Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 18
Текст из файла (страница 18)
табл. 3.1). Наиболее Рис. 3.1, Оценка точности Шу: а, б — опорные точки шпинделя соответственно для конической и плоской установочных баз; в — реализации траекторий опорных точек; г — характеристический вектор В и его координаты ем всего комплекса внешних и внутренних факторов и проявляются как случайные функции, так как вызывающие их факторы также случайны. Анализ траекторий позволяет выявить точностные характеристики шпинделя и их реакции на воздействие практически каждого из действующих факторов. Удобным способом оценки точности ШУ является изучение поведения в пространстве характеристического вектора К (рис. 3.1, г).
Начало вектора находится в опорной точке на пересечении оси шпинделя с плоскостью установочной базы переднего конца шпинделя. Характеристический вектор К является интегральным показателем имеющихся погрешностей в положениях шпинделя и позволяет оценивать все погреш-- ности, связанные с погрешностями опор, деформацией тела шпинделя, со смещением шпинделя в пространстве под действием динамических и тепловых процессов и другими причинами (см. т. 1, п. 2.2).
Действующей нормативной документацией для станков общего назначения регламентированы стандартные значения радиального и осевого биений (а для ШУ, совершающих вращательно-поступательные движения, дополнительно регламентированы прямолинейность перемещения в зависимости от класса точности станка). Для специальных станков точность вращения переднего конца шпинделя предварительно выбирают в зависимости от требуемой точности обработки (как треть от суммы допусков на регламентированные параметры точности готового изделия). Равномерность вращения шпинделя (его кинематическая точность) определяется постоянством частоты вращения привода и зависит от уг- ловой жесткости цепи привода.
Чем короче цепь, тем, как правило, выше угловая жесткость. Быстроходность определяет, во-первых, технологические возможности сверхскоростной обработки, во-вторых, производительность. В качестве показателя быстроходности ШУ принято произведение диаметра 0 передней шейки шпинделя на наибольшую частоту вращения и. Быстроходность ШУ в основном зависит от типа опор (см. табл. 3.1) и смазочного материала. Надежность. Для ШУ важно обеспечение высокой параметрической надежности, т. е.
сохранение первоначальной точности во времени, Главные причины снижения параметрической надежности — тепловые процессы, скорость которых соизмерима с продолжительностью обработ~ки заготовки на станке, и износ, характерный для опор качения и гидродинамических опор. Основными показателями для оценки параметрической надежности ШУ служат вероятность безотказной работы РЯ и запас надежности .К для каждого из регламентируемых параметров точности ШУ, а также ресурс по точности Т„(см. т. 1, гл. 9).
Ресурс подшипников зависит от качества их изготовления, монтажа и условий эксплуатации. Ресурс подшипников качения обусловлен потерей точности в связи с изнашиванием. Общепринятой методики их расчета на износ не существует. Расчет на долговечность по выносливости носит условный характер, так как выход подшипников из строя из-за усталостного разрушения наблюдают всего в 10 — 15% случаев. Ресурс гидро- и аэростатических, а также магнитных подшипников неограничен при правильной их эксплуатации вследствие отсутствия их изнашивания. В гидродинамических подшипниках изнашивание возможно только в режимах пуска и останова.
Жесткость. Статическая жесткость ШУ ~=Р/б, где Р— сила, приложенная к переднему концу шпинделя; 6 — прогиб переднего конца шпинделя. Это весьма удобная характеристика, так как она определяет величину упругих деформаций шпинделя под нагрузкой и зависит от типа опор и размеров шпинделя. Существенное влияние на жесткость ШУ оказывает вылет а шпинделя, поэтому при проектировании всегда необходимо стремиться к его уменьшению.
жесткость ШУ зависит от межопорного расстояния О. При воздействии радиальной нагрузки, приложенной к переднему концу шпинделя, эта зависимость Х=Ь/а имеет экстремальный характер (рис. 3.2), Рис. ~.2. Зона оптимальных значений относитель- ного межопорного расстояния Х 6 — 3800 так же как и смещение о переднего конца шпинделя, являющееся суммой смещения о от прогиба шпинделя и смещения ооп опор. Из графиков следует, что существует оптимальное значение Хо „при котором податливость о переднего конца шпинделя минимальна. Вблизи значения Хопт подъем кривой о незначителен и при изменении значения Х в пределах -+ (0,15...
0,20) Хопт смещение о незначительно отличается от минимального. Баланс упругих смещений на переднем конце шпинделя для ШУ с разными опорами таков: деформации передней опоры составляют 40— 50%, задней — 2 — 3%, деформации консольной части шпинделя,— 15— 20% и межопорной части — 30 — 40%. Единых норм для назначения жесткости ШУ не существует, однако, исходя из обеспечения нормальной работы подшипников, жесткость межопорной части шпинделя принимают 250 — 500 Н/мкм ~29~ (большие значения — для станков повышенной точности), что определяет диаметр межопорной части д~(0,05...0,1)Ь. Жесткость ШУ можно также определять, исходя из требований к точности обработки. При этом смещение о переднего конца шпинделя ограничивают: б~Хб,/3, где Хби— сумма допусков на изделие.
Динамические характеристики. ШУ должен иметь высокую виброустойчивость для обеспечения качества и производительности обработ- ле мю дю аю к,гц ФВ М Л) М и 1~,~эвам Мк, ~л'~~ Рис. 3.3. Выбор элементов ШУ по динамическим характеристикам: а — конструкции подшипника качения по динамической жесткости; б — типа привода по АЧХ: 1 — мембранно-торсионный; 2 — аэротурбиной; 3 — инерционный; в — типа опор по АФЧХ; качения (сплошная линия); 2 — гидростатические (штриховая линия) ки, а также стойкости инструмента.
Динамические характеристики для оценки качества ШУ включают в себя частоты собственных колебаний, АЧХ, АФЧХ, динамическую жесткость, формы колебаний на собственных частотах, коэффициенты демпфирования (или декременты затуха,.ния). Эти характеристики, являясь показателями динамического качества ШУ, достаточно точно определяют амплитуды колебаний переднего конца шпинделя. Они особенно наглядны при сравнении вариантов конструкций.
Анализ зависимости динамической жесткости ~д от частоты вращения (рис. 3.3, а) позволяет правильно выбрать конструкцию подшипника (например, достижение высоких частот вращения 36 000— 40 ООО мин-' без существенного снижения динамической жесткости возможно только при применении подшипников серии 36908 ~271). Сравнение АЧХ ШУ с различными приводами вращения шпинделя (рис. 3.3, б) позволяет выбрать конструкцию привода, обеспечивающую наи- оа Р,1 Рис. 3.4.
Выбор конструкции ШУ по формам колебаний на 1, П, П собственных частотах: а — узел в коробчатом корпусе; б — мотор-шпиндель в коробчатом корпусе; в — узел в гильзовом корпусе; У вЂ” шпиндель; 2 — патрон; 8 — оправка; 4— ротор; 5 — гильзовый корпус Ау(гЛмси ад Гуг 2 УИ -ЯЖ д, д5 д7Г 10 1Х ф~ 20 гч Рис.
3.5. Тепловые смещения передне- го конца шпинделя Ю 70 Щ меньшие амплитуды А, колебаний во всем диапазоне частот. Сравнение АФЧХ ШУ с различными типами опор (рис. 3.3, в) дает возможность выбрать опоры, обеспечивающие допустимые амплитуды колебаний во всем частотном диапазоне. Формы колебаний (рис. 3.4) и их анализ позволяют наглядно представить характер деформирования основных элементов ШУ. Формы колебаний дают также представление о размере колебаний по всей длине шпинделя, что важно для правильного конструирования П1У„в частности для размещения: масс на шпинделе. Низшие собственные частоты колебаний — важные характеристики ШУ, так как практически невозможна работа в резонансной зоне с частотой вращения, близкой к собственной частоте ~, (в интервале ~ 2Ро~ Большинство ШУ работает в дорезонансной зоне (с частотой вращения меньшей, чем первая собственная частота); некоторые высокоскоростные ШУ вЂ” в зарезонансной зоне (при этом необходимо применение специальных устройств для безопасного перехода через резонанс при разгоне и торможении).
Расчет собственных частот при проектировании ШУ обязателен. Тепловые характеристики. ШУ должен иметь минимальные тепловыделения, так как тепловые смещения шпинделя непосредственно влияют на точность и параметрическую надежность процесса обработ.ки и на работоспособность опор. Тепловыделение с увеличением частоты вращения существенно возрастает, что сдерживает интенсификацию режимов обработки (см. т. 1, гл. 7). Основным показателем тепловых процессов в ШУ являются тепловые смещения переднего конца шпинделя (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
