarnizione a labbro.

Manutenzione SHU

Il compito principale del personale durante il funzionamento della paletta è di monitorare la lubrificazione delle sue parti. Questo di solito viene fatto spruzzando sulle superfici di ingranaggi rotanti, giranti e componenti del disco. La composizione ottimale per questo tipo di lubrificante dovrebbe avere un indice di viscosità di 20 quando riscaldata a 50 ° C. Le esecuzioni del gruppo mandrino di fresatura prevedono la possibilità di convogliare l'olio nel cuscinetto attraverso un collettore o direttamente al gruppo di lavoro. Inoltre, parte dell'olio dovrebbe rimanere anche dopo il completamento della sessione di lavoro. Il vecchio fluido contaminato viene sostituito con uno nuovo. Per semplificare il processo di riempimento nelle macchine moderne, la circolazione dell'olio è organizzata simultaneamente al cambio e al mandrino in modalità automatica mentre la massa di scarto viene scaricata.

Oltre ad aggiornare l'olio, è necessario mantenere le condizioni tecniche del meccanismo. Possono sorgere problemi tecnici e strutturali dovuti a surriscaldamento, eccessiva deformazione, elevate vibrazioni o cortocircuito tra le spire. Una tipica riparazione dei gruppi mandrino come parte del processo di produzione può consistere nella sostituzione di parti danneggiate, materiali di consumo o ricostruzione delle sedi. Ad esempio, quando si deformano o si installano nuovi elementi, a volte è necessaria una correzione aggiuntiva delle prese o delle parti stesse mediante affilatura, molatura, lappatura o costruzione.

Produzione di SHU in Russia

Alcuni dei componenti del mandrino necessari per completare le macchine utensili sono prodotti da produttori nazionali nelle proprie strutture di macchine utensili, basandosi sugli sviluppi e sull'esperienza dell'industria sovietica. Non ci sono praticamente problemi con la produzione di mandrini di trasmissione convenzionali per una fresatrice o unità di tornitura che non si concentrano sulla lavorazione ad alta precisione. Tuttavia, i moderni elettromandrini high-tech sono prodotti in Russia solo in parti e sulla base di componenti importati. Queste limitazioni sono legate non solo alla mancanza di tecnologie avanzate in questo settore, ma anche alla carenza di personale qualificato che deve risolvere problemi di ingegneria e produzione.

Conclusione

Il mandrino è uno dei componenti funzionali centrali di vari tipi di macchine utensili. L'accuratezza dell'esecuzione delle operazioni di lavoro, l'ergonomia del controllo delle apparecchiature e l'efficienza della regolazione del potenziale di potenza del meccanismo di azionamento dipendono dalla qualità delle sue funzioni principali. Pertanto, è così importante prestare attenzione alle caratteristiche del gruppo mandrino nel tornio quando lo si sceglie. E questo non vale solo per il segmento industriale, dove vengono eseguite lavorazioni in linea. Un normale padrone di casa che esegue semplici operazioni in un garage o in una casa di campagna dovrebbe anche avere una conoscenza di base della paletta. Le abilità nella gestione del meccanismo del mandrino renderanno l'operazione più affidabile e la manutenzione della macchina più economica.