Шпиндельный узел станка-гексапода и механизм зажима инструментальной оправки

записка.docx

Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»
«Шпиндельный узел станка-гексапода и механизм зажима инструментальной
Пояснительная записка
Руководитель Кочергин А.И.
Общие сведения о станке5
1 Описание и схемы выполняемых на станке операций.5
2. Конструктивные особенности станка10
3. Извлечение из стандартов регламентирующих размеры и показатели шпиндельного узла17
Выбор электродвигателя22
1. Расчёт режимов резания22
2. Выбор электродвигателя24
Кинематический расчёт привода26
Проектный расчёт привода26
Проектирование шпиндельного узла27
1. Оценка параметров быстроходности шпиндельного узла27
3. Выбор материала для шпинделя и технологии термической обработки28
4. Обоснование способа смазывания и разработки системы смазывания. Определение конструктивных параметров уплотнений.29
5 Обоснование показателей точности деталей сопряженных с подшипниками31
6. Расчет шпиндельного узла на жесткость33
Проектирование механизма автоматического зажима инструмента.38
1 Описание конструкции механизма38
2 Определение усилия зажима инструмента.39
3 Расчет комплекта тарельчатых пружин39
4 Расчет гидроцилиндра41
Задачей данного курсового проекта является разработка шпиндельного узла станка-гексапода и механизм зажима инструментальной оправки.
В этом проекте описывается назначение проектируемого узла. Приводится расчет узла. Выполняется проектировочный расчет привода шпиндельного узла и его размеры. Приводятся расчеты на жёсткость шпиндельного узла Описывается применяемый способ смазывания узлов проектируемого привода и дается обоснование технических требований.
Научно-технический прогресс в машиностроении в значительной степени определяет развитие и совершенствование всего народного хозяйства страны. Важнейшими условиями ускорения научно-технического прогресса являются рост производительности труда повышение эффективности общественного производства и улучшение качества продукции. Огромное влияние на повышение производительности оказывает оборудование на котором выполняются технологический процесс. Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более совершенных машин и снижению их себестоимости. Эффективность производства его технический прогресс качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования машин станков и аппаратов от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа.
Перед современным машиностроением стоят задачи создания эффективного металлорежущего оборудования обладающего высокой производительностью надежностью и точностью. Значительно повысить эти характеристики позволяет металлорежущее оборудование на базе механизмов с параллельной кинематикой («гексаподы»). Станки «гексаподы» позволяют производить шести координатную обработку поверхностей. Высокое ускорение рабочего органа достигается за счет незначительности перемещаемых масс. Замкнутая кинематическая цепь обеспечивает более высокую жесткость всей конструкции и меньшие нагрузки на каждый привод это в свою очередь приводит к повышению точности позиционирования рабочего органа.
Гексапод - станок нового поколения который широко используется в машиностроении при обработке поверхностей детали. Впервые о станке данного типа услышали в 80 годы в России. Станок выполняет поступательное движение и относится к технологическому оборудованию с параллельной кинематикой. Принцип построения основан на соединение шести штанг разной длины что позволяет осуществлять обработку по шести координатным точкам.
Общие сведения о станке
1 Описание и схемы выполняемых на станке операций.
Предварительное фрезерование открытых плоскостей шириной выполняется за один проход. Направление движения выбирается так чтобы деталь прижималась к опорам (рисунок 1).
Обработку контурных плоскостей с шириной производят по схеме указанной на рисунке 2.
Для фрезерования плоскостей состоящих из отдельных удалённых друг от друга участков используется схема указанная на рисунке 3 позволяющая осуществлять перемещения от участка к участку на быстром ходу.
Рисунок 1.Схема перемещения инструмента при предварительной обработке плоскостей
Рисунок 2. Схема перемещения инструмента при предварительной обработке плоскостей
Рисунок 3. Схема перемещения инструмента при предварительной обработке открытых плоскостей
Схема представленная на рисунке 4 применяется при обработке плоскостей концевой фрезой.
Рисунок 4.Обработка плоскостей концевой фрезой
Чистовая обработка плоскостей может выполняться по двухпроходной схеме
(рисунок5а) или перемещением фрезы зигзагом (рисунок 5б). Для чистовой обработки контурных поверхностей целесообразно применять схемы указанные на рисунке 5в.
Рисунок 5.Схемы перемещения инструмента при чистовой обработке открытой плоскости торцовыми зубьями фрезы
Обработка пазов концевой дисковой или шпоночной фрезой выполняется за один-три прохода. Неточные пазы с шириной обрабатываются за один проход (рисунок 6 а) а с шириной - за два прохода (рисунок 6 б в). Если ширина паза составляет то сначала обрабатывается центральная часть паза а затем – его боковые стороны. Обработка пазов с шириной осуществляется так что боковые стороны обрабатываются концевой фрезой за два прохода а средняя часть – торцовой фрезой по схеме на рисунок 5а.
Рисунок 6.Схемы перемещения фрез при обработке пазов:
б – за два прохода с рабочей подачей в обе стороны;
в – за два прохода с рабочей подачей в одну сторону;
На рисунке 6 приведены схемы перемещений инструмента при фрезеровании отверстий окон канавок и других внутренних контуров. При черновой обработке карманов фреза может двигаться по «спирали» (рисунок 7 а) или «строке»
Черновое фрезерование отверстий концевой фрезой выполняется с врезанием по радиусу (рисунок 7 в) а получистовое – с врезанием сначала по радиусу а затем по дуге окружности (рисунок 7 г). При обработке выемок и карманов в тех случаях когда предварительное сверление отверстия для вывода фрезы нецелесообразно предпочтительна схема приведённая на рисунок 7 д. Кольцевые канавки в отверстиях фрезеруются дисковой трёхсторонней или однозубой фрезой по схеме 7 е. Если ширина канавки превышает ширину фрезы выполняется несколько проходов.
Фрезерование внутренних контуров (окон) целесообразно выполнять по схеме на рисунке 7 ж а наружных контуров – по схеме на рисунке 7з. При этом черновое фрезерование рекомендуется выполнять с врезанием по радиусу а получистовое – по касательной.
Рисунок 6.Схемы перемещения фрез при обработке криволинейных контуров:
а – черновое расфрезеровывание по «спирали»;б – то же по «строке»;в – то же с врезанием по радиусу; г – получистовое расфрезеровывание с врезанием по радиусу и дуге; д – врезание фрезы «зигзагом»;е – обработка кольцевых канавок; ж – чистовая обработка внутренних контуров
2. Конструктивные особенности станка
Станок-гексапод выполнен на базе шести механизмов поступательного перемещения представляющих собой например шариковые винтовые передачи ШВП. Для изменения их длины служат регулируемые электроприводы. Контроль за величиной перемещения осуществляется датчиками положения. Одним концом штанга шарнирно соединена с основанием а другим (также шарнирно) - с подвижной платформой на которой установлен рабочий орган например мотор-шпиндель. Управляя вылетом штанг по программе можно управлять положением шпинделя по шести координатам: XYZ и тремя углами поворота.
Рисунок 7 - Принципиальная схема станка-гексапода
– Верхний шарнир; 2 – Заготовка; 3 – Инструмент; 4 – Основание; 5 – Платформа; 6 – Приспособление; 7 – Станина; 8 – Стол; 9 – Шарнир; 10 – Шпиндель; 11 – Штанга.
Рисунок 8 – Общий вид шарнира
Выпускаются гаммы шарниров (рис. 8) с двумя и тремя степенями свободы. В шарнире установлена цилиндрическая деталь которая поворачивается вокруг оси. В роликах установлена цилиндрическая деталь которая может поворачиваться. Предусмотрено также поворотное кольцо обеспечивающее третью степень свободы. Если кольцо отсутствует то реализуются две степени подвижности.
Рисунок 9 – Конструкция сферического шарнира с тремя степенями свободы.
Наиболее часто в качестве шарнирных соединений с тремя степенями свободы применяют сферические шарниры (рис. 9). Корпус 1 состоит из двух полусфер. В нем установлена сфера 2 с цилиндрической частью на которой нарезана резьба. Между сферой 2 и корпусом 1 расположены тела качения 3. Цилиндрическая часть сферы 2 используется для крепления полусферы 4. В результате полусфера 4 относительно корпуса 1 может изменять свою угловую ориентацию вокруг трех взаимно-перпендикулярных осей.
Шарнир герметично запечатывают используя прокладки. Прокладки теплостойки они предотвращают загрязнение внутренней конструкции шарнира. Шарнир способен передавать скорость превыщающий 40 мc большие силы и ускорения
Рисунок 10 – Конструкция штанги.
На (рис. 10) показана конструкция штанги. Винт 1 и гайка 2 образуют шариковую винтовую передачу. С гайкой соединена труба 3 на которой выполнены продольные пазы 4 для предотвращения вращения трубы вокруг своей оси. Труба 3 может совершать поступательные перемещения вдоль своей оси поэтому при вращении винта 1 гайка 2 и труба 3 перемещаются в зависимости от направления вращения. В результате труба 3 либо выдвигается либо вдвигается в корпус штанги состоящей из кольца 5 и двух труб 6 и 7.
Длины L1 и L2 выполняются в зависимости от геометрических требований оборудования. Значение длины L изменяется от некоторого минимального значения Lmin ≥ L1 + L2 до некоторого Lmax. Как правило выполняется условие Lmin = (06 07)Lmax.
Для привода главного движения используется только мотор-шпиндель. В целях расширения технологических возможностей можно использовать дополнительные насадки в виде вращательных кинематических пар с приводами которые устанавливаются на выходное звено и позволяют дополнительно изменять углы наклона оси шпинделя. Это однако усложняет конструкцию и ведет к снижению общей жесткости структуры станка.
Станина такого оборудования выполняется сборной в виде объемной рамы или в виде стержневой конструкции в узлах которой располагаются шарниры для крепления кинематических цепей. Все это позволяет уменьшить общую массу технологического оборудования и значительно понизить металлоемкость станка.
Рисунок 11 – Главный привод станка-гексапода.
В качестве главного привода используется мотор-шпиндель
К главному приводу станка гексапод предъявляются следующие требования:
- двигатель должен быть энергоэффективным не иметь высоких потерь;
-номинальная мощность двигателя должна соответствовать техническим условиям;
- двигатель должен быть надёжным иметь низкую себестоимость иметь высокую степень утилизации низкий момент инерции;
- температура обмоток установленного электропривода не может превышать допустимое значение для класса изоляции;
- при необходимости к приводу следует предусмотреть систему охлаждения.
Мотор-шпиндель должен быть виброустойчивым соответствовать необходимой скорости обладать качеством долговечности и иметь необходимую систему смазки.
Существует несколько способов конструкции мотор-шпинделя при разных вариантах исполнения:
- мотор-шпиндель на опорах качения скольжения;
- мотор-шпиндель на опорах с активным магнитом.
- Существуют разные способы смазывания подшипников:
- Пластичным материалом;
- Жидким материалом;
- Масляным туманом..
При проектировании будет использована схема электрошпинделя на опорах качения.
Достоинством данного электрошпинделя является способность работы на больших скоростях 30000 обмин малой мощности надёжность простота исполнения долговечность. Масляная смазка позволяет увеличить срок службы.
Недостатки: нестабильная траектория движения шпинделя периодическое изменение жесткости подшипников. Вторым способом исполнения является использование электрошпинделя при помощи магнитной опоры.
Недостатком данного способа исполнения является сложность: данная конструкция является дорогостоящей и нецелесообразной в использовании.
Рисунок 12. Датчик угла поворота фирмы HIEDENHAIN
Компания HEIDENHAIN (DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH) разрабатывает и производит датчики измерения линейных и угловых перемещений датчики вращения устройства цифровой индикации и системы числового программного управления для задач позиционирования требующих высокой точности. Продукция компании HEIDENHAIN применяется прежде всего в высокоточных станках и устройствах по производству и дальнейшей обработке электронных компонентов.
Рисунок 13. Гайка SFERO типа LRE
Регулировку величины натяга в опорах осуществляем гайкой фирмы SFERO типа LRE. Для регулировки подшипников гайка должна надежно фиксироваться после достижения требуемого натяга в подшипниках т.е в любом угловом положении или через каждые 20 30.
3. Извлечение из стандартов регламентирующих размеры и показатели шпиндельного узла
Точность и жёсткость многоцелевого сверлильно-фрезерного станка регламентируется по ГОСТ 30027-93.
Общие требования к испытаниям станка на точность по ГОСТ 30027-93;
Схемы и способы измерений геометрических параметров по ГОСТ 22267 ГОСТ 27843 и настоящему стандарту;
Подвижные рабочие органы не перемещаемые при проведении проверок устанавливают в среднее положение и при наличии зажимов закрепляют;
При наличии на станке нескольких рабочих органов одинакового функционального назначения (шпинделей столов и т.п.) соответствующие проверки выполняют на каждом из этих органов
Допуски при проверках точности станка не должны превышать значений указанных в табл 1-3
Плоскостность рабочей поверхности стола
Таблица 1 - Плоскостность рабочей поверхности стола;
Прямолинейность траектории перемещения рабочего органа по всем осям:
Таблица 2 - Прямолинейность траектории перемещения рабочего органа по всем осям;
Радиальное биение конического отверстия шпинделя:
По DIN 69893 радиальное биение у HSK №80 на расстоянии более l=100 мм составляет 6 мкм
Осевое биение шпинделя:
По DIN 69893 осевое биение у HSK №80 на расстоянии более l=100 мм составляет 12 мкм
Перпендикулярность направления перемещения рабочего органа к траектории перемещения других рабочих органов в плоскостях XOY XOZ YOZ
Таблица 3 - Перпендикулярность направления перемещения рабочего органа к траектории перемещения других рабочих органов
Параллельность оси вращения направлению перемещения других рабочих органов по направлению оси шпинделя:
Перпендикулярность оси вращения шпинделя направлениям перемещения рабочих органов по осям X и Y
Общие требования к испытаниям на жесткость – по ГОСТ 30027-93.
Осевая жесткость шпинделя:
Рисунок 21 – Схема измерения осевой жесткости шпинделя:
– конец шпинделя; 2 – измерительный прибор
Радиальная жесткость шпинделя:
Рисунок 22 – Схема измерения радиальной жесткости шпинделя:
Выбор электродвигателя
1. Расчёт режимов резания
Выбор глубины резания а также выбор пластин для фрез определяем по рекомендациям фирмы Sandvik Coromant (каталог Вращающиеся инструменты: фрезерование сверление 2012 год)
)Фрезерование чугуна торцевой фрезой
Рисунок 23 - Основные размеры торцевой фрезы Coromill 365
Число пластин фрезы: 10
Выбор пластины: L365-1505ZNE-KM
Рисунок 24 - Основные размеры пластины для торцевой фрезы
Материал пластины: K20W- Сплав с покрытием MT-CVD для чистового получистового и чернового фрезерования чугуна главным образом без применения СОЖ. Продолжительная стойкость с возможностью работать с высокой скоростью резания.
CVD - обладают высокой износостойкостью и адгезией к твердосплавной основе. Первый твердый сплав с покрытием CVD имел однослойное покрытие из карбида титана (TiC). Позже появились покрытия из оксида алюминия (Al2O3) и нитрида титана (TiN). Еще позже были разработаны современные покрытия из карбонитрида титана (MT-Ti(CN) и MT-TiCN называемые также MT-CVD) для улучшения свойств сплава за счет способности сохранять целостность граничного слоя твердого сплава. В современных покрытиях CVD комбинируются слои MT-Ti(CN) Al2O3 и TiN. Непрерывно улучшаются свойства покрытий в отношении адгезии прочности и износа за счет микроструктурной оптимизации и последующей обработки.
Глубина резания: 5 мм;
Ширина фрезерования: 80 мм;
Подача на зуб: 025 ммзуб;
Скорость резания: 235 ммин;
Обороты шпинделя: 680 об. мин;
Скорость подачи: 1731 мммин;
Мощность резания: 17 кВт;
Скорость съёма металла: 519 ;
Момент резания: 179 нM.
)Сверление алюминия цельным твердосплавным сверлом
)Инструмент: Сверло твёрдосплавное Corodrill Delta C-R842
Рисунок 25 – Общий вид сверла
Глубина отверстия: 20 мм;
Диаметр сверла: 20 мм;
Скорость резания: 174 ммин;
Обороты шпинделя: 2769 об. мин;
Скорость подачи: 1385 мммин;
Мощность резания: 41 кВт;
Скорость съёма металла: 435 ;
Момент резания: 14 нM.
2. Выбор электродвигателя
По данным предварительных расчетов требуемой мощности и момента выбираем встраиваемый электродвигатель фирмы Siemens 1FE1084-6WR-1 со следующими техническими характеристиками:
Рисунок 26– Основные размеры мотор-шпинделя
Рисунок 27 – Диаграмма число оборотовмощность и число оборотовмомент для Siemens 1FE1084-6WR-1
Кинематический расчёт привода
В данном курсовом проекте отсутствует кинематическая структура привода.
Проектный расчёт привода
В данном курсовом проекте отсутствуют зубчатые и ременные передачи.
Проектирование шпиндельного узла
1. Оценка параметров быстроходности шпиндельного узла
Шпиндельные узлы с двумя радиально-упорными подшипниками в передней опоре. Эта опора компонуется по схеме тандем-X и воспринимает осевую нагрузку в трех направлении. Шпиндельные узлы не различаются конструкцией задней опоры.
В задней опоре установлены радиально-упорные подшипники аналогичные тем что и в передней опоре только меньшего диаметра она также компонуется по схеме дуплекс-X но нагрузка воспринимается в противоположную сторону .
Параметр быстроходности для таких шпинделей K=(4..6)105 мм·мин-1.
Рисунок 28 – Схема компоновки шпиндельного узла.
Для увеличения параметра быстроходности устанавливаем подшипники с керамическими шариками фирмы FAG. Тем самым параметр быстроходности увеличивается в 2 раза.
K=(8..12)105 мм·мин-1. Выбираем K=11*105 мм·мин-1
2.Формирование переднего конца шпинделя согласно действующим стандартам
Передний конец шпинделя служит для базирования и закрепления режущего инструмента обрабатываемой детали и приспособления. Передние концы выполняются по государственным стандартам. Концы шпинделей многоцелевых сверлильно-фрезерно расточных станков(с ЧПУ и системой автоматической смены инструментов) должен иметь конструкцию которая позволяет автоматически закреплять инструменты и оправки с хвостовиком исполнения А по ГОСТ 51547-2000 «Хвостовики инструментов полые конические типа HSK».
Рисунок 29– Хвостовики инструментов полые конические типа HSK
Исходя из наибольшего размера вставляемых инструментов(фреза-100 мм сверло-20 мм) принимаем условный размер конца шпинделя – HSK 80.
Таблица 4 - Основные размеры хвостовика HSK №80
3. Выбор материала для шпинделя и технологии термической обработки
Материал для шпинделя выбираем исходя из требований обеспечить необходимую твердость и износостойкость его шеек и базирующих поверхностей а также предотвратить малые деформации шпинделя с течением времени (коробление).
Так как проектируемый шпиндель фрезерно-сверлильно-расточной то для его шпинделя требуется повышенная износостойкость поверхностей используемых для центрирования приспособлений поэтому применим предварительно материал 18ХГТ с цементацией и закалкой до твердости 56 60 HRCэ.
Требования к твердости ответственных поверхностей шпинделя и толщине упрочненного слоя зависят от типа опор точности станка и функции отверстия в переднем конце шпинделя. Наиболее высокая износостойкость а значит и твердость должна быть у опорных шеек шпинделя устанавливаемого в подшипниках передней опоры и у других более ответственных поверхностей (см. таблицу 5).
Таблица 5 – Требования к твердости упрочненных поверхностей и глубине упрочнения шпинделя
Ответственные участки шпинделя
подвергаемые упрочнению
Требуемая твердость
Требуемая толщина упрочненного слоя
Поверхность опорных шеек под д подшипники качения
Наружные поверхности для посадки де пд деталей привода
4. Обоснование способа смазывания и разработки системы смазывания. Определение конструктивных параметров уплотнений.
Смазывание шпиндельных опор осуществляется жидким смазочным материалом (масло ИГП-18) который отводит тепло от шпиндельных опор уносит из подшипников продукты изнашивания и обеспечивает образование на их рабочих поверхностях в зоне контакта эластодинамической пленки.
Необходимый расход через опору при номинальном диаметре отверстия подшипника 50..120 мм и более 120 мм должен составлять соответственно 1100..1500 и более 2500 см3мин.
Масло в переднюю опору (рис. 25) подается принудительно через штуцер подвода 1 с помощью насоса. В передней опоре через канал подвода 2 масло подается к втулке 3 и попадает к подшипникам 4 5. После смазывания опоры шпинделя масло попадает в полость 6.
Для смазывания задней опоры масло через канал подвода 7 попадает в подшипник 8. Далее масло подаётся к втулке 9 и попадает во второй подшипник 10. После смазывания опоры шпинделя масло попадает в полость 11. Часть масла сливается а часть проходит зигзагообразные уплотнения 12
Рисунок 30 – Система смазывания опор шпинделя
Минимально допустимый расход смазочного материала (см3мин) для смазывания шпиндельных опор определим по следующей зависимости:
где — средний диаметр подшипников мм;
— частота вращения шпинделя мин-1;
— число рядов тел качения;
— вязкость масла при рабочей температуре опоры м2с;
— коэффициент характеризующий тип подшипника;
— коэффициент характеризующий условия нагружения;
— коэффициент характеризующий условия выхода масла из опоры;
— коэффициент зависящий от рабочей температуры подшипника;
Q=0.66*602*90000.5*1*20.5-1*1*1*1*1=11250 см3мин
Q=0.66*4152*90000.5*1*20.5-1*1*1*1*1=5260 см3мин
Прокачивание через шпиндельную опору данного количества масла не только позволяет надёжное смазывание но и обеспечивает отвод теплоты от опоры т. е. создаёт режим «охлаждающего» смазывания.
Рисунок 31- Зигзагообразное лабиринтное уплотнение
Уплотнения защищают подшипники от загрязнений и смазочно-охлаждающей жидкости препятствуют вытеканию смазочного материала из опор. Учтя вертикальное расположение шпинделя а также высокие частоты его вращения применим бесконтактные динамические зигзагообразные лабиринтные уплотнения радиального типа(рис. 31).
5 Обоснование показателей точности деталей сопряженных с подшипниками
Если подшипники качения сопрягаются с деталями относительно низкой точности в процессе монтажа подшипников и регулирования зазоров или натяга профиль дорожек качения искажается в результате чего жесткость и точность шпиндельного узла снижаются. Поэтому отклонения размеров и форм поверхностей деталей сопряженных с подшипниками качения должны быть меньше отклонений контактирующих с ними поверхностей подшипников. Посадки подшипников принятые в соответствии с предложенными рекомендациями и способами монтажа показаны на прилагаемых чертежах спроектированного привода.
Таблица 6 - Рекомендуемые поля допусков шеек шпинделей
Таблица 7 - Рекомендуемые поля допусков отверстий корпусов
6. Расчет шпиндельного узла на жесткость
Рисунок 32 - Схема шпиндельного узла
а= 130 мм;d= 329 мм;
b= 68 мм; A= 100 мм;
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле обмин:
отсюда следует что минимальная скорость резания равна ммин:
где Dma Dmax=160 мм.
Мощность резания кВт:
гдеNэл – мощность электродвигателя; Nэл=272 кВт;
эд – КПД от электродвигателя к шпинделю; эд=1.
Т.к. сила Py составляет 03 05 силы Pz то:
Py=04·13057=52228 Н.
Рисунок 33 – Расчетная схема шпиндельного узла
Определение реакций и жесткости опор
Особенность методики расчета на жесткость в том что сначала опоры считаются абсолютно жесткими а тело шпинделя деформируемым податливым. Находим смещение оси шпинделя. Затем считаем сам шпиндель абсолютно жестким а опоры податливыми.
Сначала находим реакции опор. Для этого составляем уравнения моментов относительно опор А и В.
Определяем жесткости опор А и В. Жесткость комплексной опоры А:
z – число тел качения в подшипнике;
а – фактический угол наклона в подшипнике;
dш – диаметр шарика.
а = 15º [1 рис.6.14];
Fн = 570 Н [1 табл.6.15];
Жесткость опоры В аналогична жесткости опоры А так как они одинаковы в компоновке и равна.
Расчет общего смещения переднего конца шпинделя
Находим моменты инерции поперечного сечения вылета шпинделя и межопорного расстояния.
Упругое перемещение переднего конца шпинделя слагающееся из всех перемещений:
где E – модуль упругости материала шпинделя. Е = 2·105.
Угол поворота шпинделя в передней опоре:
По ГОСТ 30027-93 допуск на осевое перемещение шпинделя после приложения нагрузки от 5000 до 10000 Н не должен превышать 0.012 мм. По расчету перемещение конца шпинделя получилось 0.0054 мм что допустимо. Угол поворота шпинделя в передней опоре равен 0.002107 рад. Можно сделать вывод что шпиндель имеет высокую жесткость а следовательно высокую точность.
Проектирование механизма автоматического зажима инструмента.
1 Описание конструкции механизма
Рисунок 35 – Конец шпинделя с инструментальной оправкой
На рисунке 35 изображена конструкция конца шпинделя с механизмом зажима оправки на основе кулачков. Момент от шпинделя 3 передается шпонками 5. При разжиме оправка 6 происходит движение штока 1 влево кулачки 2 сдвигаются и втулка 3 выталкивает оправку.
В качестве механизированного привода зажима используется гидроцилиндр одностороннего действия. Зажим осуществляется при помощи комплекта тарельчатых пружин. Разжим происходит при выдвижении штока гидроцилиндра.
2 Определение усилия зажима инструмента.
Конструкция хвостовиков выполнена таким образом чтобы обеспечить высокое усилие зажима по плоскости прилегания после чего конус благодаря деформации займет свое место.
Усилие зажима распределяется следующим образом: 80 % на прижим по плоскости - 20 % - на конус поэтому именно усилие зажима по плоскости прилегания определяет нагрузочную способность хвостовика и жесткость его крепления.
По ГОСТ 51547-2000 определяем усилие зажима для оправки HSK №80 – 18000 H.
3 Расчет комплекта тарельчатых пружин
Выбор комплекта тарельчатых пружин:
Рисунок 36 - Тарельчатая пружина
Подбираем материал пружин Сталь 60С2А ГОСТ 14959-69
Определяем необходимую толщину стенки пружины
Поскольку нагрузку можно считать статической то F=18000 H принимается соответствующей прогибу равному 08f. Тогда нагрузка при прогибе 065f приблизительно будет равно:
Тогда толщина S=00284. Принимаем S=3 мм.
По ГОСТ 3057-90 определяем основные размеры пружины.
Таблица 6 Параметры и размеры тарельчатых пружин
Расчёт выполняем по [4 стр 118-123]
Пружины выбираются из условия:c= =. Условие с= =18 24 выполняется
m= Условие m==8 11 выполняется.
Высота внутреннего конуса f=05(D-d)=05*0093(50-25)=11625 мм. Принимаем f=10;
Уточнённое значение угла подъёма:
Усилие пружины при прогибе:
Необходимый относительный прогиб:
Определяем напряжение по формуле:
-*E[(1-0.5)(1)-1-05*0712)(
Необходимое количество пружин:
h – Рабочий ход пружин; h=5 мм
Округляем до целого числа n=12 штук
Масса комплекта пружин:
Для зажима оправки HSK №80 нужен комплект из 12 пружин с размерами HCDxdxSxfxh0=HCx50x25x30x10x12
4 Расчет гидроцилиндра
Гидравлический привод состоит из силового гидравлического цилиндра насоса бака трубопроводов аппаратуры управления и регулирования. Гидроцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия. Благодаря использованию более высокого давления жидкости по сравнению с пневмоприводом при тех же развиваемых усилиях имеет меньшие габариты и вес; масло обеспечивает смазку трущихся частей.
Рисунок 37 - Расчетная схема гидроцилиндра
Определим общее усилие по формуле :
- усилие создаваемое тарельчатыми пружинами (20200 Н);
Для сжатия пакета тарельчатых пружин необходима сила на 30% больше общего усилия т.е.:
Диаметр поршня гидроцилиндра:
где p - перепад давления рабочей жидкости (63 МПа);
Рабочее давление а гидроцилиндре:
Принимаем диаметр поршня гидроцилиндра D=63 мм диаметр штока d=32 мм.
Кочергин А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектированиеА. И. Кочергин. - Минск: Вышэйшая школа 1991. – 382 с.
Кочергин А. И. Василенко Т.В. Шпиндельные узлы с опорами качения: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию металлорежущих станков для студентов машиностроительных специальностей А.И.Кочергин Т.В.Василенко. - Минск: БНТУ 2007. – 124с.
Бушуев В. В. Металлорежущие станки. В 2-х томах. В. В. Бушуев – Москва: Издательство “Станкин” 2011. – 608 с.
Ничипорчик С.Н. Корженчевский М.И. Калачев. Детали машин в примерах и задачах. - Минск: Вышэйшая школа 1981. – 432 с.
Корендясев А.И. Манипуляционные системы роботов. - Москва.: Наука 2006 г. - 383 с.
Глазунов В.А. Пространственные механизмы параллельной структуры. - Москва.: Наука 1991 г. - 425 с.
ЯнгД. ЛиТ. Исследование кинематики манипуляторов платформенного типа Конструирование. 1984. Т. 106 № 2. С. 264-272.
Барановский Ю. В. Брахман Л. А. Гдалевич А. И. Режимы резания металлов: Справочник Ю. В. Барановский Л. А. Брахман А. И. Гдалевич. – Москва: НИИТавтопром 1995. – 456с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х томахВ. И. Анурьев.- Москва: Машиностроение 1982. -Т.2. -584 с.; Т.3. - 576 с.
Гузеев В. И. Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с числовым программным управлением В.И. Гузеев. – Москва: Машиностроение 2005.- 365 с.
Скойбеда А. Т. Детали машин проектирование А.Т. Скойбеда. – Минск: УП «Технопринт» 2005. – 296 с.
Таловеров В.Н. Кузнечно-штамповое оборудование.В. Н. Таловеров И.Н. Гудков А.В. Таловеров - Ульяновск: УлГТУ 2006. – 145с.
Проспект «Hexapod. The technology breakthrough» GAP HEX 2-GB1996 стр. 17.
ПащенкоВ.Н. Концептуальная модель автоматизированного синтеза многосекционных манипуляторов основанных на параллельных структурах. Инженерный журнал: наука и инновации.

общий вид.cdw

Технические характеристики
Мощность двигателя N
Номинальная частота вращения двигателя n=850 обмин.
Крутящий момент на шпинделе M = 64
Продолжительность включения - 50%
Технические требования
Сборку бабки осуществлять следующим образом:
1. Произвести измерение внутренних и наружных диаметров
подшипников и сгрупировать их по идентичности размеров
с разностью не более 0
2. Проверить радиальное биение наружного и внутреннего
колец подшипников и пометить место и величину найбольше-
причем разница в биении дожна быть не более
3.*Посадочные места под подшипники на шпинделе должны
быть выполнены по фактическому усредненному диаметру
колец двух подобранных подшипников с гарантированным
4. Определить на шпинделе плоскости найбольших биений
посадочных мест под подшипники.
5. Установить подшипники на шпинделе внутренними коль-
чтобы риски на кольцах были развернутыми на
6. Установить в корпус шпиндельной бабки мотор-шпиндель
SIEMENS 1PH2 093 -6WF41.
Предварительный натяг подшипников 36112К выполнить с
подшипников 36113К с усилием А=2030 Н
натяг обеспечивается гайками типа SFERO поз. 53 и 54.
Подшипники смазываются жидким маслом И-30А
Нормы точности не должны превышать следующих значений
1. Радиальное биение наружной базирующей поверхности
2. Осевое биение шпинделя - 0
3. Торцевое биение фланца шпинделя - 0
4. Параллельность оси шпинделя базовой плоскости
Жесткость бабки (ГОСТ 2121186-91):
1. Осевая жесткость шпинделя.
Допуск на осевое перемещение шпинделя после приложения
осевой нагрузки к переднему торцу с 5000 Н до 10000 Н -
Проверку поизвести три раза
последовательно проворачивая
2 Радиальная жесткость шпинделя.
Допуск на радиальное перемещение шпинделя после приложе-
ния радиальной нагрузки на его фланец с 4000 Н до 9000 Н -
Шпиндельную группу балансировать в сборе с цилиндром
зажима. Допускаемый дисбаланс 20 г см. После балансировки
маркировать взаимное расположение узлов и деталей.
Бабку обкатать до установившегося температурного
но не менее одного часа. Избыточная температура
наружной поверхности корпуса не должна превышать темпера-
туру окружающей среды более
Червячное колесо относительно червяка устанавливаетя
Осевой зазор в червячной передаче устраняется перемеще-
нием его в осевом направлении винтом поз. 15.
Натяг в подшипниках червячного редуктора обеспечивает-
ся гайками типа SFERO поз. 23
Плоскость разъема червячного редуктора покрыть
щелочным лаком или пастой "Герметик" У-30М
МРТУ 38-5-6060-65. Применение прокладок не допустимо.
После сборки в червячный редуктор залить индустриальное
масло И-20А ГОСТ 20799-75.
Редуктор обкатать без нагрузки в течении двух часов. При
обнаружении перегрева
ударов и шума в зацеплении
герметичности и т.д.
дефекты устранить в прцессе обкатки.

лист 3.cdw

спецификация1.spw

Пояснительная записка
Siemens 1FE1084-6WR-1
Датчик скорости вращения
и угла поворота Heidenhain
Конечный выключатель
Лабиринтное уплотнение
Пружина цилиндрическая 187
Пружина цилиндрическая 140
Уплотнительное кольцо
5-071-36 ГОСТ 9833-73
2-027-30 ГОСТ 9833-73
5-050-30 ГОСТ 9833-73
4-016-20 ГОСТ 9833-73
0-145-30 ГОСТ 9833-73
8-010-15 ГОСТ 9833-75

Мотор-шпиндель.cdw