Ультрапрецизионные аэростатические шпиндельные узлы
Отсутствие трения покоя и крайне малое трение вращения позволяет получить высокую точность и плавность вращения при малом тепловыделении.
Разработаны конструктивные решения, для прецизионного регулирования положения оси шпинделя, обеспечивающие смещения:
- в радиальном направлении в диапазоне ±1,5 мм с точностью до 10 нм;
- в осевом направлении в диапазоне ± 2 мкм с точностью до 10 нм;
- угол перекоса оси в диапазоне ± ~1000 угл. сек. с точностью 0,03 угл. сек.
Применение самоустанавливающихся сферических аэростатических подшипников способствует уменьшению уровня биений и позволяет получить меньшую величину аэростатического зазора, чем в аэростатических шпиндельных узлах других конструкций. За счёт малой величины зазора и использования пористых ограничителей наддува можно получить высокие жёсткости и частоты свободных колебаний при исключении автоколебательных режимов работы.
Величина биений оси шпинделя ориентировочно менее 20…100 нм. До последнего времени оценка биений выполнялась косвенно по измерениям профиля заготовки после алмазного точения. Наилучшие результаты получены при точении алюминиевого цилиндра с диаметром 50 мм: отклонение от круглости 7…40 нм (различные значения на разных окружностях одной цилиндрической заготовки), 14 класс шероховатости. Осевые биения при фрезеровании плоских деталей летучим алмазным резцом, расположенным на радиусе 330 мм, приводили к отклонениям от плоскости менее 0,5 мкм при шероховатости Rz 1 нм. В настоящее время внедряется система для определения биений оси с точностью по стандартам ASME B89 точностью менее 50 нм.
За счёт применения материалов с одинаковым коэффициентом температурного расширения характеристики шпиндельного узла не чувствительны к равномерному изменению температуры в диапазоне от минус 20 град С до плюс 50 град С.
|
|
АШ-120 |
АШ-120С |
АШ-1604 |
АШ-180 |
АШ-300 |
|
Максимальный диаметр фланца, мм |
118 |
118 |
160 |
180 |
300 |
|
Радиальные и осевые биения оси, мкм |
<0,5…1 |
||||
|
Максимальная скорость со штатным приводом, об∙мин-1 |
1000 |
3000 |
4500 или 9000 |
3000 |
1500 |
|
Максимальный момент электродвигателя3, Н⸱м |
70 |
2,5 |
7,5 или 8 |
2,5 |
21 |
|
Максимальный момент электродвигателя с водяным охлаждением3, Н⸱м |
170 |
- |
35 |
- |
- |
|
Работа в режиме позиционирования |
да |
нет |
|||
|
Длина корпуса шпиндельного узла1, мм |
200 |
200 |
350 |
273 |
400 |
|
Диаметр корпуса шпиндельного узла, мм |
300 |
300 |
275 |
280 |
475 |
|
Допускаемая статическая нагрузка на фланце, кГс - радиальная -осевая |
30 55 |
30 55 |
120 120 |
16 100 |
220 >600 |
|
Жёсткость шпинделя на фланце, кГс/мкм -радиальная -осевая |
8 5,5 |
8 5,5 |
40 40 |
7 30 |
85 >120 |
|
Частоты собственных колебаний шпинделя, Гц -радиальная -осевая -перекос оси |
674 580 900 |
674 580 900 |
480 550 500 |
130 180 150 |
>230 >200 >250 |
|
Расход не более2, н. л./мин |
45 |
45 |
50 |
75 |
60 |
|
Максимальное давление подачи воздуха, бар |
10 |
10 |
12 |
12 |
12 |
|
Моменты инерции 1, кг·мм2 осевой радиальный |
1.2e4 4.2e4 |
1.2e4 4.2e4 |
6.0e4 3.9e5 |
6.6e4 14e4 |
115e4 404e4 |
|
Вес ротора1, кг |
9 |
9 |
26 |
22 |
150 |
|
Вес шпиндельного узла1, кг |
7,8 |
7,8 |
68 |
127 |
270 |
|
Минимальная стоимость, тыс. р. |
По запросу |
от 10001 |
|||
2 – жёсткость, частоты колебаний шпинделя и расход увеличиваются при увеличении давления подачи воздуха. Указанные значения соответствуют давлению подачи воздуха 8 бар.
3 – предусмотренный электродвигатель может быть заменён по желанию заказчика
4 – шпиндельный узел на стадии разработки
Модификация по требованиям заказчика
По согласованию с заказчиком возможна модификация разработанных шпиндельных узлов для расположения монтажных отверстий, повышения несущей способности.
Возможно изготовление привода прямого действия с большим крутящим моментом по требованию заказчика.
Возможна разработка нового аэростатического шпиндельного узла по техническим требованиям заказчика.
Варианты комплектации
В качестве опций шпиндель оснащается встроенным синхронным электродвигателем, системой водяного или воздушного охлаждения, системой управления скоростью вращения или положения, системой подачи воздуха. Обычно после изготовления шпиндельный узел проходит заводскую балансировку и приемочные испытания с контролем жесткости, частот свободных колебаний, радиальных или осевых биений оси.
Требования к условиям эксплуатации
1. Подаваемый воздух должен очищаться от влаги и пыли. Рекомендуется двухуровневая очистка: первая ступень очистки от частиц до 1...5 мкм и вторая ступень очистки от частиц 0,01...0,02 мкм.
2. Несмотря на нечувствительность с постоянному изменению температуры поворотный стол не желательно подвергать резкому перепаду температур, особенно при вращении, во избежание образования конденсата или заклинивания шпинделя из-за температурных деформаций.
3. Во время вращения опасны удары, сопоставимые по силе с 5…10% предельной статической нагрузки.
4. После каждого монтажа оборудования на шпиндель рекомендуется проведение балансировки, если планируется его вращение со скоростью более 30% от максимальной скорости вращения.
