- •Санкт-Петербург 2001 §§ Общие вопросы проектирования металлорежущих станков. § Стадии проектирования и подготовки станка к производству
- •Эскизный проект
- •Технический проект
- •Рабочий проект
- •§ Основные технико-экономические показатели станков и станочных систем
- •Максимальная производительность при обеспечении заданной точности.
- •Точность работы станка
- •Надёжность станков и станочных систем.
- •Гибкость станочного оборудования.
- •Простота, лёгкость и безопасность обслуживания и ремонта.
- •Низкая себестоимость изготовления деталей на станке.
- •Малые затраты на изготовление станка и малые эксплуатационные расходы.
- •Малая металлоёмкость и габаритные размеры.
- •§ Основные тенденции и перспективы развития станков и станочных комплексов
- •3. Применение вычислительной техники для автоматизации производства.
- •4. Унификация и нормализация.
- •Скоростная характеристика
- •2. Силовая характеристика.
- •Мощность электродвигателей главного движения
- •§ Проектирование привода главного движения в станках
- •§ Множительные структуры
- •§ Графическое изображение множительных структур
- •§ Оптимальный вариант множительной структуры
- •§ Коробки скоростей со сложенной структурой
- •§ Особые множительные структуры Применение сменных колёс
- •§ Коробки со связанными колёсами Принимаются для уменьшения количества зубьев колёс и основных размеров коробок скоростей.
- •§ Структуры с изменёнными характеристиками групп
- •§ Привод с бесступенчатым регулированием скорости
- •При этом должно выполняться условие: – диапазон регулирования привода, где Дд – диапазон регулирования двигателя, Дк – диапазон регулирования коробки скоростей.
- •§ Коробки скоростей с приводом от многоскоростных электродвигателей
- •Чаще всего применяют 2-х скоростные двигатели: 1500 – 3000, 750 – 1500, 500 – 1000; 3-х скоростные: 750 – 1500 – 3000 об/мин; 4-х скоростные: 375 – 750 – 1500 – 3000 об/мин.
- •§ Механизмы переключения передач в станках с чпу и с ручным переключением
- •§§ Шпиндельные узлы станков. § Основные проектные критерии
- •§ Конструкции шпиндельных узлов
- •§ Опоры шпиндельных узлов
- •§ Посадки сопряжённых поверхностей
- •§ Расчет шпиндельных узлов на жесткость
- •§ Расчет на жесткость шпинделя с учетом податливости опор
- •§ Подшипники скольжения шпинделей
- •Гидродинамические подшипники.
- •Гидростатические подшипники.
- •Опоры с газовой смазкой.
- •§§ Привод подач станков. § Основные проектные критерии приводов подач станков с чпу
- •§ Выбор типа электродвигателя
- •§ Выбор тягового устройства
- •§ Передача винт-гайка качения
- •§ Приводы подач с высокомоментными двигателями
- •§ Привода микроперемещений
- •§§ Несущая система станков. § Назначение несущей системы, основные проектные критерии
- •§ Материалы и конструктивные формы несущей системы
- •§ Жесткость стыков базовых деталей
- •§ Расчет на жесткость методом конечных элементов
- •§§ Направляющие станков. § Основные проектные критерии. Классификация направляющих
- •§ Направляющие скольжения
- •§ Расчет направляющих скольжения
- •§ Направляющие качения
- •§ Комбинированные направляющие качения-скольжения
- •§ Гидродинамические, гидростатические, аэростатические направляющие. Особенности конструкции
- •§§ Манипуляторы. § Манипуляторы для смены заготовок
- •§ Манипуляторы для смены инструментов
- •§ Проектирование и расчет манипуляторов
§ Посадки сопряжённых поверхностей
Они оказываются на величине и постоянстве предварительного натяга, а значит влияют на точность вращения шпинделя.
Вращающиеся (внутренние) кольца устанавливают с небольшим натягом (-2 ÷ -4 мкм); Наружные кольца – с натягом в низкоскоростных шпиндельных узлах, и с небольшим зазором высокоскоростных (при dnmax>2,5 · 105 мм·мин-1).
§ Расчет шпиндельных узлов на жесткость
Основным видом деформации шпиндельного узла является изгиб.
Опоры шпинделя в зависимости от их типа создают различные условия для поворота шпинделя при его изгибе.
Рассмотрим различные расчетные схемы.
Схема а) – балка на двух опорах.
Схема б) – шпиндель в осевом сечении не проворачивается.
Схема в) – подшипник скольжения создает момент реакции.
Схема г) – определяют погиб у1 при деформации шпинделя в пределах радиального зазора подшипников.
Если сила вызывает большую деформацию, то считают дополнительно у2 конца шпинделя.
Суммарный прогиб
Таким образом, различают следующие этапы расчета шпинделя на жесткость:
1. Составляют схему сил, действующих на шпиндель, и оценивают их
величину. К основным силам, которые надо учитывать относят:
- силы резания Рх, Ру, Рz;
- реакция от приводного колеса или шкива;
- предварительный натяг в подшипниках (для подшипников качения).
2. Определяют деформацию переднего конца, на котором закреплены инструмент или заготовка.
, где l – расстояние между опорами.
3. Определяют угол поворота конца шпинделя рад.
На величину деформации шпинделя и реакцию в опорах влияет положение приводного колеса, сцепленного с зубчатым колесом шпинделя.
I: R – результирующая сила, определяющая R1 и R2: R = P + Q
II: R = P – Q.
С точки зрения давления в передней опоре случай II лучше, т.к. реакция R1 меньше. С точки зрения прогиба I – выгоднее, т.к. y1 < y2.
Поэтому схему I чаще применяют в точных станках, а схему II – для черновой обработки.
§ Расчет на жесткость шпинделя с учетом податливости опор
Из расчета шпинделя на жесткость определяют главные размеры шпиндельного узла: d – диаметр шейки шпинделя в передней опоре и l – расстояние между опорами.
l и d определяются из расчета на прочность и затем проверяются расчетом диаметра и длины на жесткость.
Радиальное перемещение переднего конца шпинделя определяется по формуле:
где Ушп. – перемещение, вызванное изгибом тела шпинделя; Уоп. – перемещение, вызванное податливостью опор; Усдв. – перемещение, вызванное сдвигом от действия поперечных сил; Усдв. не более 3 – 6% от УΣ для шпинделей имеющих центральное отверстие, поэтому этой величиной часто пренебрегают.
Тогда
где а – величина вылета шпинделя (определяется стандартным размером переднего конца и размером уплотнений);
Е – модуль упругости материала шпинделя;
l– расстояние между опорами;
J1 и J2 – осевые моменты инерции сечения шпинделя соответственно консольной части и между опорами;
С1 и С2 – податливость передней и задней опор шпинделя;
3 – коэффициент, учитывающий наличие в передней опоре защемляющего момента.
Далее УΣ сравнивают с [Удоп] и в случае УΣ > [Удоп] назначают увеличение диаметра шейки переднего конца шпинделя и уменьшение длины.
Второй этап расчетов сводится к определению углов поворота концов шпинделя Θ и сравнению с [Θдоп.].
,
где Θх и Θу – углы поворота шпинделя в 2-х горизонтальных плоскостях.