Разработка шпиндельной бабки токарного станка с ЧПУ с механизмом зажима заготовки

у_шп - радиальное перемещение за счет изгиба шпинделя;

у_оп - радиальное перемещение за счет податливости опор;

у_сдв - радиальное перемещение за счет сдвига от поперечной силы.

Радиальное перемещение  переднего конца шпинделя:

, где l – расстояние между опорами, a -  длина переднего конца шпинделя, Е – модуль сдвига, I₁ и I₂ – осевые моменты инерции межопорной части и конца.

Радиальное перемещение  за счёт податливости опор:

, где К₁ и К₂ – податливость передней и задней опор.

; = 6,40·10^-7

= 2,41·10^-6

Радиальное перемещение  за счёт сдвига шпинделя:

, где  - площадь сечения переднего конца шпинделя, - площадь сечения межопорной части шпинделя, G – модуль сдвига.

Осевые моменты инерции:

Переднего конца.

 

Межопорной части.

 

Радиальная жесткость

 

5.7 Расчёт оптимального межопорного расстояния.

Уравнение податливости:

Для определения оптимальной  длины необходимо найти точку  перегиба уравнения податливости. Для  этого уравнение податливости дифференцируем по dl, приравниваем к нулю и решаем относительно l.

Получим

Введя обозначения, получим

Решаем уравнение аналитически. Применяя формулу:

l_опт=U+V, где

, .

Тогда оптимальное межопорное расстояние равно:

,

,

,

.

l_опт=259+58=317.

Конструктивно принимаем l_опт=310 мм.

При данном значении длины  радиальная жесткость равна:

 

5.8 Расчет точности опор качения.

Расчет опор на точность сводится к определению величины и назначению соответствующего класса точности подшипников. При этом должно выполняться следующее условие:

 

 

где и - количество подшипников в передней и задней опорах соответственно,

- допускаемое радиальное биение  центральной шейки. 

 Для станков класса  точности П  = 7 мкм

 

 

По справочнику  выбираем класс точности подшипников из условия .

 Выбираем для передней  опоры подшипники класс точности 2, для задней опоры   класс  точности 4.

Для уменьшения биения переднего  конца шпинделя Δ_шэ при сборке направляют биения (эксцентриситеты) вращающихся колец подшипников передней и задней опор в одну сторону:

 

Δ_шэ = 1,5 = 6,25 мкм.

Равенство Δ_шэ =6,25 мкм< Δ_доп = 7 мкм выполняется.

5.9 Смазка опор качения.

Будем применять пластичную смазку,  так как у нам шарикоподшипники с 

dn <0,6∙10⁶ мм∙об/мин, которая является наиболее простой и не требует дозаправки, сбора и отвода масла.

Для высокоскоростного токарного станка применяется смазка ЛКС -2.

Подшипник заполняется пластичной смазкой до 30-60% от свободного объема V=50∙d= 50∙100=5000 мм³.

Повышающий коэффициент  быстроходности для пластичной смазки равен 1.

5.10 Динамические характеристики.

Динамические характеристики рассчитываются также для сравнения  между собой вариантов конструкций  ШУ по проектным критериям: собственные  частоты колебаний и амплитуды  колебаний.

Частота собственных колебаний для одномассовой системы:

 

Приведённая масса:

Q₁, Q₂, Q_m - силы от веса переднего конца шпинделя, планшайбы с шлифовальным кругом, межопорной части в Н;

g = 9810 мм/с²;

_{где Сr1, Сr2 – жесткость передней и задней опор;}

 

Q₁ = V_к∙ρ_к = π∙D²_к/4 ∙a∙10^-6 ∙ ρ =

Q₂ =F= F = V_шп∙ρ_шп = (π∙D²/4 - π∙d²’/4)_кр∙B_кр∙10^-6 ∙ ρ_кр = 3,9кг = 39 Н

Q_m = V_з∙ρ_з = π∙D²_м/4 ∙l∙10^-6 ∙ ρ =

 

 

Частота от возмущающего воздействия  зубчатых колес:

 

 

Так как собственная частота  не совпадает с частотами возмущающего воздействия более чем на 30%, то резонанса от этих видов колебаний не будет.

 

 

 

При частотах вращения шпинделя 2010 и 1340 об/мин возможно появления  резонансных явлений. Работать на этих частотах не рекомендуется.

Частота возмущающего воздействия  от погрешности подшипников качения:

 

Близко к  , поэтому на этой частоте тоже не рекомендуется работать.

 Заключение

 Данный курсовой проект  имел целью ознакомить студента  с основами проектирования, методиками  расчетов основных параметров  станочного оборудования (таких  как жесткость, точность, динамические  характеристики).

 Выполнение работы  основывалось на работе с литературой,  атласами станков и станочных  узлов, справочниками и ГОСТами.

  Кроме того, в данной  работе нашли отражения знания, полученные по курсам «Детали  машин», «Металлорежущие станки»,  «Режущий инструмент». 

 Выполняя работу, студент  мог ознакомиться и проследить  историю развития станочного  оборудования, имел возможность  подобрать оптимальные, отвечающие  современным требованиям системы  и устройства (уплотнения, компоновку, гидравлическую систему, систему  захвата инструмента и др.).

 Результатом работы  стал чертеж шпиндельной бабки  с обоснованием ее основных  размеров.

Список используемой литературы.

1. Косилова А.Г., Мещерякова  Р.К. «Справочник технолога - машиностроителя»  том 2, Москва «Машиностроение» 1986г.

2. Лизогуб В.А. «Проектирование  шпиндельных узлов, направляющих  и магазинов подач металлорежущих  станков и станочных комплексов»,  Москва 1992г.

3. Перель Л.Я. «Подшипники  качения. Справочник», Москва  «Машиностроение» 1983г.

4. Конспект лекций по дисциплине «Металлорежущие станки»