Комплексный расчет шпинделя
Общие сведения. Шпиндель рассматривается как техническая система, на ее работу оказывают влияние различные факторы. Целью данных расчетов является определение прогибов и углов поворота в местах установки инструментов, долговечности подшипниковых опор и радиального биения переднего конца шпинделя, а также металлоемкости шпиндельного узла и сравнение указанных параметров с их допустимыми значениями. От величины прогиба и биения шпинделя с инструментом зависит точность обрабатываемых на станке деталей и качество их поверхности. Поэтому для шпинделей главным расчетом является расчет на жесткость.
При расчете на жесткость в качестве сил нагружения принимают силы резания S1 и S2, (рис. 22) вес режущего инструмента G, вала Gв, шкива Gш, давление ременной передачи Тх и Ту. Под действием указанных сил вал деформируется. Максимальное смещение вала у в точке закрепления режущего инструмента складывается из двух частей: прогиба консоли у1 и податливости подшипниковой опоры w2:
. (65)
Предельно допустимые значения параметров шпинделя приведены ниже.
| Ограничение по углу поворота сечения вала в радиальном шарикоподшипнике, рад | 0,01 |
| Ограничение по долговечности подшипниковых опор, ч, не менее . . . . . . . | |
| Предел по радиальному биению переднего конца шпинделя, мм . . . . . . . . | 0,03 |
| Предел вертикального перемещения переднего конца шпинделя, мм . . . . . . | 0,01 |
| Предел по массе шпинделя, кг . . . . | 10-50 |
Исходные данные. При решении задачи прежде всего определяются силы, действующие на шпиндель.
Окружная касательная составляющая силы резания, Н
, (66)
где Р – мощность на шпинделе, кВт;
V – скорость главного движения, м/с.
Окружная радиальная сила резания для затупленных лезвий режущего инструмента принимается Fz = 0,8Fx.
Проекция сил резания на направление подачи
, (67)
где m – угол подачи, 
.
Проекция сил на вертикальную плоскость S2 и осевая сила Ао находятся по следующим формулам:
для станка с нижним расположением вала
,
Ао = 0;
для станка с верхним расположением вала
,
Ао = 0;
для станка с вертикальным расположением вала
,
.
Силы давления ременной передачи
,
,
где a - угол действия силы давления ремня на шкив шпинделя; a измеряется по часовой стрелке от направления подачи заготовки при виде со стороны режущего инструмента.
 |
Возможные схемы установки шпинделей на подшипниковых опорах приведены на рис. 23.
Прогиб консоли с режущим инструментом. Прогиб консоли у1 находится по следующим выражениям.
Если 
, то
, (68)
Если 
, то
, (69)
где Е – модуль упругости стали, Е = 196000Па;
Jа – момент инерции консоли вала с инструментом, мм4, 
;
J – момент инерции участка вала между опорами, мм4;
dm – символ, 
.
Металлоемкость шпиндельного узла. Массу шпиндельного узла приближенно можно определить по формуле, кг
, (70)
где Gи – масса режущего инструмента с зажимным устройством, кг;
V1, V2 – объем металла межопорной части вала и гильзы с учетом массы подшипников см3;
r – плотность стали, r = 7,8 г/см3.
, (71)
,
где D, B – наружный диаметр и ширина подшипника, см;
t – толщина стенки гильзы, см; t = 0,18D.
Дата добавления: 2017-02-04; просмотров: 1584;