30. Шпиндельные узлы. Составные элементы шпиндельного узла.
Шпиндельный узел станка состоит из: шпинделя, опор, приводного элемента. В нем выделяют передний конец и межопорные участки.
На шпиндель действуют следующие нагрузки:
Силы резания.
Силы в приводе.
Инерционные силы.
Центробежные силы.
Проектирование шпиндельных узлов включает:
Выбор типа привода
Выбор опор
Выбор устройства для их смазывания
Выбор защиты от загрязнения
Определение диаметра шпинделя
Определение расстояние между опорами
Разгрузка конструкции всех элементов
ШУ должны удовлетворять следующим требованиям:
Точность вращения, характеризуется радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя. Оказывает сильное влияние на точность обрабатываемой детали. Допустимое значение шпинделя по ГОСТ должно соответствовать следующим параметрам (для универсальных станков):
Радиальное биение центральной шейки шпинделя
Радиальное биение конического отверстия в шпинделе
Радиальное биение оправки, установленной в коническое отверстие
Торцовое биение опорного буртика шпинделя.
Биение шпинделя специальных станков не должно превосходить 1/3 допуска на лимитирующий размер обрабатываемой на станке детали.
Жёсткость ШУ, характеризуется деформациями шпинделя под действием нагрузок [Н/мкм].
Допустимая минимальная жесткость переднего конца шпинделя обычных станков составляет порядка 200 Н/мкм. Для прецизионных 400 Н/мкм.
Допустимый угол поворота шпинделя в передней опоре, сопровождающийся неравномерным распределением нагрузки между телами качения подшипников принимается равным: 0,0001…0,00015 рад.
Угол поворота шпинделя под приводным зубчатым колесом: 0,00008…0,0001 рад.
Прогиб в этом месте не должен превышать 0,01m.
Для обеспечения работоспособности
шпиндельных подшипников необходимо
следующее соотношение между диаметром
шпинделя и межопорным расстоянием:
Температурные деформации ШУ. Оказывают влияние на точность обработки и работоспособность опор.
Допустимый
нагрев наружного кольца подшипника
связан с классом точности: H
- 70
;
П – 50-55
;В
– 40-45
;А
– 35-40
;С
– 28-30
.
Виброустойчивость. Существенно влияет на общую устойчивость несущей системы и всего станка. Чем массивнее, тем больше виброустойчивость. Демпфирующие свойства опор и АЧХ шпиндельного узла существенно влияют на шероховатость и волнистость обрабатываемой поверхности, а также определяет предельно допустимые режимы резания. Для повышения виброустойчивости в станок вводят виброгасители, активные и пассивные демпфирующие устройства.
Долговечность ШУ.Это способность узла сохранять первоначальную точность вращения. Этот параметр напрямую зависит от долговечности опор шпинделя.
Быстрое и надежное крепление инструмента, приспособления, детали. Здесь необходимо обеспечить высокую точность центрирования (конусами).
Выполнение совокупности вышеупомянутых требований предъявляемых к ШУ обеспечивается в первую очередь за счет правильного выбора конструкции и материала шпинделя, а также обоснованного выбора типа и конструкции опор.