6.15. Об автоматизированном проектировании шпиндельного узла
Автоматизация проектирования шпиндельного узла дает возможность ускорить расчетно-конструкторские работы и повысить их качество. Одна из систем автоматизированного проектирования, разработанная Экспериментальным научно-исследовательским институтом металлорежущих станков [ 34, 50], состоит из подсистем проектировочного расчета шпиндельного узла, проверочных расчетов и графического отображения. В результате конструктор получает не только основные формы и размеры узла, но и ряд рабочих характеристик: быстроходность, статическую жесткость, частоту собственных колебаний, потери на трение в опорах, биение оси шпинделя и др.
Возможны разные способы проектирования шпиндельного узла. Один из них состоит в том, что на ЭВМ определяют основные формы, размеры и рабочие характеристики нескольких вариантов шпиндельного узла, по желанию конструктора корректируют размеры, производят повторный расчет и выбирают наилучший вариант. Другой способ включает эскизное проектирование узла конструктором, корректировку некоторых размеров в результате расчета на ЭВМ, определение рабочих характеристик. Третий способ проектирования предполагает разработку конструктором эскизов нескольких вариантов узла, расчет их на ЭВМ и выбор наилучшего.
Рассмотрим элементы версии системы на базе ЭВМ СМ-4 в режиме диалога с выводом основных размеров и рабочих характеристик на дисплей или печать. Шпиндельный узел условно делят на подузлы: передний конец шпинделя; передняя опора; межопорный участок; задняя опора; привод вращения.
Исходными данными являются: код переднего конца шпиндели; его номер; код передней опоры; код смазочной системы; максимальная частота вращения шпинделя; код запаса по частоте вращения; толщина стенки шпинделя под передней опорой; код задней опоры; число ступеней диаметра на межопорном участке шпинделя; толщина стенки шпинделя под задней опорой; код привода.
Код переднего конца шпинделя в виде двузначного числа характеризует его тип (рис. 6.21) , а номер зависит от размера переднего конца по стандарту. Если в таблице кодов и номеров нет соответствующих данных, в ЭВМ вводят размеры, показанные на рис. 6.21. Код опоры вводится конструктором в зависимости от выбранного им типа опоры. Область поиска оптимального межопорного расстояния задается с помощью двух коэффициентов. Один из них представляет собой отношение минимального межопорного расстояния к вылету шпинделя (консоли). Его принимают равным 2,5. Другой коэффициент — это отношение наибольшего межопорного расстояния к диаметру передней шейки. Его берут равным 4...6.
При автоматизированном проектировании отдельными программами формируются передний конец, передняя опора, межопорный участок, задняя опора, приводной элемент (рис, 6.22), Программы формирования переднего конца, передней и задней опор по заданным кодам осуществляют запросы в соответствующие автоматизированные справочники (рис. 6.23). С целью получить наибольшую жесткость диаметр передней опоры выбирается максимально возможным. Затем диаметры опор проверяют по параметру быстроходности. Расчетный диаметр межопорной части принимается равным половине суммы диаметров передней и задней опор.
Для последующего расчета автоматически формируются три расчетные схемы шпиндельного узла с различным приложением нагрузки от приводного элемента. В наиболее общем случае шпиндель представляется как балка на ,четырех точечных опорах (рис. 6.24). Производятся оптимизация межопорного расстояния и положения приводного элемента, а также расчет узла на жесткость. Исходя из передаваемой мощности, частоты вращения ведущего шкива, частоты вращения шпинделя, производится расчет ременной передачи. Если требуется скорректировать размеры спроектированного узла и на экране появляется вопрос "Какие размеры шпинделя менять?", необходимо ввести одну из команд DP, DS, DZ, G0 , LF, LZ, LI, L2, L4, L8, L9, смысл которых понятенпорис.6.24. Все программы, образующие систему, могут работать не только в системе, но и автономно.
