Птицын С.В. Атлас шпиндельных узлов металлорежущих станков

У#К 621 В.СВ.С(П.6 Соетазкви С В.Нтвцвв, Т М Лазутявна Рмхавзентв засад,техн.внук дпц. Б.Ф.Ногонэцнн, кави.техн.внук доц. В.И.Мюзнев В методнчеояюм руководстве причалены элементы конструкцнн и впивдельные узлы (ШУ) метажхоражузюх станков различных типов и назначений.Данн щетине рекомендации по проектированию ШУ. Пособие предназначено пля студентов мзвивпстроительннх йекультетов внствтутов и может быть использовано конструкторами проектных органиэаций' и предприятий. Работа подготовлена кайсдрой мстзллорскуннх станков н инструментов СРЕДИ С ЛОБ(Е Одним иэ наиболее важных этапоз конструкторской подг ки по дисциплине "Металлорехушие станки" (МРС) является най проект (КП), прв выполнении которого студенты получают прзктическне навыки проектной работы. Типовая тематика курсового проектнровання предусмгтрняает разработку приводов главного движения МРС.

Основной частью этих приводов является шпинпельный узел (Шу). Его конструкция зо многом предопределяет точность, жесткость и знброустсйчивость всего стя(пса в целом. Поэтому при курсовом проектировании вопросам оптимизации размерных параметров и конструкторсхой отработки ШУ следует уделять особое внимание. В пособви кратко списаны этапы проектирования ШУ, девы рекомендации по конструированию и составлению технических требований. Приведены чертежи основных элементов н шпиндельных узлов современных станков. Прк необходямости пополнительная информация по вопросам проектирования ШУ монет быть получена из спепизльной литературы, ссылки на которую даны в соответствумшхх разделах пособкя.

1. ПРОЕКТИРОВМ)ИЕ ШПИНПЕХЫ)ЫХ УЗЛОВ При проектировании ШУ исходной информацией являются твп, основной параметр и класс точности станка, данные с номенклатуре и размерах ревущих инструментов и оснастки, устанавливаемых в шпинделе. Кроме того, необходимо знать максимальную частоту враке~в~я шпинделя и предельный момент резания. Два последних параметра обычно устанавливаются техзаданием,или их определяют прн обосновании основных технических характеристик привода главного двииения. Процесо проектирования Шу мозно разбить на ряп зтвдов, выполняемых в опрепеленной оследовательности.,Блок-схема типового процесса показана на рис.1.1.Первый етач состоит в выборе осногчвх критериев работоспособности; точности, зесткости и виброустойчиззсти ШУ, допускаемой темгературы нагрева опор. Значения этих характеристик устанавливают на асноэавии требований государственных стандартов, рекомендаций отраслевых БП) и т.п, ) 3,14 ).

В ряде случаев при разработке специальных стенков они могут оговариваться техзаданием. Второй этап проектирования Шу состоит в выборе типа опор. При допустимой погрешности формы обрабатываемых поверхностей более 1 мкм пялесообразно использовать опоры качения.

В станках, предназначенных для обработки деталей с погрешнос*ью от 0,5 до 2 мкм и зксплуатирующихся при постовнной высокой частоте вращения шпинделя, рекомендуетоя применять многоклиновые гинродинамическве пошзипниин. Для высокоскоростных станков,работающих при переменной частоте вращения и допустимой погрешности формы обрабатываемых поверхностей Ь 4 1 мвм, шпиндель следует установить на гндроотатических подшипниках. Третий етвл является одним из самых ответственных и состоит н выборе ионструктввной схемы Шу.

В современных станках наибольшее распространение получилз ШУ нв опорах качения. Конструкции таких шпинделей и их опор в значительной мере унифицированы. При выборе конструктивной схемы Шу и кх опор следует руководствоваться двныымк, приведенными и табл.| и 2, а такие литературой 13,4,10,12). Только после етого мозно приступить к определению основ- ных размерных параметров ШУ (четвертый этап). Разовым, во мно- гом презопрепеляюшсз работоспособность ШУ и влияющим на все остальные размеры, является диаметр шейки под передний под- шипник - с~„) .

Минимальный диаметр шейки мокно найти из рас- чета шпинделя на кручение по понизенным допускаемым напряке- нням. Максимальный диаметр ограничивается размерами последней ступени переднего конца шпинделя Й~, которые опоеделяются га- баритами устанавливаемого инструмента и оснастки.

При пнноль- ном исполнении ШУ максимальное значение диаметра шейки полено быть согласована с размерами гильзы. диаметр шейки под задний подшипник 6п принимают ранним диаметру передней ~ейки или берут его меньше на 3-4 ступени размерного ряда подшипников, применяемых в Шу. Рекомендации по ьвбору диаметров шеек даны в литературе '19). Выбор минимального диаметра шейки полкен быть увязан с размерами отверстия шпинделя 1|о и 6 у для размшзення устройств крепления инструмента или оснастки.

Кроме указанных конструктивных ограничений на диаметраль- ные размеры шпинделя накладываются такие и критеризльные огра- ничения. Верхнее зависит от максимально допустимого значения частоты вращение подшипников и наибольшей допустимой темпера- туры их нагрева, а ниинее - от зесткости узла. Последнео ог- раничение на начальном этапе проектирования определить слов- но, так как кесткость шпинделя в настоящее время не регла- ментируется. Остальные ограничения мозно выявить расчетным путем ) 4,13,19~. Конструктор мокет принять любой диаметр шеек шпинделя, находящийся внутри области допустимых значений. На прк этом следует учвтывать, что с ростом диаметра шпинделя увеличива- ется не только иесткость, но и температура его водшипникоз. Кроме диаметров шеек шпинделя необходимо телке опреде- лить мекопорное расстояние 1 и взлет шпинделя О .

Для современных ШУ рекомендуются следуюдие соотношения 117, г ) О. = 4 + 5 и ~- ( 1 + 1,5, где ь). - средний диаметр шпинделя без учета фланца. Выбор пхтпа опор 8 Вы ор консчруктпи ной схемы шпчнбельнпго уияо ~реИаротп ельный быбпр пснобных раьмерных параметроб шпцИельного ума 3тгная компонобка упточненпе пснодных рапнгрных пар амгмроб птимцооцо еткппорного рааьтояни расчетпы тпчностпч, кестпкьста, бчнамчческнх гаранте. шток уьл ба 1 Выбор остпальных кпнс,рукт4ных о манежных парамьпроб Окончатпельная проработока уьч Рос. 0 олпк-схема послебоЬпельчостпи п~Рекщ~эЬ1ая шсшнпеланогп уьлы Соайнотиьная харохпмоостпика пораметроб рйбопотообност поойипниноо кадмия С т1 1тйные обпьначеноа, О- собгршенно нгубойтпборитпельная; 1 - очень плохая,' 2- плохая,' 3- удоблетпбпьнттельная; 4-хорошая, б-очень корошая .

'Не шпносппся к игольча пым попшопнчкаМ особой хпнстпрукццц рр ! с Подшипник 2007100 и 7000 ~ ГОС7333-70 )-конииеакие рол копобшипники обнорядные Подшипник 4б000 ( ГОСТ дй- 7б1 родиально упорный шарикопоК чпник Г7абшипнию ВООР ( ГОСУ б874 -7Т) тринобый упорныи одн."рядный Ш е а я Указанные соотношения размеров обычно обеспечивают нузмую точность вращения шпинделе.

После определения основнмх размеров мозно приступить к эскизному проектированию ШУ (пятый этап), При этом производится окончательный выбор поюзвпников в уточнение диаметров шеек 113,19). Одновременно выбирают конструкцию устройства крепления ревущего инструмента ) 3,15 ), корректируют диаметр отверстия шпинделя, устанавливают присоединительные резмеры приводного злемента Ду и 1т или С~А и Эскизная компоновав ШУ обычно прочерчивается в упрощенном вида.

Пример ее выполнения показан на рис.1.~. Р~~е, 1,2 Зсклная ~ам~оуапяа с~шннйель~эу. алба След,чсщий, шестой этап проектироиания ШУ имеет расчетный характер. Здесь выбирают величину предварительного натяга подшипников, производят оптимизацию мекопорного расстояния, рзсчети точности, иесткости и динамическнх характеристик узла.

Метода расчета указанных параметров привецены в специальной литературе 13,4,7 ~. Пяя сокращепив трудсеыкостк КП зти расчеты целесообразно выполнять на ЭВМ. На заключительном, седьмом этапе выбирают систему смазал ~4,13,193, а такие остальные конструктивные и монтавные параметрв: уплотнения, способ постановки подшипников в корпус, меток создания предварительного натяга и способ стопорения гаек. При решении этих задач мошно пользоваться соответствуюзз~- ми разделами настоящего пособия. Выбор посадок элементов, сопрягаемых со шпинделем, следует проводить по рекомендациям 11). После решения всех указанных вопросов прист"пвют к оковчательной проработке 0й'. При этом необходимо строго прндерквваться требований стандартсэ на выполнение сборочных чертеаей. 2. технические тРКБОВАБ)я, НРКПВНВляеыне К ШПИНДЕЛЫП)М УЗЛАМ К шпиндельяым узлам МРС предъявляются технические требования (ТТ), которые регламентируют всорссы сборки,регулировки и эксплуатации этих узлов, методы нх испытаний, контроля н т.п.

Весь комплекс таких ТТ не мокет быть выракен посредствам размероэ, посадок и др„гв.. условных обозначений, прос.авляемых на сборочных чертеиах. Поэтому значительное число требований приходится давать з виде отдельных надписей. Характер этих ТТ и их количество устанавливаются проектировпмком в зависимости от Шупкпиональяого назначения и ксьотрукции шпиндельного узла, условя 4 его эксплуатации, методов сборки и регулировки. Чяще всего па сборочных юртеаах шскндельпых узлов проставляют слег"сшие основные виды ТТ: 1. Определямцне точнооть изготовления узла, прш этом могут оговариваться: - Радиальное биеквв пентрируюших поверхностей шпвкделв, напрпмер: "Радиальное биение пентрируюшей шейки ... не более ... мм" или "Допустимое радиальное би ние конического отверстия шпинделя и: более ...

ма". - Торцевое биение шпинделя плп его опорной поверхности, непризер: "Торцевое биение опорной поверхности шпинделя под фразу не болев ... мм" кли "Рвение торпа ... шпинделя не более ... мч". - Непарзллельнооть оси вращения базовой поверхности узла кли ее оси, ыепрнмер: "Непараллельноеть оси вращения шпинделя относительно оск иарукной поверхности не более ... мм на плане ... ж". 2. Уотанаыливампзм величину необходимых эазороз кли натвгов в пощпипниках, например: "Роликопопшипники опор шпинделя смонтирозать с рацивльнпм зазором ...

+ ... ым". Иногда в ТТ кроме величпны зазоров пли натягов указывают способ их изменения (регулировки), например~ "Обеспечить радиальный зазор в переднем ьодшипыике в пределах .„... мм, за счет подгонки кахьща поз....". 3. Указывающие оиоооб в порядок сборки, например~ "При монтаке опор шпинделя точки макопмального биения карупных и внутренних колец подввпвиков направить в одну егорову" или "Сборку шпингзля с пощщзпнинвми и монтан их в нинель ооущеотвлять в верт. дальном паяоивкии без прилопення ударных нагрузок". 5. Определяющие условия иопытаний и контроля, "Попуокаемая избыточная установпвшаяоя температура деля ори обкатке в течение одного часа на частоте ...