Кузнецов Ю.Н. Станки с ЧПУ (986783), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Известны также механизмы фиксации, работающие без осевого перемещения рабочего органа. 4.б. Расчет податпнвостн шпнндепьных узлов К шпиндельпым узлам (ШУ) предъявляются сведующие основные требования: !. Надежность передачи на заготовку или инструмент крутящего момента. 2. Точность вращения, определяемая радиальными н осевыми биениями переднего конца шпинделя; для станков общего назначения в зависимости от класса точности станка чочность вращения должна соответствовать стандартным значениям; для специальных станков она зависит от требуемой точности обработки: Л ~Л„/3, (4.34) где Л вЂ” биение шпинделя; Ь, — допуск на лимитирующий размер готового изделия. 3. Жесткость (радиальная и осевая), определяемая отжатиями шпинделя под нагрузкой на переднем конце, Н/мкм* / = Р!у.
(4Щ Исходя из нормальной работы подшипников жесткость на участке между опорами ограничивается 250...500 Нlмкм (большие значения — для станков повышенной точности), что лимитирует диаметр шпинделя: ~ — «То,0~...0)!) (4.30] где ) — расстояние между опорами шпинделя. Возможно также определение жесткости исходя из требований к точности обработки у ~Л„73. (4.37) 4. Высокие динамические качества (виброустойчивость), определяемые амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний, которая не должна быть ниже 500...600 Гц.
5. Минимальные тепловыделения и температурные деформации ШУ. Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников. 6. Долговечность, зависящая от долговечности опор, которая в свою очередь во многом определяется эффективностью системы смазывания, уплотнений, частоты вращения, предварительного натяга в подшипниках качения и т. д. Долговечность ШУ не регламентирована, ее определяют по усталости, износу деталей подшипников или потере смазочных свойств масла. 7. Быстрое и точное закрепление инструмента нли обрабатываемой детали при автоматизации этой операции. 8. Минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуатацию прн удовлетворении всех остальных требований. Конструкция ШУ зависит от типа и размера станка, класса его точности, предельных параметров процесса об.
работки (максимальной частоты вращения л „, эффективной мощности привода). Передние концы шпинделей для большинства станков стандартизированы. Концы шпинделей выполняются фланцевыми (ГОСТ 12595 — 85, ГОСТ 12593 — 72) — для токарных, револьверных и шлифовальных станков; резьбовыми (ГОСТ 16868 — 71)— для токарных, токарно-винторезных и револьверных станков; с коиусностью 7: 24 (конус Морзе по ГОСТ 25557— 82) — для фрезерных, сверлильных и расточных станков; с зажнмнымн цангамн (ГОСТ 6945 — 84, ГОСТ 2876 — 80)— для токарных автоматов и револьверных станков (54!. Для шпинделей станков нормальной точности применяются конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой (обычно с нагревом ТВЧ) до ННС,49,3...57,1, шпиндели сложной формы изготовляются из сталей 50Х, 40ХГР с обьемной закалкой до Н)7С, 57,1...61. Для слабо- нагруженных шпинделей высокоточных станков применяются азотируемые стали 38Х2МОА, 38ХВГОА с закалкой до НЙС, 63,9...68,9.
170 Тип опор шпинделей выбирается на основании требований по точности обработки и быстроходности, определяемой СКОРОСТНЫМ ПаРаМЕтРОМ б(пг ГДЕ б( — ДИаМЕтР ОтВЕРСтИЯ под подшипник, мм; и — частота врашения шпинделя, мин-'. В табл. 4.2 приведены данные о точности и скорости ШУ на разных опорах, а табл. 4.3 — характеристика быстро- 4.2. Точностиые и скоростные параметры ШУ Отклоненне от круглости обработан ваго наделен, мкм Радиальное лосевое бнвнкс впннделн, мкм Скоростной параметр (бн)щвк 10-' Опоры О...!О !...10 О...!5 5, 40 1,00 0,50 0,05 О,!О 1,0 0,5 0,2 0,5 Качения Гидродинамическне Гндростатичсские Азростатические 4.3. Скоростные хаа актеристики ШУ при различных смазнах Пласткеный смааоеный материал Масленый туман Опоры бЫ10-' о, м/с бп ° 1О-' о, и/о 37...
39 9...13 46...68 8...12 42 ..63 Радиально. упорные шарикоподшипники ц= Гз Я') адиально-упорные шарикоподшипники (и 25') Упорно-радиальные шарикоподшипники (а 60') Радиальные двухридные роликоподшипники Конические роли- коподшипники 7,0...7,5 31... 35 6,0...6,7 2,5...2,8 13...
!5 3,3...3,8 !7...20 19...24 18... 20 3,6...4,5 3,5...3,8 2,0...2,3 ! 1...!2 3,0...3,5 16...18 171 ходности опор качения с диаметром отверстия 50...150 мм в зависимости от вида смазки (и — окружная скорость шейки шпинделя). Расстояние между опорами для шпинделей с консольным креплением изделия должно быть равным: для токарныи станков не менее 2,5 внутренних диаметров подшипника передней опоры, для кругло- и плоскошлифовальных— не менее 4...5 диаметров передней опоры шпинделя и ие менее 1,5 диаметров шлифовального круга, для внутришлнфовальиых — не менее 4...5 диаметров подшипника передней опоры.
Для всех станков отношение длины шпинделя (от центра задней опоры до переднего фланца) к диаметру передней опорной шейки шпинделя рекомендуется 4,5...6. Длина консоли от передней опоры до крайнего торца изделия или инструмента должна быть ие более (175...173) ! и рекомендуется минимально возможной. Прн расположении инструмента между опорами расстояние! минимально возможное (для узких шлифовальных кругов примерно равно диаметру круга). Для определения оптимальных параметров шпиидельных узлов рассчитывается жесткость с учетом демпфирующих свойств шпинделя. При этом шпиндель заменяется балкой ступенчато-переменного сечения на податливых точечн хх опорах, обладаю.цкх в общем виде радиальной и угловой жесткостью, не зависящей от нагрузки. Тнп опор выбирается в зависимости ог типа подшипника. Принято 14, 321, что радиальные подшипники обладают только радиальной жесткостью; радиально-упорные — радиальной, осевой, угловой; упорные и упорно-радиальные — осевой и угловой жесткостью.
При двух шариковых подшипниках расчетная схема имеет вид балки на ножевых опорах (рис. 4.9, а). Если в передней опоре находятся два шариковых подшипника или один роликовый, можно считать, что в этом сечении шпиндель не имеет поворота (рис. 4.9, 6). Если в передней опоре применен подшипник скольжения (рис. 4.9, в), он создает реактивный момент Мр —— (0,3...
0,35) М„„„(в передней опоре). При двух опорах скольжения (рис. 4.9, г) сначала необходимо определить прогиб у, прн деформации шпинделя в пределах радиального зазора подшипника, рассматривая его как балку иа двух ножевых опорах. Если сила вызывает большую деформацию, следует определить прогиб у, конца шпинделя от той составляющей силы, которая деформирует его как консольную балку с заделкой в передней опоре.
Суммарный прогиб у = у, + + у,. К прогибу шпинделя добавляется деформация на упругих опорах, при этом шпиндель рассматривается как жесткое тело. Действие нагрузки от звеньев привода, которое необхо- 172 Рис. 4. 9. Расчетные схемы шпиндель ных узлов с различными онорамн (4.38) !73 Уи = У1 + УаФ димо учитывать прн расчете ШУ точных станков, в данных схемах не рассматривается. На деформацию шпинделя и реакцию в опорах влияег положение приводного зубчатого колеса, передающего вращение на шпиндель.
В схеме 1 (рис, 4.!О) результирующая сила Й, определяющая реакции Й1 и Яа в передней н задней опорах, равна сумме силы резания Р и нагрузки (~1 на зубчатое колесо. В схеме П )с = Р— 9п. Схема 11 выгоднее, если необходимо уменьшить реакцию в передней опоре, схема 1.— если требуется минимальный прогиб шпинделя, у~ (уп. Поэтому схема 1 чаще применяется в точных станках, а схема П вЂ” в станках для черновой обработки. При приближенных проектных расчетах шпиндель заменяют балкой на двух опорах с силой Р, приложенной на консоли, т. е. на расстоянии а от передней опоры (рис. 4.11, и). Суммарное радиальное перемещение конца шпинделя без учета сдвига (не более 3...6 % от общих перемещений) от действия поперечных сил: Рис. 4.10, Влияние положения приводного зубчатого колеса на дефор.
мании переднего конка шпинделя О 1 2 5 4 Рис. 4.11. Изменение расстояния между опорами: а — расчетпае схема, б — упругие перамеп~еааа мпппаелп где ут — перемещение, вызванное податливостью опор; у, — перемещение, вызванное изгибом тела шпинделя. Из известных формул сопротивления дд= — ~ — + )~+ Р((из[ ( ')+ ] + н,(1 — е — ',~, (4.39) где 1 — расстояние между опорами; Š— модуль упругости; гз и,г'з — осевые моменты инерции шпинделя соответственно на консоли и между опорами; в — коэффициент ващемлення в передней опоре (0,75...0,1 в зависимости от установленных подшипников качения и 0 — для гидростатических); е, и е, — податливости передней и задней опор шпинделя.
В соответствии с формулой (4.39) податливость шпиндельного узла можно представить +е,(1 — а) —,. (4.40) Эту зависимость обычно используют для оптимизации расстояния 1 (или Х= 1/а) между опорами (рис. 4.!1, б) при условии, что податливость св стремится к минимуму, если дя /д1 = 0 (или де /дХ = 0). При а = 0 1а — [бЕ[те, — + бЕ7>(е, + еа)[ =О. (4,41) Стандарт тнн наашннннка ГОСТ 8338 — 765 ГОСТ 6874 — 75 ГОСТ 831 — 75 ГОСТ 333 — 75 ГОСТ 8328 — 75 ГОСТ 7634 — 75 0,23 0,26 0,2! 0,35 0,36 0,40 Шариковый радиальный однорядный » упорный однорядный одинарный > радиально-упорный однорядный Роликовый конический однорядный » радиальный однорядиый а двухрядный Из решения кубического уравнения получаем 1, (или Х, -1, !а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
