יחידת ציר מפנה: מאפייני ביצועים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

הציר של כלי מכונה מוצג בדרך כלל כאחד המרכיבים של מנגנון ההנעה האחראי לקיבוע ועיצוב חומר העבודה. יחד עם זאת, הממשק שלו עם תחנת הכוח, החלק הנושא וציוד העבודה של היחידה הוא כה הדוק עד שאנו יכולים לדבר על כל התשתית של חלק זה. כך או אחרת, יש להתייחס למכלול הציר (SHU) כמנגנון בסיסי אחראי של המכונה, המספק את הפונקציה של העברת מומנט ומכוון את כוח העיבוד.

סקירת מוצר

מנגנון זה נקרא גם ציר מנוע ומהווה את אחת מיחידות ההרכבה המרכזיות של מכונות מודרניות לעיבוד עץ ומתכת. הביצועים, ובמידה רבה אף יותר, הדיוק של ההשפעה המכנית על חומר העבודה תלויים במאפיינים שלו. כפי שכבר צוין, אנחנו מדברים על מכלול שלם של אלמנטים,מהווים את הבסיס ליחידות ציר. תומכים, מערכת סיכה, אטמים, העברת מומנט וחלקי מיסבים מהווים את הבסיס למנגנון זה. לרוב מדובר ברכיבים המבצעים פונקציות תומכות ועזר כדי להבטיח את פעולת הפייה בצורת כלי חיתוך.

מקובל בדרך כלל שפוטנציאל הכוח של כלי מכונות תלוי בעיקר במנוע. זה נכון, אבל רק חלקית. לדוגמה, ליחידות הציר של מכונות חיתוך מתכת יש טווח תדרים משלהן של סיבוב, מה שגורם לתנאים מגבילים למהירויות חיתוך. אבל חשוב להבין שטווח זה הוא יותר פונקציה של התאמת קצב העיבוד האופטימלי בתמיכה של דיוק גבוה מספיק.

עוד אחת מתפקידי המפתח של הציר היא אחיזה ישירה של כלי העיבוד, ובמקרים מסוימים של חומר העבודה עצמו. עבור סוג זה של הידוק, מהדקים מיוחדים משמשים, כמו מחזיק כלי ומחסניות. לכן, חשוב לקחת בחשבון את מאפייני הציר בעת בחירת כלי עבודה לפי מידות השוק וקביעת הפרמטרים המותרים של תהליך העיבוד.

ShU design

במהלך הפיתוח של פתרון התכנון לציר המנוע, מבצעי משימות צריכים להתמקד בהפחתה מקסימלית של עומסים דינמיים ורטט על המנגנון. השגת איכות זו של קבוצת העבודה משפיעה ישירות על עמידות המכונה ואיכות העיבוד. מסיבה זו, מכלול הציר הולך וגדלמעוצב כמכשיר עצמאי במארז נפרד, הנקרא headstock.

הנתונים הבאים נלקחים כנתונים ראשוניים עבור אלגוריתם העיצוב:

• Power.
• דיוק סיבוב.
• מהירות.
• חימום מקסימלי לתמיכות.
• התנגדות לרטט.
• קשיחות.

בהתבסס על הפרמטרים הראשוניים, נבחר תוכנית מבנית, פרטי פריסה וחומרי ייצור. לסוג המכונה העתידית יש השפעה גם על בחירת פתרונות עיצוב מסוימים. לדוגמה, התכנון של מכלולי ציר לציוד עיבוד דיוק גבוה מבוסס על פריסת מיסבים הידרודינמיים שיכולים להבטיח את הדיוק של פעולה מכנית בטווח שבין 0.5 ל-2 מיקרון. עבור יחידות מהירות במיוחד עם ראשי שחיקה פנימיים, משתמשים במיסבי הזזה מיוחדים, הדורשים שימון אוויר. בדרך כלל, העקרונות של בניית בסיס ציר עם דגש על תמיכה במהירויות עיבוד גבוהות מ-600 סל"ד משמשים למכונות קידוח יהלומים ומכונות אוניברסליות לחיתוך מתכת. הפרמטרים של רכיבים לתמיכה במהירויות נמוכות מחושבים באופן מסורתי עבור מכונות כרסום, צריח וקידוח. כאן חל הכלל, ככל שהדיוק של הפעולה המכנית עדין יותר, כך המומנט צריך להיות גבוה יותר בציר. עבור חיתוך וחיתוך מורכבים, נעשה שימוש בתצורות סל"ד נמוכות.

חישוב של מכלול הציר

Bקשיחות נחשבת כמאפיין העיצוב העיקרי. זה מתבטא כאינדיקטור לתזוזות אלסטיות באזור העיבוד תחת הכוח הפועל הכולל מהדפורמציה האלסטית של הציר עם האלמנטים התומכים שלו. חוזק משמש גם לאפיון מכלולים עמוסים בכבדות, ולגבי סל ד גבוהים, ערך תהודה מינימלי, כלומר עמידות גבוהה לרטט, יהיה גורם מפתח בעיבוד מוצלח.

כמעט כל מכלולי הציר למכונות חיתוך מתכת מחושבים בנפרד לצורך דיוק החיתוך. חישוב זה מתבצע עבור מיסבים המבוססים על מקדם היציאה הרדיאלי של קצה הציר. ערך היציאה המותר תלוי בדרגת דיוק התכנון, שבהגדרתה יוצאים המתכננים מהדרישות לתהליך העיבוד.

אינדקס היציאה הרדיאלית על המשטח הפנימי של טבעת המיסב תלוי באקסצנטריות שלה ובשגיאות של המסילות עם אלמנטים מתגלגלים. פרמטר דיוק זה בא לידי ביטוי באמצעות ההשפעה של מה שנקרא פעימה נודדת. בתהליך של בקרת נושאות נקבעת עמידתם בסטנדרטים שנקבעו, ולאחר מכן, אם מתגלות סטיות, ניתן לשלוח את המוצרים לתיקון. בין האמצעים לשיפור נוסף של דיוק המסבים עבור מכלול הציר במהלך ההרכבה, ניתן להבחין בין הדברים הבאים:

• האקסצנטריות של הטבעות הפנימיות ויומני המיסבים נמצאים בכיוונים מנוגדים.
• אקסצנטריות של טבעות מיסב חיצוניות וחורי גוף ממוקמים גם בכיוונים מנוגדים.
• בעת התקנת האקסצנטריות של הטבעות הפנימיות של המסבים של החלקים האחוריים והקדמיים, יש לשמור אותם על אותו מישור.

ShU Performance

סט קשיחות ודיוק של אינדיקטורים טכניים ופיזיים חשובים של הציר אינו מוגבל. בין שאר המאפיינים המשמעותיים של מנגנון זה, כדאי להדגיש:

• התנגדות לרטט. היכולת של ה-SHU לספק סיבוב יציב ללא תנודה. אי אפשר לבטל לחלוטין את אפקט הרטט, עם זאת, הודות לחישובי תכנון קפדניים, ניתן למזער אותו על ידי הפחתת ההשפעה של מקורות של רעידות רוחביות ופיתול, כגון כוחות פעימה באזור העיבוד ומומנט בהנעת המכונה.
• מהירות. מאפיין את מהירות מכלול הציר, המשקף את מספר הסיבובים לדקה המותרים למצב ההפעלה האופטימלי. במילים אחרות, מהירות הסיבוב המקסימלית המותרת, אשר נקבעת על פי האיכויות המבניות והטכנולוגיות של המוצר.
• מיסבי חימום. ייצור חום אינטנסיבי הוא גורם נגזר טבעי במהלך עיבוד שבבי במהירויות גבוהות. מכיוון שחימום יכול להוביל לעיוות של בסיס האלמנט, יש לחשב מחוון זה במהלך התכנון. הרכיב הרגיש ביותר לחום במכלול הוא המיסב, ששינוי צורתו עלול לפגוע בתפקוד הציר. על מנת להפחית תהליכי עיוות תרמי, היצרנים צריכיםהיצמדו לנורמות של חימום מותר של טבעות המיסבים החיצוניות.
• כושר נשיאה. נקבע באמצעות מקדם הביצועים של מיסבי ציר בתנאים של עומסים סטטיים מרביים המותרים.
• עמידות. מחוון זמן המציין את מספר שעות הפעולה של המוצר לפני שיפוץ. בתנאי שהקשיחות הצירית והרדיאלית של מכלול הציר מאוזנת, העמידות יכולה להגיע ל-20 אלף שעות. הזמן המינימלי עד לכשל הוא אלפיים וחמשת אלפים שעות, מה שאופייני למכונות שחיקה וטחינה פנימיות, בהתאמה.

חומרים להכנת SHU

בחירת חומרים לבסיס האלמנט של הציר היא גם גורם להבטחת מאפיינים טכניים ותפעוליים מסוימים של הציוד. ביחידות השחלה, הברגה וקידוח מושם דגש על הגנה מפני השפעות המומנט, ומכלול הציר של מכונת כרסום, למשל, מורכב על סמך השפעות של מומנטי כיפוף. בכל מקרה, החומר חייב להיות בעל עמידות בפני שחיקה מספקת על משטח ההפעלה וכן על מרכז המיסב. יציבות הצורה והמידות היא התנאי העיקרי לפעולה תקינה של המוצר, תלוי במידה רבה במאפיינים של דרגת החומר המשמש.

במכונות עם דרגות דיוק H ו-P, משתמשים בצירים העשויים מסגסוגות פלדה בדרגות 40X, 45, 50. במקרים מסוימים, החלטות עיצוב עשויותדורשים חידוד מיוחד של המתכת על ידי התקשות עם פעולה תרמית אינדוקציה. בדרך כלל התקשות של מוצרים על ידי התקשות מיושמת על משטחי הביצועים ויומני המיסב כחלקים הקריטיים ביותר של החלק.

לאלמנטים בעלי צורה מורכבת עם חורים חרוטיים, חריצים, אוגנים ומעברים מדורגים, נעשה שימוש בפלדה מוקשה בנפח. טכנולוגיית עיבוד זו מותרת רק עבור חלקי עבודה שמהם מתוכנן לייצר את החלקים הקדמיים של מכלולי ציר המכונה עם קרבוריזציה לאחר מכן. במקרה זה, נעשה שימוש בפלדות 40XGR ו-50X.

ציוד עם דרגות דיוק A ו-B מסופק עם צירים עשויים מדרגות פלדה 18KhGT ו-40KhFA, ניטריד. תהליך הטיפול בחנקן נדרש כדי להגביר את קשיות החלק, כמו גם לשמור על הצורה והמידות המקוריות. הגברת החוזק והיציבות המבנית היא תנאי מוקדם לצירים המשמשים במערכות עם חיכוך נוזלים.

בפריסה הפשוטה של חדר הבקרה, הדרישות לחומרים לא כל כך גבוהות. אלמנטים בעלי צורות פשוטות יכולים להיות עשויים מדרגות פלדה 20Kh, 12KhNZA ו-18KhGT, אך גם במקרה זה, החסר נתונים לכיבוי, קרבוריזה וטמפרור.

מודלים מבניים של ShU

לחלק העיקרי של מנגנוני הציר המשמשים בכלי מכונות מודרניים יש התקן דו-מיסבי. תצורה זו אופטימלית מבחינת ייעול הציוד ונוחות הארגון הטכני.תהליך ייצור. עם זאת, ארגונים גדולים משתמשים גם במודלים עם תמיכה נוספת מהעמוד השלישי.

תצורות מיקום המיסבים הן גם לא ברורות מבחינת שיטות היישום. כיום, קיימות מגמות להעברת פונקציות רגולטוריות קריטיות לאזור הראש, מה שמפחית את ההשפעה של השפעות תרמיות. בדגמים פשוטים של מכלול הציר, נעשה שימוש במיסבי גלילה, אשר גם ממזער את הסיכון לעיוותים כתוצאה מיצירת חום ומגביר את יעילות ההתאמה. יחד עם זאת, יחד עם עלייה בנוקשות ועלייה ברמת הדיוק של הסיבוב, למנגנונים כאלה יש חיסרון בצורה של ירידה במהירות. לכן, תצורה זו מתאימה ביותר למחרטות עם מהירויות נמוכות.

יחידות השחזה במהירות איטית מצוידות גם במיסבי גלילה בחלק התמיכה הקדמי, והצד האחורי מסופק עם דופלקס של רכיבי מגע זוויתיים. בפרט, כך מיושמות יחידות ציר בעיצובים של מכונות שחיקה מעגליות ופנימיות. כדי לפשט את המערכת הפונקציונלית של היחידה, מיסבי גלילה מחודדים מאפשרים גם. פתרון כזה ביחס ליחידות כרסום מבטל את הצורך לכלול קבוצת מיסבים צירים. כתוצאה מכך, מרווח קשיחות אופטימלי נשמר, אך יחד איתו הבעיות של ייצור חום עם מומנט מוגבל לא הולכות לשום מקום.

בקרת איכות המוצר

לאחר הרכבת ה-headstock, נבדק הטעינה המוקדמת של קבוצת המיסבים. המבצע הזההכרחי כדי להעריך את המוכנות של המנגנון לעומסי עבודה מן המניין. הבדיקה מתבצעת על ידי העמסת המכשיר בשקע ובדינמומטר. המדידות מתבצעות ישירות עם מכשירי מחוון, לרבות ראשי מדידה, חיישנים, מיקרו-קטרים וכו'. מכשיר המדידה מותקן על ה-headstock קרוב ככל האפשר למיסב הקדמי. בעת תיקון שינוי עומס מדרגה, נבנה גרף של תזוזות של קצה הציר.

הקשיחות של מכלול הציר המסתובב עם אלמנטים תומכים נשלטת בשיטת המדידה הדו-נקודתית. ראשית, שתי נקודות בקרה נקבעות על הקטע הליניארי של עקומת העומס. יתר על כן, נתוני דפורמציה נרשמים עבור כל קו, ולאחר מכן מתבצעת השוואה. כאינדיקטורים סטנדרטיים, ניתן להשתמש בערכי עיצוב ובנתונים מהדרישות הטכניות הכלליות למכונה. יתרה מכך, יש להציג נתונים מורכבים להשוואה, המתקבלים כתוצאה מבדיקות, בצורה של ערכים ממוצעים אריתמטיים. באותו אופן מתבצעות מדידות של עומסים צירים ורדיאליים תוך קיבוע של הרווחים הנוצרים בין המיסבים.

אם מתגלות סטיות מהערכים הסטנדרטיים, עומס-השחרור מותאם. בעת מתן שירות למכלולי הציר של מחרטה עבור משימות כאלה, נעשה שימוש בטכניקה של תומכי חימום. בתנאי חשיפה תרמית של מדי חום וצמדים תרמיים בטווח מסוים, האומים מהודקים ומותאמים.

חותמות למנגנון SHU

הרכב ה-headstock כולל ואטמים מיוחדים המגבירים את תכונות הבידוד והאטימה של המנגנון. לשם מה זה? מכיוון שזרימת העבודה של מחרטה קשורה לשחרור כמויות גדולות של פסולת עדינה בתנאי סיכה, סתימה של חלקים פונקציונליים היא שכיחה. בהתאם לכך, בעת הרכבת מכלול הציר, יש לספק מכשירים המגינים על רכיבי העבודה מפני אבק, לכלוך ולחות. בשביל זה נועד האיטום. ככלל, זהו חומר מתכלה בצורה של טבעת, אשר מותקן על הציר באמצעות חגורת מרכז. במהלך פעולת המנגנון נדרשת החלפה תקופתית או התאמת המיקום שלו. בתנאים של זיהום חיצוני מוגבר, ניתן להשתמש בנוסף בטבעת החלקה מגן. אם המכונה פועלת במהירויות בינוניות או נמוכות, יש לתקן גם את אטם השפתיים.

SHU Maintenance

המשימה העיקרית של הצוות במהלך פעולת ה-headstock היא לפקח על שימון חלקיו. זה נעשה בדרך כלל על ידי ריסוס על המשטחים של גלגלי שיניים מסתובבים, אימפלרים ורכיבי דיסק. ההרכב האופטימלי לסוג זה של חומר סיכה צריך להיות בעל אינדקס צמיגות של 20 כאשר מחומם ל-50 מעלות צלזיוס. העיצובים של מכלול ציר הכרסום מספקים אפשרות להפנות שמן לתוך המיסב דרך אספן או ישירות לקבוצת העבודה. יתר על כן, חלק מהשמן צריך להישאר גם לאחר סיום פגישת העבודה. הנוזל הישן המזוהם מוחלף בחדש.כדי לפשט את תהליך המילוי במכונות מודרניות, אספקת שמן במחזור מאורגנת בו-זמנית לתיבת ההילוכים ולציר במצב אוטומטי כאשר מסת הפסולת מתרוקנת.

בנוסף לעדכון השמן, יש צורך לשמור על המצב הטכני של המנגנון. בעיות טכניות ומבניות יכולות להיווצר עקב התחממות יתר, עיוות מוגזם, רעידות גבוהות או קצר חשמלי בין פניות. תיקון טיפוסי של מכלולי ציר כחלק מתהליך הייצור עשוי להיות החלפת חלקים פגומים, חומרים מתכלים או בנייה מחדש של מושבים. לדוגמה, בעת עיוות או התקנה של אלמנטים חדשים, נדרש לפעמים תיקון נוסף של השקעים או החלקים עצמם על ידי השחזה, שחיקה, חיכוך או בנייה.

הפקה של SHU ברוסיה

חלק ממרכיבי הציר הנדרשים להשלמת כלי מכונות מיוצרים על ידי יצרנים מקומיים במתקני כלי מכונות משלהם, תוך הסתמכות על ההתפתחויות והניסיון של התעשייה הסובייטית. אין כמעט בעיות בייצור של מכלולי ציר הנעה קונבנציונליים עבור מכונת כרסום או יחידות מפנה שאינן מתמקדות בעיבוד שבבי דיוק גבוה. עם זאת, electrospindles מודרניים היי-טק מיוצרים ברוסיה רק בחלקים ועל בסיס רכיבים מיובאים. מגבלות אלו קשורות לא רק בהיעדר טכנולוגיות מתקדמות בתחום זה, אלא גם במחסור בכוח אדם מוסמך שחייב לפתור בעיות הנדסה וייצור.

מסקנה

הציר הוא אחד המרכיבים הפונקציונליים המרכזיים של סוגים שונים של כלי מכונות. דיוק הביצועים של פעולות העבודה, הארגונומיה של בקרת הציוד ויעילות ויסות פוטנציאל הכוח של מנגנון ההנעה תלויים באיכות הפונקציות העיקריות שלו. לכן, כל כך חשוב לשים לב למאפיינים של מכלול הציר במחרטה בעת בחירתו. וזה תקף לא רק למגזר התעשייתי, שבו מתבצעות פעולות עיבוד שבבי. מאסטר בית רגיל שמבצע פעולות פשוטות במוסך או בבית כפרי צריך להיות גם בעל ידע בסיסי על ה-headstock. מיומנויות בטיפול במנגנון הציר יהפכו את הפעולה לאמינה יותר ואת תחזוקת המכונה לחסכונית יותר.