27. Конструктивное оформление и выбор опор шпиндельных узлов. Расчет на точность.

В шпинделях станков для обеспечения высокой грузо­подъемности, точности вращения, повышенной жесткости и мини­мальных выделений теплоты, как правило, применяют подшипники качения специальных конструкций. Для восприятия радиальных нагрузок широко применяют двухрядные подшипники с ци­линдрическими роликами. Два ряда точных роликов, расположен­ных в шахматном порядке, обеспечивают грузоподъемность и жест­кость подшипника при высокой точности вращения. Аналогичные подшипники имеют в наружном кольце четыре отверстия (под углом 90°) и кольцевую ка­навку, через которые смазочный материал подается непосред­ственно на дорожки качения, что увеличивает быстроход­ность опор и повышает надеж­ность их работы.

Точность подшипников, которая регламентируется радиальным или осевым биением вращающегося кольца, во многом определяет точность вращения шпинделя. Обычно принимают б < ∆/3, где ∆ — допуск на радиальное бие­ние конца шпинделя.

П о величинам 6_А и 6_В выбирают подшипники соответствующего класса точности. Если при сборке шпиндельного узла подшипники устанавливаю! таким образом, что их биения направлены в одну сторону, то это резко снижает биение переднего конца шпинделя (рис. 13.3, б).

28. Расчет шпиндельных узлов на жесткость.

На жесткость рассчитывают шпиндельные узлы всех типов. При этом опре­деляют упругое перемещение шпинделя в сечении его переднего конца, для ко­торого производится стандартная проверка шпиндельного узла на жесткость. Это перемещение принимают в качестве упругого перемещения переднего кон­ца шпинделя.

В перемещении учитывают только деформации тела шпинделя и его опор. Собственные деформации обрабатываемой детали, режущего инструмента, ко­нического или другого соединения инструмента со шпинделем определяют до­полнительными расчетами, не относящимися к расчету шпиндельного узла на жесткость. Находят радиальную и осевую жесткость. При расчете радиальной жест­кости все силы приводят к двум взаимно перпендикулярным плоскостям Y и Z, проходящим через ось шпинделя. Вычисляют радиальное перемещение его переднего конца в этих плоскостях, а затем суммарное перемещение

Необходимо учитывать существенное влияние осевой опоры на перемещение переднего конца, что является следствием защемляющего (реактивного) мо­мента, возникающего в осевой опоре и противоположного по знаку моменту нагрузки. Дополнительное радиальное перемещение представляет собой сдвиг переднего конца под действием силы, возникающей как следствие защемляю­щего момента. Значения коэффициента, учитывающего при расчете жесткости шпинделя наличие в передней опоре защемляющего момента, приведены в табл. 6.22. Радиальное перемещение шпинделя в заданном сечении, например в плоскости Y,

г де 6 — перемещение, вызванное изгибом тела шпинделя; 6 —перемещение, вызванное нежесткостью (податливостью) опор; 5₃ - сдвиг, вызванный за­щемляющим моментом; 6₄ — перемещение, вызванное податливостью кон­такта между кольцами подшипника и поверхностями шпинделя и корпуса. Смещение переднего конца шпинделя зависит не только от его размеров, жесткости опор, нагрузок, но и от схемы нагружения.

При расчете общей жесткости шпиндельного узла необходимо учитывать жесткость конического соединения шпинделя с приспособ­лением (оправкой, патроном) или хвостиком инструмента, а также жесткость приспособлений и инструмента. Во многих случаях они являются определяющими в общем балансе жесткости

2 9. Расчет шпиндельных узлов на прочность, долговечность и виброустойчивость. В результате этого расчета выбирают класс точности подшипников шпин­деля в зависимости от его допускаемого радиального биения ∆. Предполагают наиболее неблагоприятный случай, когда биения подшипников ∆* в передней опоре и ∆ в задней направлены в противоположные стороны . При этом радиальное биение конца шпинделя

По ∆_А и ∆_В выбирают подшипники требуемого класса точности.

виброустойчивость станка или динамическое его качество опре­деляет его способность противодействовать возникновению колеба­ний (рис. 2.7), снижающих точность и производительность станка. Наиболее опасны колебания инструмента относительно заготовки. Вынужденные колебания возникают в упругой системе станка из-за неуравновешенности вращающихся звеньев привода и роторов электродвигателей, из-за периодических погрешностей в передачах и от внешних периодических возмущений. Особую опасность при вынужденных колебаниях представляют резонансные колебания, возникающие при совпадении частоты внешних воздействий с часто­той собственных колебаний одного из упругих звеньев станка. Авто­колебания или самовозбуждающиеся колебания связаны с харак­тером протекания процессов резания и трения в подвижных соеди­нениях. В условиях потери устойчивости возникают колебания, кото­рые поддерживаются внешним источником энергии от привода станка.

Параметрические колебания имеют место при периодически изме­няющейся жесткости, например, при наличии шпоночной канавки на вращающемся валу. Возникающие при этом колебания сходны с вынужденными колебаниями.

Основные пути повышения виброустойчивости станков: устране­ние источников периодических возмущений; подбор параметров упругой системы для обеспечения устойчивости; повышение демпфи­рующих свойств: применение систем автоматического управления уровнем колебаний.

Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость воз­никновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников-теплоты. К основным источникам теплоты относятся процесс реза­ния, двигатели, подвижные со­единения, особенно при значитель­ных скоростях относительного дви­жения. При чередующихся с паузами периодах работы изменения тем­пературных смещений носят случайный характер , что услож­няет применение различных методов компенсации температурных погрешностей.

Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким коорди­натам. На точность позиционирования влияет большое число си­стематических и случайных погрешностей. Стабильность позициони­рования определяют зоной рассеяния (дисперсией) положений узла станка прн его подводе к определенному положению с одного и того же направления. Ошибку перемещения характеризуют системати­ческой составляющей при фиксированном направлении подвода. Зоной нечувствительности называют разность ошибок положения узла при подводе его к заданой точке с разных сторон.

Точность позиционирования является важной характеристикой качества всех станков с числовым программным управлением. Если известна характеристика точности позиционирования для данного конкретного станка, то ее можно уточнить при отработке управля­ющей программы.