Rashet_i_proektir_shpind_uzlov_metaloreg ush_stank-Shesterninov_Kirilin (Курсач пини 5 курс)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО ИПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИУЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТЮ.В. Кирилин, А.В. ШестерниновРАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШПИНДЕЛЬНЫХУЗЛОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВС ОПОРАМИ КАЧЕНИЯУчебное пособиеУльяновск 19982ББК 34.63-5я7К 43УДК 621. 91. 01: 62 - 229. 331. 001.66 (075)Одобрено редакционно-издательским советомтехнического университетаРецензенты: главный инженер АО УЗТС Еграшин А.А.;кафедра "Металлорежущие станки и инструменты"Пензенского технического университетаКирилин Ю.В., Шестернинов А.В.К 43Расчет и проектирование шпиндельных узловметаллорежущих станков с опорами качения: Учебное пособие. Ульяновск: УлГТУ, 1998, - 72 с.ISBN 5-89146-000-0Учебное пособие написано в соответствии с учебными программамидисциплины "Конструирование станочного оборудования автоматизированного производства" и "Испытание и исследование оборудования автоматизированного производства" для студентов направления 55.29.00специальностей 1201 и 1202 всех форм обучения.Приведены известные методы расчета жесткости и точности шпиндельного узла, даны методические указания по расчету динамическиххарактеристик шпиндельного узла по программе SPINCH, которые могутбыть использованы при выполнении курсовых и дипломных проектов.УДК 621.91 01:62-229.331.001.66 (075)ББК 34.63-5я7ISBN 5-89146-000-0© Кирилин Ю.В., Шестернинов А.В., 1998© Оформление, УлГТУ, 19983ОГЛАВЛЕНИЕ1.

ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................. 42. НАЗНАЧЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К ШПИНДЕЛЬНЫМ УЗЛАМ.ПРИВОДЫ ШПИНДЕЛЕЙ.......................................................................... 53. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ДЛЯ ОПОР ШПИНДЕЛЕЙ................134. СПОСОБЫ СМАЗЫВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ...............285. ТИПОВЫЕ КОМПОНОВКИ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ИПРИМЕРЫ ИХ КОНСТРУКЦИИ............................................................. 346. РАСЧЕТ ЖЕСТКОСТИ ОПОР ШПИНДЕЛЯ........................................ 417. РАСЧЕТ ЖЕСТКОСТИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА.............................448. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ...........................................................................

499. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА ПО ПРОГРАММЕSPINCH...........................................................................................................52СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................. 7041. ПРЕДИСЛОВИЕШпиндельный узел металлорежущих станков предназначен для осуществления главного вращательного движения шпинделя с необходимой частотой вращения. В шпиндельных узлах выполняются закрепление и вращение режущихинструментов (в сверлильных и фрезерных станках) и обеспечивается их заданноеположение по отношению к другим узлам станков.Конструкция шпиндельного узла должна быть такой, чтобы наряду с выполнением комплекса технологических команд достигалось сохранение точностивращения шпинделя, исключающее осевое и торцовое биение, а также суммарнойжесткости всего узла для предотвращения деформирования. Конструктивнаяформа шпинделя определяется типом и назначением станка, требованиями к еготочности, условиями работы шпинделя, способами закрепления в нем инструментаили заготовки, размещением элементов привода и типом применяемых опор.

Всвязи с этим, настоящее учебное пособие ставит своей основной задачей помочьстудентам правильно применить на практике теоретические знания и навыки,полученные в процессе изучения металлорежущих станков, их конструирования,других специальных дисциплин, а также предназначено для выполнения курсовогои дипломного проектирования.Курсовое проектирование – важная составная часть учебного процесса, входе которого студенты приобретают опыт самостоятельного решения практических задач, изучают современные конструкции технических устройств итенденции их развития, приобретают навыки использования средств вычислительной техники при решении задач.52.

НАЗНАЧЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К ШПИНДЕЛЬНЫМ УЗЛАМ.ПРИВОДЫ ШПИНДЕЛЕЙ.Шпиндельные узлы предназначены для осуществления точного вращения инструмента или обрабатываемой детали. Они входят в несущую системустанка и в значительной мере определяют ее жесткость и виброустойчивость.Шпиндельный узел станка состоит из шпинделя, его опор, приводногоэлемента. В шпинделе выделяют передний конец и межопорный участок. Нашпиндель действуют нагрузки, вызываемые силами резания, силами в приводе, а также центробежными силами, возникающими от неуравновешенностивращающихся деталей самого шпиндельного узла. Проектирование узла включает: выбор типа привода, опор, устройств для их смазывания и защиты отзагрязнений; определение диаметра шпинделя, расстояния между опорами иразработку конструкции всех элементов.К шпиндельным узлам станков предъявляют следущие требования:1.

Точность вращения, измеряемая биением на переднем конце шпинделяв радиальном или осевом направлениях; отклонения от идеального вращенияявляются одной из основных причин погрешностей обработки на многихстанках. Допустимое биение шпинделя универсальных станков должно соответствовать государственным стандартам. Биение шпинделя специальных станков не должно превосходить 1/3 допуска на лимитирующий размер обработанной на станке детали.2. Жесткость шпиндельного узла, определяемая по упругим перемещениям переднего конца шпинделя, обусловленным податливостью собственношпинделя и его опор; радиальная и осевая жесткость шпиндельного узласущественно влияет на точность обработки.

Допустимая минимальная жесткость переднего конца шпинделя продукционных станков составляет20 Н/мкм, прецизионных - 400 Н/мкм. Допустимый угол поворота шпинделя впередней опоре, сопровождающийся неравномерным распределением нагрузки между телами вращения подшипников, принимается равным 0,0001...0,00015 рад. Угол поворота шпинделя под приводным зубчатым колесомдопускается 0,00008...0,0001 рад, а прогиб в этом месте не должен превышать0,01m (m - модуль зубчатого колеса).Требования к жесткости шпинделя можно выразить по-другому. Дляобеспечения работоспособности шпиндельных подшипников необходимо следующее соотношение между диаметром d шпинделя и межосевым расстояниемl:6Допустимое радиальное перемещение переднего конца шпинделя поддействием нагрузки не должно превышать 1/3 допуска на размер обработанной на станке детали.3.

Виброустойчивость шпиндельного узла, существенно влияющая наобщую устойчивость несущей системы и всего станка; демпфирующие свойства опор и амплитудно-частотные характеристики шпиндельного узла влияютна шероховатость поверхности и предельно допустимые режимы обработки(для быстроходных шпинделей станков опасность могут представлять резонансные явления).4. Долговечность шпиндельных узлов, которая связана с долговечностьюопор шпинделя в смысле сохранения первоначальной точности вращения; этотребование имеет особое значение для шпиндельных опор качения.5. Быстрое и надежное закрепление инструмента, приспособления илидетали, обеспечивающее их точное центрирование и соответственно точноевращение; в современных станках возрастают требования к автоматизациизакрепления инструмента, приспособления или обрабатываемой детали.6. Ограничение тепловыделения и температурных деформаций шпиндельного узла, которые сильно влияют на точность обработки; опоры шпинделейпри значительной частоте вращения являются интенсивным источником выделения тепла в непосредственной близости к зоне обработки.Конструктивное оформление шпинделей зависит от способа крепленияинструмента или обрабатываемой детали на его переднем конце.

Передниеконцы шпинделей для большинства типов станков стандартизованы. Центрирование обеспечивается конусным сопряжением типа конуса Морзе при сравнительно редкой ручной смене инструмента (табл. 1), конусами 7/24 приавтоматической смене инструмента в станках с программным управлением(табл. 2) и конусами 1/3 в шлифовальных станках для центрирования абразивногоинструмента.Жесткость конического соединения шпинделей с оправкой приспособления или хвостовиком инструмента оказывает значительное влияние на общуюжесткость несущей системы. Упругое перемещение оправки под действиемсилы P, приложенной на некотором удалении L от конца конического соединения, может быть представлено какгде δ - смещение на краю конического соединения в результате контактнойподатливости;θ - угол поворота в коническом соединении.Без учета погрешностей в коническом соединении упругое смещение δ иугол поворота θ могут быть определены по формулам:7Табл.

1. Размеры инструментальных конусов Морзе и метрических(по СТ СЭВ 147-75), ммОбозначениеконусаМорзе:0123456Метрический:4680100D9,04512,06517,7823,82531,26744,39963,3484680100d1d2l1 minl2ghz6,79,714,920,226,538,254,6711,514182327525667841071351884956278981251773,95,26,37,911,915,9191519222732384711111,51,5234,671,5903339253420224021291862202,23,2263281252600,50,522Табл. 2.

Размеры внутренних и наружных конусов с конусностью7:24 (по ГОСТ 15945-82), ммОбозначениеконусаDLОбозначениеконусаDL10152535404515,8719,0525,438,144,4557,1521,826,939,857,265,684,850556070758069,8588,90107,95165,1203,2254103,7132163,7247,5305,8390,88гдеС - коэффициент контактной податливости (для конусов МорзеС=0,03...0,06, а для конусов 7/24 С=0,02; С1 , С2 , С3 - коэффициенты, учитывающие изменение диаметра по длине конического соединения (для конусовМорзе С1 , С2 , С3 = 1, а для конусов 7/24 С1 С2 = 1,35 и С3=1);D - диаметр оправки.Для передачи крутящего момента на шпиндель применяют зубчатую илиременную передачу, а также муфту, расположенную на заднем консольномконце шпинделя. Тип приводного элемента выбирают в зависимости от частоты вращения шпинделя, передаваемого на него крутящего момента, компоновки станка, требований к плавности вращения шпинделя.Зубчатая передача способна передавать большой крутящий момент, проста по конструкции, компактна.

Но погрешности передачи снижают плавностьвращения шпинделя и вызывают дополнительные динамические нагрузки вприводе. Зубчатую передачу обычно применяют, когда частота вращенияшпинделя не превышает 2000...3000 об/мин. Но при точном изготовлении имонтаже передачи она может быть применена и для больших частот вращения.Ременная передача обеспечивает плавное вращение шпинделя, снижениединамических нагрузок в приводе станка, на котором производится прерывистое резание. Но эта передача имеет сравнительно большие габариты, т.

к.для повышения точности шпиндельного узла шкив делают разгруженным.Ременную передачу применяют при разных частотах вращения шпинделя, втом числе и при относительно высоких (6000 об/мин и выше), когда окружнаяскорость ремня достигает 60...100 м/с.В станках применяют так называемые мотор-шпиндели. В их составвходит асинхронный или частотно-регулируемый асинхронный электродвигатель, ротор которого закреплен на шпинделе между передней и заднейопорами.

Кроме того, в состав мотор-шпинделя включают систему принудительного охлаждения с блоком электровентиляторов и фильтром для очисткиохлаждающего воздуха, узел встроенной температурной защиты, а также9измерительный преобразователь углового положения шпинделя. В моторшпинделях, предназначенных для работы в широком диапазоне частот вращения, вал двигателя может быть связан со шпинделем механическими передачами, например, в виде планетарного редуктора. Мотор-шпиндель в комплектес электронным преобразователем частоты вращения представляют собойунифицированный электропривод главного движения.