واحد دوک چرخشی: ویژگی‌های عملکرد

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

دوک ماشین ابزار معمولاً به عنوان یکی از عناصر مکانیزم محرک که مسئول تثبیت و شکل دادن به قطعه کار است ارائه می شود. در عین حال رابط آن با نیروگاه، قسمت یاتاقان و تجهیزات کاری واحد به قدری فشرده است که می توان از کل زیرساخت این قطعه صحبت کرد. به هر حال، مجموعه دوک (SHU) باید به عنوان یک مکانیسم اساسی مسئول دستگاه در نظر گرفته شود که عملکرد انتقال گشتاور و هدایت نیروی پردازش را فراهم می کند.

نمای کلی محصول

به این مکانیسم دوک موتور نیز می گویند و یکی از واحدهای مونتاژ کلیدی ماشین آلات مدرن چوب و فلز را تشکیل می دهد. عملکرد و تا حد زیادی دقت ضربه مکانیکی روی قطعه کار به ویژگی های آن بستگی دارد. همانطور که قبلا ذکر شد، ما در مورد مجموعه کاملی از عناصر صحبت می کنیم،اساس واحدهای دوک را تشکیل می دهد. تکیه گاه ها، سیستم روانکاری، مهر و موم، انتقال گشتاور و قطعات بلبرینگ اساس این مکانیزم را تشکیل می دهند. عمدتاً اینها اجزایی هستند که عملکردهای پشتیبانی و کمکی را برای اطمینان از عملکرد نازل در قالب یک ابزار برش انجام می دهند.

به طور کلی پذیرفته شده است که پتانسیل قدرت ماشین ابزار در درجه اول به موتور بستگی دارد. این درست است، اما فقط تا حدی. به عنوان مثال، واحدهای دوک ماشین‌های برش دارای محدوده فرکانس چرخش خاص خود هستند که شرایط محدودی را برای سرعت برش ایجاد می‌کنند. اما درک این نکته مهم است که این محدوده بیشتر تابعی از تنظیم نرخ پردازش بهینه با پشتیبانی از دقت کافی بالا است.

یکی دیگر از عملکردهای کلیدی دوک، نگه داشتن مستقیم ابزار ماشینکاری و در برخی موارد خود قطعه کار است. برای این نوع بست از گیره ها و گیره های مخصوص مانند جا ابزار و کارتریج استفاده می شود. بنابراین، هنگام انتخاب ابزار با توجه به ابعاد ساق و تعیین پارامترهای مجاز فرآیند ماشینکاری، باید ویژگی های دوک را در نظر گرفت.

طراحی ShU

در طول توسعه راه حل طراحی برای اسپیندل موتور، مجریان وظیفه باید بر روی حداکثر کاهش بارهای دینامیکی و ارتعاشی روی مکانیسم تمرکز کنند. دستیابی به این کیفیت کارگروه مستقیماً بر دوام دستگاه و کیفیت پردازش تأثیر می گذارد. به همین دلیل، مونتاژ دوک به طور فزاینده ای در حال افزایش استبه عنوان یک دستگاه مستقل در یک محفظه جداگانه طراحی شده است که به آن headstock می گویند.

موارد زیر به عنوان داده های اولیه برای الگوریتم طراحی در نظر گرفته شده است:

• قدرت.
• دقت چرخش.
• سرعت.
• حداکثر گرمایش برای ساپورت ها.
• مقاومت در برابر لرزش.
• سفت.

بر اساس پارامترهای اولیه، یک طرح ساختاری، جزئیات چیدمان و مواد ساخت انتخاب می شود. نوع ماشین آینده نیز بر انتخاب راه حل های طراحی خاص تأثیر دارد. به عنوان مثال، طراحی مجموعه های دوک برای تجهیزات ماشینکاری با دقت بالا بر اساس طرح یاتاقان های هیدرودینامیکی است که می تواند دقت عمل مکانیکی را در محدوده 0.5 تا 2 میکرون تضمین کند. مخصوصاً برای واحدهای پرسرعت با سر سنگ زنی داخلی، از بلبرینگ های کشویی مخصوص استفاده می شود که نیاز به روغن کاری هوا دارند. به طور معمول، اصول ساخت پایه دوک با تأکید بر پشتیبانی از سرعت های پردازش بالا از 600 دور در دقیقه برای دستگاه های حفاری الماس و دستگاه های برش فلز جهانی استفاده می شود. پارامترهای قطعات برای پشتیبانی از سرعت های پایین به طور سنتی برای ماشین های فرز، برجک و حفاری محاسبه می شود. در اینجا قانون اعمال می شود، هر چه دقت عمل مکانیکی ظریف تر باشد، گشتاور باید در دوک بیشتر باشد. برای خشن کردن و برش پیچیده، از پیکربندی‌های RPM کم استفاده می‌شود.

محاسبه مجموعه دوک

Bسفتی به عنوان مشخصه اصلی طراحی در نظر گرفته می شود. این به عنوان شاخصی از جابجایی های الاستیک در منطقه پردازش تحت کل نیروی عامل ناشی از تغییر شکل الاستیک خود اسپیندل با عناصر حمایت کننده آن بیان می شود. همچنین از استحکام برای مشخص کردن مجموعه‌های با بارهای سنگین استفاده می‌شود و برای هدستاک‌های RPM بالا، حداقل مقدار رزونانس، یعنی مقاومت در برابر لرزش بالا، یک عامل کلیدی در پردازش موفق خواهد بود.

عملاً تمام مجموعه های دوک برای دستگاه های برش فلز به طور جداگانه برای دقت برش محاسبه می شوند. این محاسبه برای یاتاقان ها بر اساس ضریب خروج شعاعی انتهای دوک انجام می شود. مقدار خروجی مجاز به کلاس دقت طراحی بستگی دارد که در تعریف آن طراحان از الزامات فرآیند ماشینکاری استفاده می کنند.

شاخص خروج شعاعی در سطح داخلی حلقه یاتاقان به خروج از مرکز آن و خطاهای مسیرها با عناصر غلتشی بستگی دارد. این پارامتر دقت از طریق اثر ضربان به اصطلاح سرگردان بیان می شود. در فرآیند کنترل بلبرینگ، انطباق آنها با استانداردهای تعیین شده مشخص می شود و پس از آن، در صورت تشخیص انحراف، می توان محصولات را برای تجدید نظر ارسال کرد. از جمله اقدامات برای بهبود بیشتر دقت یاتاقان ها برای مجموعه اسپیندل در هنگام مونتاژ، موارد زیر قابل تشخیص است:

• خارج از مرکز حلقه های داخلی و ژورنال های بلبرینگ در جهت مخالف هستند.
• غیر از مرکز حلقه های بیرونی یاتاقان وسوراخ های بدن نیز در جهت مخالف قرار می گیرند.
• هنگام نصب برون محوری حلقه های داخلی یاتاقان های قسمت های عقب و جلو، آنها باید در یک صفحه نگه داشته شوند.

ShU Performance

سفت و دقت مجموعه شاخص های مهم فنی و فیزیکی اسپیندل محدود نمی شود. از دیگر ویژگی‌های مهم این مکانیسم، شایان ذکر است:

• مقاومت در برابر لرزش. توانایی SHU برای ارائه چرخش پایدار بدون نوسان. حذف کامل اثر ارتعاش غیرممکن است، اما به لطف محاسبات طراحی دقیق، می توان با کاهش اثر منابع ارتعاشات عرضی و پیچشی، مانند نیروهای ضربانی در ناحیه پردازش و گشتاور در درایو ماشین، آن را به حداقل رساند.
• سرعت. مشخصه سرعت مجموعه دوک، منعکس کننده تعداد دور در دقیقه مجاز برای شرایط عملیاتی بهینه است. به عبارت دیگر حداکثر سرعت چرخش مجاز که با کیفیت ساختاری و تکنولوژیکی محصول تعیین می شود.
• بلبرینگ گرمایش. تولید گرمای شدید یک عامل مشتق طبیعی در حین ماشینکاری با سرعت بالا است. از آنجایی که گرمایش می تواند منجر به تغییر شکل پایه عنصر شود، این شاخص باید در طول طراحی محاسبه شود. حساس ترین جزء مجموعه به گرما یاتاقان است که تغییر شکل آن می تواند عملکرد اسپیندل را مختل کند. به منظور کاهش فرآیندهای تغییر شکل حرارتی، تولیدکنندگان بایدبه هنجارهای گرمایش مجاز حلقه های یاتاقان خارجی پایبند باشید.
• ظرفیت باربری. از طریق ضریب عملکرد یاتاقان‌های اسپیندل تحت شرایط حداکثر بارهای ساکن مجاز تعیین می‌شود.
• ماندگاری. نشانگر زمان که تعداد ساعات کارکرد محصول را قبل از تعمیر اساسی نشان می دهد. به شرطی که سفتی محوری و شعاعی مجموعه دوکی متعادل باشد، دوام می تواند به 20 هزار ساعت برسد. حداقل زمان خرابی دو و پنج هزار ساعت است که به ترتیب برای ماشین های سنگ زنی و آسیاب داخلی معمول است.

مواد برای ساخت SHU

انتخاب مواد برای پایه عنصر اسپیندل نیز عاملی برای اطمینان از خواص فنی و عملیاتی خاص تجهیزات است. در واحدهای لپینگ، رزوه کاری و حفاری، بر محافظت در برابر اثرات گشتاور تأکید می شود و به عنوان مثال مجموعه دوک ماشین فرز بر اساس اثرات ممان خمشی مونتاژ می شود. در هر مورد، ماده باید مقاومت سایش کافی بر روی سطح محرک و همچنین روی ژورنال بلبرینگ داشته باشد. ثبات شکل و ابعاد شرط اصلی برای عملکرد مناسب محصول است که تا حد زیادی به ویژگی های درجه مواد مورد استفاده بستگی دارد.

در ماشین‌هایی با کلاس‌های دقت H و P، از دوک‌های ساخته شده از آلیاژهای فولادی با گریدهای 40X، 45، 50 استفاده می‌شود. در برخی موارد، تصمیمات طراحی ممکن استنیاز و پالایش ویژه فلز با سخت شدن با عمل حرارتی القایی. معمولا سخت شدن محصولات با سخت شدن بر روی سطوح عملکرد و ژورنال های یاتاقان به عنوان مهم ترین قسمت های قطعه اعمال می شود.

برای عناصری با شکل پیچیده با سوراخ های مخروطی، شیارها، فلنج ها و انتقال های پلکانی، از فولاد با حجم سخت شده استفاده می شود. این فناوری پردازش فقط برای قطعات کاری مجاز است که از آنها برنامه ریزی شده است تا قسمت های جلویی مجموعه های دوک ماشین را با کربورسازی بعدی تولید کنند. در این مورد از فولادهای 40XGR و 50X استفاده می شود.

تجهیزات با کلاس های دقت A و B با دوک های ساخته شده از فولاد درجه های 18KhGT و 40KhFA، نیترید شده عرضه می شود. فرآیند تصفیه نیتروژن برای افزایش سختی قطعه و همچنین حفظ شکل و ابعاد اصلی مورد نیاز است. افزایش استحکام و پایداری ساختاری یک پیش نیاز برای دوک های مورد استفاده در سیستم های با اصطکاک سیال است.

در چیدمان ساده شده اتاق کنترل، الزامات مواد چندان زیاد نیست. عناصری با اشکال ساده را می‌توان از فولادهای 20Kh، 12KhNZA و 18KhGT ساخت، اما حتی در این مورد، قسمت‌های خالی در ابتدا در معرض خاموش کردن، کربوه کردن و تمپر کردن قرار می‌گیرند.

مدل های سازه ای ShU

سهم اصلی مکانیزم های دوکی مورد استفاده در ماشین ابزارهای مدرن دارای دستگاه دو بلبرینگ است. این پیکربندی از نظر بهینه سازی تجهیزات و راحتی سازمان فنی بهینه است.فرایند تولید. با این حال، شرکت های بزرگ نیز از مدل هایی با پشتیبانی اضافی از ستون سوم استفاده می کنند.

پیکربندی‌های قرارگیری بلبرینگ نیز از نظر روش‌های پیاده‌سازی مبهم هستند. امروزه گرایش هایی به سمت انتقال عملکردهای تنظیمی حیاتی به ناحیه سر استوک وجود دارد که تاثیرات اثرات حرارتی را کاهش می دهد. در مدل های ساده مجموعه دوک از رولبرینگ ها استفاده می شود که همچنین خطر تغییر شکل ناشی از تولید گرما را به حداقل می رساند و راندمان تنظیم را افزایش می دهد. در عین حال، همراه با افزایش صلبیت و افزایش دقت چرخش، چنین مکانیزم هایی در قالب کاهش سرعت دارای اشکال هستند. بنابراین، این پیکربندی برای ماشین‌های تراش با سرعت کم مناسب‌تر است.

واحدهای سنگ زنی با سرعت آهسته نیز به بلبرینگ های غلتکی در قسمت پشتیبانی جلو مجهز شده اند و قسمت عقب با عناصر تماس زاویه ای دوبلکس ارائه شده است. به طور خاص، به این صورت است که واحدهای دوک در طراحی ماشین‌های آسیاب دایره‌ای و داخلی پیاده‌سازی می‌شوند. برای ساده کردن سیستم عملکردی واحد، بلبرینگ های غلتکی مخروطی نیز اجازه می دهد. چنین راه حلی در رابطه با واحدهای فرز، نیاز به شامل یک گروه یاتاقان محوری را از بین می برد. در نتیجه، حاشیه بهینه سفتی حفظ می‌شود، اما مشکلات تولید گرما با گشتاور محدود به جایی نمی‌رسد.

کنترل کیفیت محصول

پس از مونتاژ سر استاک، ترخیص پیش بار گروه بلبرینگ بررسی می شود. این عملیاتبرای ارزیابی آمادگی مکانیزم برای بار کاری تمام عیار ضروری است. بررسی با بارگیری دستگاه با جک و دینامومتر انجام می شود. اندازه‌گیری‌ها مستقیماً با دستگاه‌های نشانگر از جمله سرهای اندازه‌گیری، سنسورها، میکروکاترها و غیره انجام می‌شود. هنگام اصلاح یک تغییر بار پله، نموداری از جابجایی انتهای دوک ساخته می‌شود.

سفتی مجموعه دوک چرخشی با عناصر نگهدارنده با روش اندازه گیری دو نقطه ای کنترل می شود. ابتدا دو نقطه کنترل در قسمت خطی منحنی بار تنظیم می شود. علاوه بر این، داده های تغییر شکل برای هر خط ثبت می شود، پس از آن مقایسه انجام می شود. به عنوان شاخص های استاندارد، می توان از مقادیر طراحی و ارقام مربوط به الزامات فنی عمومی برای دستگاه استفاده کرد. علاوه بر این، داده های پیچیده برای مقایسه، به دست آمده در نتیجه آزمایش ها، باید در قالب مقادیر میانگین حسابی ارائه شوند. به همین ترتیب، اندازه گیری بارهای محوری و شعاعی با تثبیت شکاف های ایجاد شده بین یاتاقان ها انجام می شود.

اگر انحراف از مقادیر استاندارد تشخیص داده شود، ترخیص پیش بارگذاری تنظیم می شود. هنگام تعمیر مجموعه های دوک تراش برای چنین کارهایی، از تکنیک گرمایش تکیه گاه ها استفاده می شود. تحت شرایط قرار گرفتن در معرض حرارتی دماسنج ها و ترموکوپل ها در یک محدوده خاص، مهره ها سفت و تنظیم می شوند.

مهر و موم برای مکانیسم SHU

ترکیب هدستاک شامل ومهر و موم های ویژه ای که خواص عایق و آب بندی مکانیسم را افزایش می دهد. این برای چیست؟ از آنجایی که جریان کار ماشین تراش با انتشار حجم زیادی از ضایعات ریز در شرایط روانکاری همراه است، گرفتگی قطعات عملکردی رایج است. بر این اساس، هنگام مونتاژ مجموعه دوک باید وسایلی تهیه شود که عناصر کار را از گرد و غبار، خاک و رطوبت محافظت کند. درزگیر برای همین است. به عنوان یک قاعده، این یک ماده مصرفی به شکل یک حلقه است که با استفاده از یک کمربند مرکزی روی دوک نصب می شود. در حین کار مکانیسم، تعویض دوره ای آن یا تنظیم موقعیت مورد نیاز است. در شرایط افزایش آلودگی خارجی، می توان از یک حلقه لغزش محافظ نیز استفاده کرد. اگر دستگاه با سرعت متوسط یا پایین کار می کند، درزگیر نیز باید ثابت شود.

SHU Maintenance

وظیفه اصلی پرسنل در حین کار سر استاک نظارت بر روانکاری قطعات آن است. این کار معمولاً با پاشیدن روی سطوح چرخ دنده ها، پروانه ها و اجزای دیسک انجام می شود. ترکیب بهینه برای این نوع روان کننده باید دارای شاخص ویسکوزیته 20 در دمای 50 درجه سانتیگراد باشد. طرح های مجموعه دوک فرز امکان هدایت روغن را به داخل یاتاقان از طریق کلکتور یا مستقیماً به گروه کاری فراهم می کند. علاوه بر این، بخشی از روغن حتی پس از اتمام جلسه کاری باید باقی بماند. مایع آلوده قدیمی با یک مایع جدید جایگزین می شود.برای ساده‌تر کردن فرآیند پر کردن در ماشین‌های مدرن، عرضه روغن در گردش به طور همزمان به گیربکس و اسپیندل در حالت اتوماتیک با تخلیه توده زباله سازماندهی می‌شود.

علاوه بر به روز رسانی روغن، حفظ شرایط فنی مکانیزم ضروری است. مشکلات فنی و ساختاری می تواند به دلیل گرمای بیش از حد، تغییر شکل بیش از حد، ارتعاشات زیاد یا اتصال کوتاه بین چرخش ایجاد شود. یک تعمیر معمولی مجموعه های اسپیندل به عنوان بخشی از فرآیند تولید ممکن است تعویض قطعات آسیب دیده، مواد مصرفی یا بازسازی صندلی ها باشد. به عنوان مثال، هنگام تغییر شکل یا نصب عناصر جدید، گاهی اوقات اصلاح اضافی سوکت ها یا خود قطعات با تیز کردن، آسیاب کردن، لپ کردن یا ساختن مورد نیاز است.

تولید SHU در روسیه

برخی از اجزای دوک مورد نیاز برای تکمیل ماشین‌ابزار توسط سازندگان داخلی با تکیه بر پیشرفت‌ها و تجربه صنعت شوروی در کارخانه‌های ماشین‌ابزار خودشان تولید می‌شوند. عملاً هیچ مشکلی در ساخت مجموعه‌های دوک درایو معمولی برای یک ماشین فرز یا واحدهای تراشکاری که روی ماشینکاری با دقت بالا متمرکز نیستند وجود ندارد. با این حال، الکترواسپیندل های مدرن با فناوری پیشرفته در روسیه فقط به صورت قطعات و بر اساس قطعات وارداتی تولید می شوند. این محدودیت‌ها نه تنها به فقدان فناوری‌های پیشرفته در این زمینه، بلکه با کمبود نیروی انسانی واجد شرایط که باید مشکلات مهندسی و تولید را حل کنند، مرتبط است.

نتیجه گیری

دوک یکی از اجزای عملکردی اصلی انواع مختلف ماشین ابزار است. دقت انجام عملیات کار، ارگونومی کنترل تجهیزات و کارایی تنظیم پتانسیل قدرت مکانیزم درایو به کیفیت عملکردهای اصلی آن بستگی دارد. بنابراین توجه به ویژگی های مجموعه دوک در ماشین تراش بسیار مهم است. و این نه تنها برای بخش صنعتی، که در آن عملیات ماشینکاری خطی انجام می شود، صدق می کند. یک استاد خانه معمولی که عملیات ساده ای را در یک گاراژ یا خانه روستایی انجام می دهد باید دانش اولیه در مورد هدستاک نیز داشته باشد. مهارت در کار با مکانیزم دوک، عملکرد را قابل اعتمادتر و تعمیر و نگهداری دستگاه را مقرون به صرفه تر می کند.