3.3.4. Методика расчета и проектирования шпиндельного узла

Шпиндельный узел является основным узлом, определяющим качество каждого металлорежущего станка. Разработка шпиндельного узла проводится в следующей последовательности:

1) Определяются проектные критерии (требования), предъявляемые к шпиндельному узлу [6, 7,11].

2) Определяется тип опор шпиндельного узла, компоновочная схема и диаметр шпинделя в передней опоре: по станку прототипу, по выбранной по типу станка компоновочной схеме < с учетом передаваемой мощности > .

3) Определяются диаметры шпинделя на переднем конце, между опорами и на заднем конце (предварительно) и предварительно межопорное расстояние.

4) Определяется длина переднего конца шпинделя «а». Для этого прочерчивается передняя опора с подшипниками, гайками, крышками, уплотнениями передним концом шпинделя по ГОСТу и размер «а» берется с чертежа.

5) Рассчитывается жесткость опор.

6) Рассчитывается оптимальное межопорное расстояние. Прочерчивается межопорная часть с зубчатыми колесами, гайками, задней опорой и корректируется конструктивно.

7) Рассчитывается радиальная жесткость ШУ с полученным межопорным расстоянием.

8) Рассчитывается осевая жесткость ШУ.

9) Рассчитывается точность опор.

10) Рассчитывается перемещение переднего конца шпинделя от действия сил резания и сил от привода (если задано в задании).

11) Рассчитываются динамические характеристики.

12) Рассчитываются остальные проектные параметры ШУ необходимые для проектирования.

13) Разрабатывается технический проект (см. приложение 2).

Прочерчивается продольный разрез (развертка) в масштабе 1:1 (приложение 2б). Сначала конструируется передняя опора с передним концом по группе станка по ГОСТ (с подшипниками, гайками, втулками, крышками с уплотнениями, подводом и отводом смазки).

Затем прочерчивается зубчатое колесо на шпинделе (если оно есть по кинематике) затем зубчатое колесо, с которым оно сцепляется на соседнем валу, затем на соседнем валу весь зубчатый блок, затем второе зубчатое колесо на шпинделе. При этом нужно предусмотреть, что блок на соседнем валу нужно передвигать и переключать передачи. Затем чертится задняя опора шпинделя. Затем механизм зажима заготовки или инструмента в шпинделе с датчиками контроля величины перемещения. Затем опоры и привод соседнего вала. Оформляется корпус, и конструируются элементы привода переключения зубчатых колес и т.д.

При конструировании каждую деталь, установленную в корпусе, нужно правильно базировать в корпусе по правилу шести опорных точек. Затем конструируется поперечный разрез (см. приложение 2в). Затем по этим обоим разрезам конструируется вид спереди и вид сбоку (см. приложение 2а). Затем оформляются чертежи: проставляются посадки, технические требования, присоединительные и габаритные размеры, составляется спецификация и выполняется деталировка.

3.3.5. Методика расчета направляющих

В металлорежущих станках получили распространение следующие направляющие: скольжения (смешанного трения, жидкостного трения, газового трения); качения (шариковые, роликовые, игольчатые, роликовые на неподвижных осях); комбинированные.

В зависимости от выбранного типа направляющих применяется свой специфический расчет [1, 5, 6, 9, 11].

Расчет направляющих скольжения смешанного трения состоит из следующих этапов.

1) Определяется суммарная сила, действующая на каждую грань направляющих.

2) По силе, длине подвижной направляющей, допустимому удельному давлению определяется минимальная ширина каждой грани направляющих. Конструктивно [9] выбирается ширина направляющей (не меньше допустимой).

3) Определяется наибольшее удельное давление на каждой грани.

4) Полученные величины давлений сопоставляются с наибольшими допустимыми значениями удельных давлений [11]. Корректируется ширина каждой грани направляющих.

Расчет гидростатических направляющих состоит из следующих этапов [10].

1) Определяется нагрузка, действующая на каждую опору.

2) Задаются давлением масляного слоя.

3) Определяется площадь каждой опоры.

4) Определяется соотношение размеров основной и дополнительной

направляющих.

5) Определяется диапазон изменения нагрузки на опоры.

6) Определяется максимальное и минимальное относительное смещение.

7) Определяется максимальная и минимальная жесткость масляного слоя

одной опоры.

8)Определяется начальный зазор в направляющих.

9) Определяется промежуточный коэффициент.

10) Определяется давление масла на входе.

11) Определяется соотношение размеров дроссельных каналов.

12) Определяется сопротивление дросселей.

13) Определяется расход масла, проходящего через направляющие.

14) Определяется общая сила трения в направляющих.

Расчет направляющих качения состоит из следующих этапов [6, 9, 11].

1) Расчет на статическую прочность.

2) Расчет на жесткость.

3) Расчет частоты собственных колебаний.

4) Расчет на долговечность.

По результатам расчета производится конструирование направляющих.