Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

Космынин А.В., Щетинин В.С., Иванова Н.А.

Высокоскоростная обработка (ВСО) материалов является приоритетным направлением развития современной технологии машиностроения. Например, при высокоскоростном фрезеровании инструментальных сталей высокой прочности производительность увеличивается в три раза, а алюминиевых сплавов в 10 раз.

Актуальной проблемой для успешной реализации всех преимуществ ВСО является разработка опор шпиндельных узлов (ШУ). В современных конструкциях высокоскоростных ШУ применяют опоры качения, гидростатические, гидродинамические, электромагнитные и газостатические подшипники. Каждый из этих типов опор имеет свои преимущества и недостатки, которые и определяют область их рационального использования.

Так, для подшипников качения предельная быстроходность составляет всего 1,4·106 мм·мин-1. Кроме того, потеря заданной точности вращения наступает после 1000...2000 часов работы ШУ, что связано с износом тел качения и колец подшипников. Применение электромагнитных опор ведет к росту быстроходности до 4·106 мм·мин-1. Однако при этом возрастает стоимость шпиндельного узла из-за необходимости использования сложной электронной аппаратуры и дополнительных периферийных компонентов. Недостаток опор скольжения с жидкой смазкой, состоит в значительном выделении тепла в результате относительного скольжения слоёв смазки, поскольку мощность, затрачиваемая на трение, пропорциональна вязкости смазки и квадрату скорости вращения.

Шпиндельные газостатические опоры способны развить быстроходность до 2,5·106 мм·мин-1 и обеспечить точность вращения шпинделя, равную 0,02...0,04 мкм. Преимущества высокоскоростных шпинделей на газовых опорах состоит в простоте конструкции и независимости от температурных режимов. Главным недостатком газовых подшипников является невысокая несущая и демпфирующая способность смазочного слоя, что при повышенных силах резания ведёт к снижению точности обработки и возможной потери устойчивой работы подшипника.

Дальнейшее повышение несущей способности бесконтактных опор возможно с использованием комбинированных сил. Это могут быть газостатические подшипники с электромагнитными силами. Использование электромагнитной силы в газостатическом подшипнике позволяет создать дополнительную силу, суммарный вектор которой противоположно направлен силе резания.

В настоящие время в КнАГТУ разработаны и введены в эксплуатацию стенды для исследования характеристик газомагнитной опоры и шпиндельного узла на газомагнитных опорах. Так, зондирующие стендовые статические испытания газомагнитного подшипника показали на повышение его несущей способности до двух раз по сравнению с аналогичными газостатическими подшипниками. Продолжаются работы по исследованию выходных характеристик и оптимизации конструкции шпиндельного узла на газомагнитных опорах, а также по повышению устойчивости вращения шпинделя.