Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (862475), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

д.Для вращения шпинделя в современной практике широко используетсяременной привод, который обеспечивает более плавное вращение, чем зубча­тая передача. В токарных и многоцелевых станках все чаще стали применятьшпиндели со встроенным электродвигателем (электрошпиндели). Ранее ихиспользовали на высокоскоростных шлифовальных станках. Но следуетиметь в виду, что диапазон частот вращения элетрошпинделя ограничен воз­можностями частотного преобразователя.2.4.2.

Шпиндельныеопоры каченияДля шпиндельных узлов разработаны специальные подшипники качения,которые отличаются жесткими допусками на размеры и форму, большимчислом и малым диаметром тел качения, возможностью регулировки зазора­натяга, небольшой высотой сечения и легкими и прочными сепараторами.Эти отличительные признаки в значительной степени обеспечивают высокуюточностьвращенияшпинделя,малоебиение,высокуюбыстроходность,всегоприменяют шариковые радиально­жесткость и низкую температуру.Средиопоркачениячащеупорные и упорно-радиальные, роликовые с цилиндрическими и конически­ми роликами. С учетом требований быстроходности, точности и жесткостипроизводят их различные модификации.

Некоторые серии подшипников дляшпиндельных узлов шведской фирмы SКF и их характеристики приведены втабл.2.2.2.4.Таблица67Шпиндельные узлы на опорах качения2.2Жесткость и быстроходность шпиндельных подшипников каченияСерияКонструкция719CD719ACDmm_70CD70ACDm70СС--=NN30KNl0AК~2344(00)~320Х70СС,Быстроходностьосеваятакта а, градndc0 • l0-60,210,310,110,3915251,751,500,220,310,10,3615251,751,50122,5-1,751,50-0,250,370,10,371--0,750,5--0,9600,6---10,47Радиально-упорные70CD(ACD),Угол кон-радиальная-m72CD72ACDОтносительная жесткость0,53шариковые72CD(ACD)подшипникисерий719CD(ACD),с уменьшенным поперечным сечением вос­принимают радиальную и осевую нагрузки.

При значительной осевой силеиспользуют подшипники с большим углом контакта а=25°, а при высоких- с малым углом а= 12°. Подшипник серии 70СС имеетугол контакта а = 12° и работает с наибольшей частотой вращения ndcp == 2,5 · 106 при масловоздушном смазывании (см. табл. 2.2). Радиально­частотах вращенияупорные подшипники в таблице изображены в масштабе: при одинаковомдиаметре отверстия у них разный наружный диаметр вследствие изменениядиаметра шарика.

Фирма SКF выпускает модификации подшипников и с по­стояннымнаружнымдиаметром,чтопозволяетувеличитьдиаметрвалаижесткость шпинельного узла в целом, не изменяя габариты шпиндельнойбабки.За единицу радиальной жесткости принята жесткость двухрядного ци­линдрического роликового подшипника серии NNЗ0K, за единицу осевойжесткости-2344(00) с= 60°.

Выпускают также модификации подшипников с уг­40°, а = 30°, у которых ниже жесткость, но выше быстро-жесткость упорно-радиального подшипника серииуглом контакта алом контакта а =682.Проектирование станковходность. Упорно-радиальный подшипник работает в паре с двухрядным ци­линдрическим роликовым, при этом первый воспринимает осевую силу, вто­рой-радиальную.Однорядный роликовый подшипник серииN1 ОАКимеет более высокуюбыстроходность, но в два раза меньшую жесткость, чем подшипник серииNNЗ0K. Конические роликовые подшипники по точности и жесткости близкик цилиндрическим, но у них больше потери на трение и выше нагрев. Широ­ко известны подшипники фирмыGamet(Франция) одно- и двухрядные, сбуртом на наружном кольце и без бурта, с пружинами для предварительногонатяга.Наряду со стальными фирма SКF выпускает гибридные (керамические)подшипники качения. Они имеют стальные кольца и керамические шарики.В целом гибридные подшипники отличаются от стальных высокой жестко­стью, быстроходностью и меньшим тепловыделением, но они существеннодороже.

Материал шариков-нитрид кремниялью у него меньше плотность (врения ( asi3N 42,5Si3N 4 .По сравнению со ста­раза) и коэффициент линейного расши­= О,29ас-гали), ниже коэффициент трения.2.4.3. Конструкциишпиндельных узловВвиду ряда противоречивых требований не существует такой конструк­ции шпиндельного узла, которая бы подходила всем металлорежущим стан­кам. Выделим конструкции, которые удовлетворяют в первую очередь како­му-либо одному главному функциональному назначению из всего многооб­разия требований.Шпиндельные узлы высокой жесткости (рис.2.11)применяют для то­карных станков высокой производительности, для многоцелевых, прецизион­ных расточных и плоскошлифовальных станков.

В передней опоре установ­лены подшипники NNЗ0К/SP и2344/SP-альных и осевых сил; в задней опоредля раздельного восприятия ради­подшипник NNЗ0К/SP. Шпиндельразгружен от силы натяжения ремня. Для этого шкивновлен через подшипники на ступице5,1 (см.рис.2.11)уста­связанной жестко с корпусом4шпинделя.

Вращение на шпиндель передается от шкива через фланец 6.Подшипник шпинделя фиксируется ступенчатыми втулками 2 и 3 в целяхповышения точности. Масловоздушное смазывание обеспечивает низкуютемпературу подшипников, не оказывая вредного влияния на окружающуюсреду. Быстроходность конструкции шпиндельного узла ndcr = О,8· 106 примасловоздушной смазке и ndcp = О,6· 106 - при пластичной смазке. Узел ра­ботает при частоте вращения шпинделя п = 4 500 мин- 1 , а при использованииподшипника с меньшим углом контакта (а= 30°) при п = 5 500 мин-1 .2---+-~-1----+--5Рис.2.11. Шпиндельный узел высокой жесткости3470Проектирование станков2.Жесткиеибыстроходныешпин­дельные узлы.

Для более высоких скоро­стей или снижения температуры в перед­аней опоре применяют радиально-упорныешариковыеЛt, С0подшипникивсочетаниироликовым или двумя шариковымиспод­шипниками в задней опоре. Для увеличе­25ния быстроходности используют подшип­ники с шариком меньшего размера (серии2070СЕ вместо серии70CDлом контакта1570CD) и меньшим уг­= 15° вместо а = 25°).(аПоскольку жесткость шариковогошипника в106--1 Опод­раз меньше, чем роли­кового, то в порядке компенсации в пе­редней опоре устанавливают53--4шари­ковых подшипника.Зависимость избыточной температу­10515n-1 0- 3,ры Лt подшипников серии20мин-'со2.12.графикна рис.Схема установки (а) иизбыточнойподшипников(6)и 70СЕми (НС) от частоты вращения показанабРис.70CDстальными и керамическими шарика­температурысерииПодшипники серии 70СЕ сзоне частот вращения показьmают болееи70CD2.12.шариками малого размера во всем диапа­низкую температуру.70СЕ со стальными и керамически­Типоваями (НС) шарикамиконструкцияжесткогоибыстроходного шпиндельного узла вер­тикального многоцелевого станка показана на рис.установлен комплект из трех подшипников серииNNЗ0К/SP (Р4,2.13.

В передней опоре70ACD/P4, в задней -класс точности подшипников). Следует обратить вни­SP -мание, что элементы конструкции шпиндельного узла выполняют дополни­тельные функции-фланцы1и3одновременно являются элементамилабиринтного уплотнения; для фиксации подшипников передней опорыприменяется специальная ступенчатая втулкафункцию выполняет шкив4.2,а для задней опоры этуШпиндель работает с максимальной частотой1вращения п = 12 ООО мин- при пластичной смазке, избыточная температураЛt= 10 °С.Быстроходные и особо быстроходные шпиндельные узлы. Необходи­мость повышения быстроходности узла вызвана высокопроизводительнойобработкой заготовок малого диаметра или инструментом малого диаметра.При этом учитывается, что повышение производительности связано с увели­чениемскорости(600 ...

1 800 м/мин)резания.Развиваютсяи сверхскоростной(>направлениявысокоскоростной1 800 м/мин) обработки. Керамиче­2 ООО м/мин и более. Сверхско-ский инструмент допускает скорость резания2.4.71Шпиндельные узлы на опорах качения141·!11---=J=-...=1321t111\- -/11111111L_L_1t<---r--"1.1L_J __ J',--, - 1'~-т-~///.1.1111Рис.2.13.Жесткий и быстроходный шпиндель­ный узел многоцелевого вертикального станкаростная обработка сопровождается малым повышением температуры обраба­тываемого изделия, снижением силы резания, получением зеркальной по­верхности и т. д.В качестве опор шпинделей применяют радиально-упорные шариковыеподшипники высокой быстроходностилема-( серии70СЕ, 70СС).

Главная проб­снижение температуры подшипников. В быстроходных узлах уста­навливают по два подшипника в опорах, в особо быстроходных-по од­ному.При проектировании быстроходных шпиндельных узлов следует обра­титьвнимание на допустимуюпредварительный натяг,температуру,силу трениясмазку, охлаждение,вподшипниках,критическую частоту вра­щения. Не следует забывать, что принудительное охлаждение шпиндель­ных узлов допустимо лишь при низкой избыточной температуре опор(Лt;::5°С).722.Проектирование станков2.4.4. Расчет шпиндельных узловДля расчета шпиндельного узла используют дифференциальное уравне­ние упругой линии балки, лежащей на упругом основании:EJyrvгде Е -= р(х),(2.2)модуль упругости материала шпинделя;деля; у -J-упругое смещение (прогиб) шпинделя; р(х)момент инерции шпин­-функция нагрузки.Общее решение этого уравнения дано акад.

А.Н. Крьmовым. Примени­тельно к шпиндельным узлам задача решена проф. П.М. Чернянским и сво­дится к расчету балок на точечных упругих опорах. Решение уравнениясодержитдвапостоянныхкоэффициентанезависимоотчисла(2.2)опор­подшипников и вида нагрузки:EJy=Ao+А1 х +Ф(х),(2.3)где А 0 , А 1 постоянные коэффициенты, определяемые из граничных усло­вий над опорами; х координаты по длине шпинделя; Ф(х) частное ре­шение полного уравнения(2.2).Расчет можно выполнить одновременно с учетом всех действующих сил имоментов, но методически удобнее определять прогиб у; от действия каждойсиловой нагрузки. Тогда суммарное смещение шпинделяп(2.4)y=LY;,i=lгде п -число силовых факторов.ууьасFхs;j'[ ·1;,.,~~tR1i R2аРис.аG оптб2.14.

Характеристики

Список файлов книги