Что больше нравится?

Понедельник, 10 Декабрь 2018 07:11

Шпиндельные узлы станков с ЧПУ

Автор 
Оцените материал
(1 Голосовать)

Шпиндельный узел является одним из основных элементов несущей системы станка, во многом определяющим его жесткость, точность и виброустойчивостъ. В технической литературе достаточно хорошо изложены методики расчета динамических и статических характеристик шпиндельных узлов, широко растиражировано программное обеспечение для их расчета, что позволяет конструктор) при проектировании оптимизировать необходимые параметры и выбирать лучший вариант шпиндельного узла.

Однако в литературе совершенно недостаточно уделено внимание вопросам конструирования отдельных элементов шпиндельного узда. При проработке конструктивных особенностей шпиндельного узла и, в первую очередь, его опор возникает ряд трудностей, которые определяются отсутствием доступной информации в нужном объеме

Цель работы: изучить шпиндельные узлы станков с ЧПУ

 

 

Шпиндельные узлы

 

В качестве приводного двигателя в станках с ЧПУ обычно применяются регулируемые двигатели постоянного и переменного тока. Последние проще по конструкции и обладают большей надежностью в виду отсутствия щеточных узлов (особенно в области высоких частот вращения, которые требуются для главного движения). Диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью ограничен величиной 3...5 (в последних моделях двигателей 6...8), что требует, как правило, применения в приводе главного движения механических устройств (коробок скоростей) и диапазоном регулирования числом ступеней скорости 2,3 или 4. При этом (особенно в широкоуниверсальных станках) иногда закладываются значительные перекрытия отдельных диапазонов регулирования при переключении передач, что обеспечивает полную обработку детали определенного диаметра без переключения диапазонов в коробке в процессе обработки.

 

На шпиндель действуют нагрузки, вызываемые силами резания, силами в приводе (ременном, зубчатом), а также центробежными силами, возникающими от неуравновешенности вращающихся деталей самого шпиндельного узла, приспособления и заготовки. Проектирование узла включает: выбор типа приводного элемента, опор, устройств для их смазывания и защиты от загрязнений; определение диаметра шпинделя, расстояния между опорами и разработку конструкции всех элементов.

 

 

Современные виды шпинделей.

 

На современном рынке доступно большое количество шпинделей. Системы охлаждения, технология приведения в движение ротора, способ фиксации режущего инструмента и регулирования питания мотора тоже может отличаться. Поэтому лучше всего классифицировать все шпиндели, доступные в продаже, по типу обрабатываемых материалов. Возможности каждого устройства обусловлены их техническими характеристиками.

Шпиндели мощностью 0,8 кВт применяются для обработки ювелирных изделий, для создания гравировок, порезки пластиковых деталей до 5 мм толщиной,

Высокоскоростные шпиндели мощностью от 1,2 кВт могут используют с качественными твердосплавными фрезами для обработки металлических изделий. Для работы с тонкими прочными фрезами всегда используются шпиндели со скоростью вращения 30 000 об/мин.

Шпиндели мощностью 1,5 кВт используются для обработки сувениров, создания неглубоких фрезеровок на латунных и алюминиевых предметах

Шпиндели на 4 кВт применяются при резке твердых материалов.

 

 

Классификация шпинделей приведена в таблице 1.

Таблица 1

 Классификация шпинделей

 Классификация шпинделей

 

На долю упругих перемещений устройств, крепления инструмента или детали приходится 30...50 % общей деформации. Например, на токарном станке со шпинделем диаметром d — 110 мм деформация распределялась следующим образом: 16 % шпиндель; 28 % опора; 36 % кулачковый патрон. Деформация шпиндельного узла многоцелевого станка с диаметром шпинделя 80 мм распределялась: 37 % шпинделя с опорами; 11 % оправки; 52 % конического соединения шпинделя с оправкой.

Достигнутая статическая жесткость составляет (4...5)d Н/мкм (d в мм). Статическая жесткость сильно зависит от диаметра d шпинделя (в четвертой степени), длины консоли а конца шпинделя (в третьей степени) и мало зависит от расстояния b между опорами, причем увеличение b сверх оптимального значения лучше, чем его уменьшение. Назначение размеров шпинделя (диаметров, длины переднего конца) производится с учетом силовых и скоростных характеристик станка. Статистические данные позволяют практически однозначно связать размеры переднего конца с основным размером станка. Принятые соотношения диаметра шпинделя и основного размера станка приведены ниже:

 соотношения диаметра шпинделя и основного размера станка

 

 

 Шпиндельные узлы металлорежущих станков

 

Виды опор шпинделей. В шпиндельных узлах металлорежущих станков в качестве опор шпинделей применяют следующие виды подшипников (рис..1): а) подшипники качения; б, в) подшипники скольжения с жидкой смазкой б) - гидродинамические, в - гидростатические); г) подшипники с газовой смазкой; д) активные магнитные подшипники.

 

 

 виды подшипников

а) б) в) д)

 

Рис. 1. Основные виды опор шпинделей:

а- подшипник качения; б- гидродинамический подшипник скольжения; в -гидростатический подшипник скольжения; г -подшипник с газовой смазкой; д - активный магнитный подшипник

Подшипники с жидкой и газовой смазкой занимают прочное место в тех станках, к которым предъявляются экстремальные требования по точности, быстроходности или несущей способности. Активные магнитные подшипники (наиболее быстроходные) находятся на начальной стадии промышленного развития. Преобладающим видом опор шпинделей являются подшипники качения (ПК): по различным оценкам 90 - 95 % шпиндельных узлов станков выпускают с ПК.

 

 

Подшипники качения для шпиндельных узлов станков. В большинстве современных ШУ устанавливают ПК, специально предназначенные для этих узлов (рис. 2)

а - радиалъно-упорные шарикоподшипники с текстолитовыми сепараторами;

 

б - радиальные двухрядные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами;

 

в - радиальные однорядные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами;

 

г- упорно-радиальные шарикоподшипники;

 

д - конические роликоподшипники с буртом на наружном кольце;

 

е - конические роликоподшипники с встроенными пружинами;

 

ж - конические роликоподшипники с управляемым натягом;

 

з - перекрестно-роликовые подшипники;

 

и - комбинированные (упорно-радиальные шарикоподшипники).

 

 

Критерии работоспособности ШУ. Основными показателями работоспособности шпиндельных узлов являются: быстроходность (характеризуемая "параметром быстроходности" П = dnmax-10 -5 мм • мин-1, где d, мм - диаметр шейки шпинделя в передней опоре; птах, мин -1 - наибольшая частота вращения шпинделя); жесткость; точность; ресурс.

 

 

Погрешность ∆ вращения шпинделя - это векторная сумма всех частотных составляющих процесса смещения оси шпинделя, частота которых отлична от частоты вращения. Она непосредственно влияет на отклонение от круглости обрабатываемых деталей и опосредственно на параметры шероховатости обрабатываемой поверхности и другие отклонения формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей .

Погрешность ∆ возникает в процессе упругого взаимодействия дорожек и тел качения при вращении ПК шпинделя. Необходимо рассматривать последовательные положения оси шпинделя при его повороте с учетом погрешностей формы рабочих поверхностей деталей ПК и внешней нагрузки, т.е. квазистатический процесс.

 

 

Заключение

 

Шпиндель станка служит для передачи вращения обрабатываемой детали или инструменту. Шпиндели сверлильных, расточных и некоторых других станков кроме вращательного движения осуществляют одновременно поступательное движение, а шпиндели хонинговальных станков одновременно осуществляют возвратно-поступательное движение. Шпиндель является весьма ответственной деталью станка. От точности вращения шпинделя зависит точность обработки деталей.

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2018
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проекта
Прочитано 431 раз Последнее изменение Понедельник, 10 Декабрь 2018 07:37
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии