Алгоритм проектирования шпиндельного узла


 

Структурная модель системы проектирования шпиндельного узла представлена на рис. 5.16 [7].

 

1. Исходные данные
Класс точности станка Мощность Nmax, кВт Частота вращения nmax, мин-1 Диаметр шпинделя в первой опоре d, мм Тип системы смазки

2. Назначение численных значений проектных критериев
Точность Жесткость Нагрев опор Долговечность Себестоимость

3. Выбор типа опор
Подшипники качения Гидростатические подшипники Гидродинамические подшипники Подшипники с воздушной смазкой Магнитные подшипники

 


4. Выбор диаметра d (если не задан) d = (dn) табл./nmax   4а. Выбор компоновочной схемы
d = Nmax/(0,15 – 0,85)

 

5. Определение dк, dм, dз, а (проработка эскизного проекта)

 

6. Расчет межопорного расстояния lопт, коррекция l Расчет места расположения приводного элемента В

7. Расчет жесткости шпиндельных узлов или перемещения переднего конца шпинделя y

8. Расчет динамических характеристик Расчет точности опор и деталей шпиндельных узлов Расчет допусков на размер посадочных поверхностей Выбор и расчет уплотнений Расчет параметров системы смазки Тепловой расчет Расчет долговечности

9. Оформление технического и рабочего проектов

 

Рис. 5.16. Алгоритм проектирования шпиндельного узла

На первом этапе проектирования из технического задания выбираются исходные данные: группа станка; класс точности станка; мощность главного привода; максимальная и минимальная частоты вращения шпинделя; диаметр шпинделя в передней опоре и тип системы смазки (могут выбираться при проектировании или могут быть заданы) и устанавливаются проектные параметры.

Проектными параметрами называют неизвестные величины, значения которых определяются в процессе проектирования. Они подразделяются на независимые и зависимые переменные параметры, которые полностью и однозначно определяют конструкцию шпиндельного узла.

Исходя из системного подхода, проектирование направлено прежде всего на получение заданных требований к обработанной на станке детали.

Принимая станок за систему, а шпиндель с опорами за подсистему, структурными составляющими модели будут передняя и задняя опоры, привод, уплотнения, передняя консоль, элементы крепления, элементы системы смазки, механизм зажима заготовки или инструмента, элементы диагностики и автоматики, которые можно рассматривать как подсистемы более низкого ранга, а детали и их части и поверхности как элементы.

К независимым проектным параметрам относятся:

1. Компоновочные параметры: тип опор; число опор; компоновка опор (компоновочная схема); тип системы смазки.

Тип системы смазки опор и условия их работы, как правило, определяют конструкцию уплотнений опор.

2. Геометрические параметры: диаметр шпинделя в передней опоре (d); длина переднего конца шпинделя (а); межопорное расстояние (l); расстояние от передней опоры до приводного элемента (b).

3. Внутренние параметры: радиальный внутренний зазор-натяг опор качения (е); предварительный натяг опор качения (Ао); зазор-натяг посадки опор качения (Н); точность опор и сопряженных деталей; параметры опор скольжения.

К зависимым проектным параметрам относятся: диаметр шпинделя на переднем конце (dк); диаметр шпинделя между опорами (dм); диаметр шпинделя в задней опоре (d3) и диаметр шпинделя на заднем конце; диаметр отверстия в шпинделе (di) (см. рис. 5.16).

На втором этапе определяются проектные критерии.

Оценка качества проектируемого шпиндельного узла осуществляется по проектным критериям, которые выражаются в терминах цели системы, нахождение или оценка значений которых является целью поисковых операций. Общий набор основных проектных критериев следующий.

Точность вращения шпинделя. Характеризуется радиальным, осевым и торцовым биениями переднего конца шпинделя, круглостью и волнистостью обработанных на чистовых режимах образцов. Устанавливается по ГОСТу и по требуемой точности обработки деталей.

Жесткость. Различают радиальную и осевую, статическую и динамическую жесткость (j) на переднем конце шпинделя от действия сил резания и сил со стороны привода. Динамическая жесткость оценивается по величине, обратной радиус-вектору, снятому с АФЧХ упругой системы при определенной частоте w. Она разная на разных частотах w и характеризуется отношением амплитуды возмущающей силы, меняющейся по гармоническому закону, к амплитуде соответствующего перемещения. При w = 0 получаем статическую жесткость.

Для шпиндельных узлов современных токарных, фрезерных, расточных и некоторых шлифовальных станков с ЧПУ отношение передаваемой мощности к радиальной жесткости

 

.

Нагрев опор. Характеризуется температурой нагрева опор на максимальной частоте вращения.

С целью ограничения температурных деформаций ЭНИМС установил следующие допустимые значения температуры нагрева опор в зависимости от класса точности станка (табл. 5.7).

 

Таблица 5.7

 

Допустимые значения температуры нагрева наружного кольца подшипника качения в °С

 

Класс точности станка Н П В А С
Допустимая температура нагрева наружного кольца подшипника, °С

 

Виброустойчивость оценивается по амплитуде волнистости на обработанной поверхности, амплитуде колебаний корпуса шпиндельной бабки, максимальным количеством металла, срезаемого с заготовки в единицу времени без потери станком устойчивости, частотами собственных колебаний.

Виброустойчивость прямо зависит от динамической жесткости, которая в свою очередь зависит от статической жесткости и демпфирования.

Долговечность оценивается продолжительностью работы в часах до тех пор, пока показатели качества работы (точность, нагрев, виброустойчивость и др.) находятся в допустимых пределах.

Экономичность оценивается суммарными приведенными затратами на изготовление и эксплуатацию.

На третьем этапе проектирования выбирается тип опор шпинделя.

Выбирается прежде всего в зависимости от требуемой точности вращения шпинделя, точности обработки и частоты вращения.

Для выбора типа опор предложена табл. 5.8.

Согласно опыту промышленности и данным табл. 5.8 для высокоточных шпиндельных узлов (круглость обработанных образцов Dr ≤ 1,0 мкм), следует выбирать гидростатические подшипники при переменной частоте вращения шпинделя.

Для шпиндельных узлов, где требуется точность обработки в пределах 0,5 £ Dr £ 2 мкм, но при этом необходима большая долговечность узла при постоянной высокой частоте вращения, следует применять гидродинамические подшипники.

Таблица 5.8

 



Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 389;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.