28.Основные критерии работоспособности деталей станков. Методы их обеспечения.

1)Прочность- способность не разрушаться под действием нагрузки.

А)Расчет на статическую прочность (когда нагрузки стабильны)

;

Б) Динамический расчет

2) Жесткость- способность детали сохранять свою форму под действие нагрузок

; ; ,

3) Устойчивость- способность детали сохранять свою форму и положение под нагрузкой

4)Износостойкость - способность сопротивляться истиранию. Обеспечивается правильным выбором материала, режимов резания и вида смазки. При прочих равных условиях она определяется удельным давлением.

5) Виброустойчивость- способность сопротивляться возникновению вибраций и гасить их.

Обеспечивается за счет точности изготовления, расчетом, выбранных материалов, от уравновешенности. В конструкцию могут вводится виброгасители (активные и пассивные).

6)Термостойкость- способность сохранять свойства при изменение температуры, обеспечивается за счет правильного выбора материала.

29.Общая методика расчета деталей станков. Содержание проектного и проверочного расчетов.

Проектировочный расчет- определение геометрических параметров деталей.

Проверочный расчет- проверка работоспособности деталей по критериям.Проверочный расчет является уточненным; его производят, когда форма и размеры детали известны из проектировочного расчета или приняты конструктивно.

Стадии расчета:

1) Составление расчетной схемы

2) Определение величины , направления и характера силы

3) Расчет детали по конкретным критериям

Силы которые необходимо учитывать при расчете:

1) Движущие силы привода.

2)Силы резания (переменны по величине)

3) Силы трения (не всегда рассчитываются)

4) Инерционные нагрузки

5) Реакции на опорных поверхностях.

30. Базовые детали станков. Основные разновидности, назначение, предъявляемые требования. Станины станков. Материалы станин. Конструкции и расчет станин, назначение базовых деталей и направляющих

Базовые детали металлорежущих станков служат для создания требуемого пространственного размещения узлов, несущих инструмент и обрабатываемую деталь, и обеспечивают точность их взаимного расположения под нагрузкой. Совокупность базовых деталей между инструментом и заготовкой образует несущую сис­тему станка. К базовым деталям относят станины, основания, колонны, стойки, поперечины, ползуны, траверсы, столы, каретки, суп­порты, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и т. п.

По форме они условно могут быть разделены на три группы: бру­сья — детали, у которых один габаритный размер больше двух дру­гих; пластины, у которых один размер значительно меньше двух других; коробки — габаритные размеры одного порядка.

Направляющие обеспечивают правильность траектории движе­ния заготовки и (или) инструмента и точность перестановки узлов. По многих случаях направляющие выполняют как одно целое с ба­зовыми деталями. Базовые детали и направляющие должны иметь: первоначальную точность изготовления всех ответственных по­верхностей для обеспечения требуемой геометрической точности станка;

высокую жесткость, определяемую контактными деформациями подвижных и неподвижных стыков, местными деформациями и де­формациями самих базовых деталей; высокие демпфирующие свойства, т. е. способность гасить ко­лебания между инструментом и заготовкой от действия различных источников вибраций;

долговечность, которая выражается в стабильности формы ба­зовых деталей и способности направляющих сохранять первоначаль­ную точность в течение заданного срока эксплуатации.

Кроме того, базовые детали должны иметь малые температурные деформации, из-за которых могут произойти относительные смещения между инструментом и заготовкой, а направляющие должны обла­дать малой величиной и постоянством сил трения, так как от этого зависит точность позиционирования узлов станка.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Станины бывают в зависимости от расположения оси станка горизонтальные и вертикальные (стойки). Они несут на себе основные подвижные и неподвижные узлы станка. Форма попереч­ного сечения горизонтальных станин определяется требованиями жесткости, расположением направляющих, условиями удаления стружки и охлаждающей жидкости, размещением в станинах раз­личных механизмов, агрегатов и резервуаров для масла и охлаждаю­щей жидкости.

Основные типы сечений горизонтальных станин представлены на рис. 17.2. Все сечения, кроме показанных на рис. 17.2, д, приме­няют при необходимости отвода большого количества стружки и охлаждающей жидкости. Станины с двойными стенками (рис. 17.2, б) в 1,3—1,4 раза жестче, чем станины с одинарными стенками (рис. 17.2, а). Внутренние полости между стенками часто делают замкнутыми и оставляют в них стержневую смесь. Замкнутый про­филь имеет гораздо большую жесткость (особенно на кручение), чем разомкнутый, а сыпучий материал во внутренней полости по­вышает демпфирующие свойства станины. Применяют также станины, у которых стружка отводится через окна в задней стенке (рис. 17.2, в). Сечения станин с наклонной задней стенкой и расположением на­правляющих на разном уровне (рис. 17.2, г) обладают высокой жест­костью и создают хорошие условия для отвода стружки, но в этомслучае усложняется конструкция суппортов. Тяжелые станки имеют сечение станин, аналогичное сечению на рис. 17 2, д. При отсутствии защитных устройств стружка отводится через наклонныелюки в станине. Сечения типа на рис. 17.2, е применяют в высоко­производительных токарно-гидрокопировальных, многорезцовых станках и в станках с программным управлением.

Форма сечении вертикальных станин (стоек) зависит от действу­ющих станин сил. Стоики, испытывающие нагрузки в плоскостисимметрии (например, вертикально-сверлильные станки), имеют про­филь сечения, показанный на рис. 17.3, а, г. Если же нагрузка про­странственная (фрезерные, расточные и другие станки), то профиль сечения стоек делают близким к квадрату (рис. 17.3, б), что обеспе­чивает повышенную жесткость на кручение. Стойки станков имеют круглое сечение (рис. 17.3), если необходимо обеспечить поворот узлов относительно оси стойки (радиально-сверлильные станки).

Увеличения жесткости стоек добиваются с помощью поперечных и продольных ребер. Во избежание коробления стенок расстояние между ребрами должно быть не более 400 мм.

Плиты служат для повышения устойчивости станков с верти­кальными станинами; их применяют в станках с неподвижной заготовкой (тяжелые расточные станки, радиально-сверлильные, консольно-фрезерные, вертикально-сверлильные и другие станки). Коробчатые базовые детали (шпиндельные бабки, коробки пере­дач, коробки подач, фартуки и т. п.) чаще имеют форму параллеле­пипеда, реже цилиндрическую форму (многошпиндельные токарные автоматы). Базовые детали типа суппортов и салазок предназначены для перемещения заготовки или инструмента и имеют обычно две системы направляющих. Конструктивные формы суппортов и салазок опреде­ляются формой и расположением направляющих, конструкцией регу­лирующих элементов и механизма привода, требованиями к разме­рам по высоте. Столы служат для поддержания и перемещения заготовок при обработке; их делят на подвижные и неподвижные.

Подвижные столы круглой формы имеют карусельные, зуборез­ные и другие станки. Круглые столы (планшайбы) карусельных стан­ков диаметром более 1000 мм выполняют коробчатыми с радиальными и кольцевыми ребрами.

В большинстве конструкций базовых деталей в стенках преду­сматривают технологические окна и вырезы. Для частичной компенсации потери жесткости используют дополнительные ребра и перегородки. Реже встречаются местные утолщения и приливы, так как по литейным соображениям следует стремиться к равной толщине стенок всей конструкции. Ориентиро­вочно толщина стенки (по литейным условиям)

где L, В, Н — габаритные размеры деталей, м (причем L — наи­больший из них.)

МАТЕРИАЛ ДЛЯ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Основными материалами базовых деталей, удовлетворя­ющими условиям стабильности, жесткости и виброустойчивости, являются чугун и низкоуглеродистая сталь. Значительно реже при­меняют бетон, да и то в качестве материала для оснований или ста­нин.

Чугун наиболее распространенный материал для изготовления базовых деталей. Чаще всего применяют чугун СЧ 15. Он обладает хорошими литейными свойствами, мало коробится, но имеет срав­нительно низкие механические свойства (модуль продольной упру­гостиЕ = 80-Н50 кН/мм²). Применяют для изготовления оснований большинства станков, салазок, столов, корпусов задних балок, тонкостенных отливок с большими габаритными размерами неболь­шой массы. При повышенных требованиях к износостойкости направляющих, выполненных как одно целое с базовой деталью, применяют также чугун СЧ 20. Значительно реже применяют чугуны СЧ 30 и СЧ 35. Обла­дая высокой прочностью и износостойкостью, они имеют плохие литейные качества, поэтому их не рекомендуют для изготовления базовых деталей сложной формы и крупногабаритных. Сварными базовые детали делают при мелкосерийном и единичном характере производства; их ши­роко применяют в станках, работающих при ударных и очень боль­ших нагрузках. По сравнению с литыми, сварные конструкции зна­чительно легче при той же жесткости, поскольку модуль упругости стали в 2—2,4 раза выше модуля упругости чугуна.используют в основном листовую сталь СтЗ или Ст4 сравнительно большой толщины (8—12 мм). В последнее время широко применяют конструкционные фасонные профили в свар­ных станинах, что позволяет существенно снизить трудоемкость их изготовления.Бетон хорошо гасит вибрации, что увеличивает динамическую жесткость станка. Для изготовления станин тяжелых станков иногда применяют железобетон. Обеспечивая такую же жесткость, как и чугунная станина, железобетон дает экономию металла примерно на 40—60 %.

РАСЧЕТ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Базовые детали станков рассчитывают на жесткость и тем­пературные деформации с точки зрения точности.

Жесткость базовых деталей во многом определяет погрешности обработки и характеризуется величиной смещения инструмента от­носительно заготовки из-за деформаций базовых деталей. Она опреде­ляет также работоспособность механизмов станка, которая зависит от распределения давлений в сопряжениях. Жесткость отдельных базовых деталей определяется собственной их жесткостью на изгиб, кручение, сдвиг и т. п., а жесткость соединений элементов харак­теризуется отношением нагрузки Р к соответствующему относитель­ному перемещению в стыке:

изгибная и крутильная жесткость

где f—вызываемая силой деформация; М — крутящий момент; — угол закручивания на единицу длины.

Нагрузку, действующую на элементы базовых деталей, представ­ляют в виде составляющих, действующих в плоскости стенок, обра­зующих основной контур сечения элемента, и в перпендикулярной к ним плоскости.

Для расчета базовых деталей составляют расчетную схему с действующими нагрузками. Определяют деформации с использованием приближенных формул. Например, прогиб в се­редине пролета двухопорной балки

а прогиб свободного конца балки с заделанным концом

где Р — поперечная сила соответственно в середине пролета или на конце заделанной балки, Н; L — длина рабочего участка балки, см; (EJ) — приведенная жесткость балки на изгиб.Угол закручивания балки от действия крутящего момента

где М_к — крутящий момент, Н ем; (СJ)_пр — приведенная кру­тильная жесткость.Приведенную жесткость элемента на изгиб или кручение опреде­ляют из условия равенства перемещений элемента, рассматриваемого как брус или пластина и как пространственная система, при выбран­ном частном виде нагружения только изгибающими силами или только крутящими моментами. Она зависит от конструктивного оформления базовой детали, расположения перегородок, толщины стенок. Приведенная жесткость на изгиб станины из двух основных боковых стенок и перпендикулярных связу­ющих перегородок в направлении, перпендикулярном бо­ковым стенкам

а при диагональных перего­родках

где k_t к₂ — коэффициенты, зависящие от числа п и рас­положения перегородок ; У_ст — момент инерции сече­ния боковой стенки, см⁴; Е — модуль упругости материала ста­нины, Н/см²; S_cx — площадь сечения боковой стенки, см².

Значении коэффициентов и k₂в зависимости отрасположения перегородок в станине площадь поперечного сечения и момент инерции на изгиб плоскости меньшей жесткости перегородок; a — половина угла между диагональными пере­городками.

Перегородки практически не оказывают влияния на жесткость при изгибе в плоскости боковых стенок, и в этом случае момент инер­ции в выражении (EJ)берут относительно нейтральной линии Приведенная крутильная жесткость этой же базовой детали с перпендикулярными перегородками

гдев — ширина детали (расстояние между боковыми стенками), см; EJ'ст — момент инерции сечения боковой стенки на изгиб в вер­тикальной плоскости; G — модуль сдвига материала базовой де­тали, Н/cм².

При наличии диагональных перегородок

где k₃ — коэффициент, учитывающий форму и число перегородок Для станин с замкнутым контуром сечения приведенную крутильную жесткость определяют, как для полых труб:

где S — площадь замкнутого сечения по осевым линиям стенок, см²; 6 — толщина стенки, см; L — периметр сечения, см.

Базовые детали типа пластин (основания, плоские столы, суп­порты, салазки) рассчитывают на перекос при изгибе пластины под действием внешних нагрузок