metod_15.03.04_atppp_tsa.ump2_2016 (Методические документы)

МИНОБРНАУКИ РОССИИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Московский технологический университет»МИРЭАСОГЛАСОВАНОУТВЕРЖДАЮУчебно-методический советДиректор Института информационныхИнститута информационных технологийтехнологий____________________«____» ______________ 2016 г.____________________А.С. Зуев«____» ______________ 2016 г.Техническое средства автоматизацииУчебно-методическое пособиеНаправление подготовки:15.03.04«Автоматизация технологических процессов и производств»Профиль подготовки:«Автоматизация технологических процессов и производств в промышленности»Составитель:Д.т.н., профессор Лизогуб В.

А.Москва 2016АннотацияУчебно – методическое пособие «Автоматизированное проектированиешпиндельных узлов станочного оборудования» предназначено дляиспользования студентами при выполнении курсовых и дипломных проектов впроцессе проектирования шпиндельных узлов приборостроительного имашиностроительного станочного оборудования, а также для проведениялабораторных работ с целью изучения автоматизированного проектирования наЭВМ основного узла станочного оборудования.Пособие содержит автоматизированный выбор и расчёт на ЭВМ типапрецизионных опор, их точности, жёсткости, быстроходности. Рассчитываютсяразличные по конструкции и принципу работы опоры качения и скольжения,применяемые для прецизионно вращающихся валов.

Выбирается компоновочнаясхема шпиндельного узла, рассчитывается оптимальное межопорное расстояниешпиндельного узла, радиальная и осевая жёсткость, деформации от действия силтехнологического процесса и сил от различным образом выполненного привода.Рассчитывается устойчивость при резании, динамические характеристики(собственные частоты колебаний и амплитуды колебаний).Всего 10 программ объединены в единую систему, и студент может вызватьна экран любую из них и с ней работать, просчитывая несколько вариантовконструкций и выбрать лучшую из них по проектным критериям.2ОглавлениеВведениеI Проектные параметры и проектные критерии ШУ2 Алгоритм проектирования ШУ2.1 Выбор исходных данных2.2 Выбор проектных критериев2.3 Выбор типа опор2.4 Выбор компоновочной схемы ШУ (для ШУ на опорах качения)2.5 Расчет радиальной и осевой жесткости опор качения ШУ2.6 Расчёт оптимальной длины межопорной части ШУ2.7 Расчёт радиальной жёсткости ШУ2.8 Расчёт места расположения приводного элемента между опорами иперемещения переднего конца шпинделя от действия сил резания исилы от привода2.9 Расчёт перемещения переднего конца шпинделя с приводом отременной (зубчатой) передачи, расположенной на заднем конце шпинделя2.10 Расчёт динамических характеристик ШУ2.10.1 Расчёт устойчивости при резании2.10.2 Расчёт амплитудно-частотной характеристики ШУ3 Проектные процедуры, не автоматизированные в данной работе4 Порядок выполнения автоматизированного проектирования ШУ4.1 Работа с программами4.2 Входные данные для расчётаЗаключениеСписок использованных источников345666791214151617172021232325254444ВведениеПроектирование шпиндельного узла (ШУ) металлорежущего станкаявляется сложной многовариантной задачей, оказывающей решающее значениена качество проектируемого станка.В начале процесса проектирования ШУ выбирают исходные данные иззадания на проектирование.

Затем в процессе расчетов и проектированияопределяют и выбирают или рассчитывают проектные параметры, т.е. тенеизвестные, значения которых определяют конструкцию ШУ.Различают независимые и зависимые проектные параметры.При проектировании зависимые проектные параметры выражают черезнезависимые. Независимые и зависимые проектные параметры определяюткаждый вариант конструкции изделия и позволяют осуществлять процессоптимизации по выбранным проектным критериям. При этом необходимоучитывать основной принцип оптимизации: оценка "качества" подсистемы (узла)данного класса определяется эффективностью его функционирования в системеболее высокого класса (в статике). Для этого вводятся проектные критерии,выраженные в терминах цели системы, нахождение или оценка значений которыхявляется целью поисковых операций.Далее составляется математическая модель (модели) (совокупность уравнений состояния и функционирования) зависимости цели (проектных критериев)изделия от проектных параметров, которая называется целевой функцией.

Дляупрощения постановки задачи и ее решения в математическую модель вводятсяограничения, которые могут быть равенствами или неравенствами.Затем определяются такие значения проектных параметров, при которыхцелевая функция имеет экстремум (минимум или максимум).Для шпиндельного узла станка в настоящее время довольно сложно вобщем виде составить достоверную целевую функцию относительно всехпроектных критериев, так как для этого необходима количественная связь междукритериями (обобщенный критерий). Поэтому процесс автоматизированногопроектирования разбивается на ряд этапов, на каждом из которыхрассматривается условный экстремум целевой функции по одному из проектныхкритериев, полагая другие проектные критерии лежащими в допустимой области.4I Проектные параметры и проектные критерии ШУПроектными параметрами ШУ являются независимые и зависимыепеременные параметры, которые полностью и однозначно определяют конструкцию ШУ.К независимым проектным параметрам относятся:1) Компоновочные параметры: тип опор, число опор, компоновка опор, типсистемы смазки.2) Геометрические параметры: диаметр шпинделя в передней опоре (dn), длинапереднего конца ( ), межопорное расстояние ( ), место расположенияприводного элемента (b).3) Внутренние параметры опор: радиальный зазор(+e) или натяг(-e) опор,сила предварительного натяга опор (Ао), зазор-натяг посадки опор (Н),точность опор и сопряжённых деталей.К зависимым проектным параметрам относятся: диаметр шпинделя напереднем конце (dk), диаметр шпинделя между опорами (dм), диаметрышпинделя в задней опоре (dз) и на заднем конце и длина заднего конца шпинделя( ).Проектными критериями для ШУ являются: точность вращения(радиальное и осевое биения переднего конца шпинделя) и обработки, жёсткость,нагрев опор, виброустойчивость, долговечность, суммарные приведенныезатраты на изготовление и на эксплуатацию.Поскольку некоторые критерии неравнозначны и могут быть приближённосвязаны между собой, то можно выделить наиболее важные критерии.

Так,например, на точность и производительность обработки влияет динамическаяжесткость ШУ, которая увеличивается с увеличением статической жесткости принеизменном демпфировании. Следовательно, оценку виброустойчивости можнопроизводить косвенно по статической жёсткости на начальном этапе сравнениявариантов.Проведя подобный анализ можно выделить следующие независимыепроектные критерии для сравнения различных конструкций ШУ: точность,жесткость, нагрев опор, долговечность, себестоимость изготовления.Для достижения поставленных численных значений критериев необходимовыбрать при проектировании расчетными процедурами оптимальные проектныепараметры ШУ.52 Алгоритм проектирования ШУПроектирование ШУ выполняется по алгоритму, представленному нарисунке 1.2.1 Выбор исходных данныхИз технического задания на проектирование станка (узла) выбираютсяисходные данные для проектирования (см. рисунок 1).Диаметр шпинделя в передней опоре (dn) очень важный проектныйпараметр.

Его целесообразно выбрать либо по станку прототипу с учетом новыхтребований к проектируемому ШУ, либо по максимальной передаваемоймощности по приближенным зависимостям:для токарных, фрезерных, расточных, шлифовальных станков(1)для электрошпинделей(2)где P – максимальная мощность резания в кВт.2.2 Выбор проектных критериевНазначаются численные значения проектных критериев для сравнительнойоценки различных вариантов ШУ.По классу точности станка или по чертежам деталей, для обработкикоторых проектируется станок, определяется допуск круглостишероховатостии параметрповерхностей деталей после обработки.

Жесткостьпроектируемого ШУ должна быть не меньше чем у станка прототипа(допустимая жесткость выбирается по ШУ станка прототипа или поприближенному выражению по передаваемой мощности)6(3)где Р – передаваемая мощность в кВт.Допустимый нагрев определяется исходя из класса точности станка [1, 6].Долговечность задается до среднего ремонта станка.2.3 Выбор типа опорВыбор типа подшипников опор осуществляется в зависимости от заданногодопуска круглости, допуска параметра шероховатостиповерхностейдеталей после обработки, в зависимости от скоростного параметра7,диапазона регулирования частоты вращения шпинделяпоследующему алгоритму [1 стр.

9]Еслито применяются подшипники качения.Еслито применяют гидродинамические подшипники.Еслито применяют гидростатические подшипники.Еслиито применяют подшипники с воздушной смазкой.Еслито применяют магнитные подшипники.После получения результатов этапа на экране, проектировщик принимаетрешение , какой тип опор он принимает для проектируемого ШУ. Если приняторешение проектировать ШУ га опорах качения, то выполняются последовательноследующие этапы.Если принято решение проектировать ШУ на опорах скольжения(гидродинамические или воздушные), то необходимо вручную рассчитатьпараметры принятых опор [1,5,6] (рассчитать радиальную и осевую жесткость идр.

параметры).Если принято решение проектировать ШУ на гидростатических опорах, тоони рассчитываются на ЭВМ программой GDSR (расчет радиального8гидростатического подшипника) и GDSO (расчет осевого гидростатическогоподшипника), расчет которых запускают с командной строки отдельно дляпередней и для задней опор.Полученные значения радиальной жесткости передней и задней опорвводятся в дальнейшие расчеты, начиная с этапа 4.2.4 Выбор компоновочной схемы ШУ (для ШУ на опорах качения)Выбор компоновочной схемы осуществляется только для ШУ наподшипниках качения в зависимости от скоростного параметраучетом эвристически полученных коэффициентов коррекциис, выбираемых изR-таблиц, в зависимости от заданного типа подшипников, системы смазки опор,группы и класса точности станка для которого проектируется ШУ [6].Рекомендуемые компоновочные схемы приведены на рисунке 2.В зависимости от выбранного типа системы смазки опор выбираетсяпоправочный коэффициент скоростного параметра[6, с.