Установление и фиксация взаимосвязи отправных позиций проекта общего вида станка

 

После обоснования выбора оптимального варианта компоновки осуществляется прочерчивание размерной схемы станка [18]. Размерной схемой станка, или, иначе, схемой его предварительной размерной увязки, называется схема, показывающая взаимосвязь всех заданных, нормальных, производных и произвольных размеров станка, которыми задается конструктор.

Размерная схема составляется с целью предупреждения возможных неувязок между заданными, гостированными и нормальными размерами, размерными цепями его узлов, а также теми основными связывающими все эти отправные параметры размерами, которые выбрал конструктор.

Размерная схема наносится в удобном масштабе на отдельный лист и хранится как основа взаимной увязки и фиксации всего комплекса основных размерных цепей станка до момента изготовления и сборки первого опытного (контрольного) образца. По размерной схеме задаются параметры и размерная взаимосвязь всех узлов в станке и всех основных механизмов, устанавливаемых на нем. По ней, как по эталону, ведется размерный контроль чертежей на всех стадиях разработки.

Вычерчивание схемы начинают в такой последовательности:

· вычерчивают контуры и размеры обрабатываемой поверхности с указанием размещения и размеров припуска на обработку;

· наносят на чертеж внешние контуры обрабатываемой заготовки и ее габаритные размеры;

· вычерчивают контуры инструмента – рабочую и посадочную части;

· повторяют контуры заготовки и инструмента в начальном и конечном рабочем положениях, а также в отведенном положении (для загрузки, установки либо их смены) с указанием необходимых размеров между этими положениями; учитывают возможность удобной установки и снятия заготовки при встройке станка в автоматическую линию (если это предусмотрено заданием);

· указывают также, при необходимости, положение этих элементов при новом и изношенном инструменте и размеры предельного износа инструмента;

· определяют, задают и фиксируют на схеме нужные в работе и наладке размеры рабочего хода и установочных перемещений узлов и других элементов проектируемого станка.

Далее используют ГОСТы и нормали.

1. По установленным ходам узлов станка и размерам обрабатываемой заготовки, используя ГОСТы или нормали, выбирают и наносят на размерную схему размеры (длину, ширину, диаметр) патрона или стола.

2. Задают и наносят на размерную схему расстояние от пола до центра шпинделя и до плоскости стола, учитывая удобство обслуживания станка.

3. Согласно выбранным размерам патронов или столов, по ГОСТам подбирают конструктивное исполнение конца шпинделя, уточняют расчетные диаметры передней и задней шеек шпинделя под подшипники, после чего наносят их на размерную схему как контрольные для использования в проектировании узлов.

4. Выбирают по размерам стола профиль направляющих и базовое расстояние между ними.

5. По установленным диаметрам шеек шпинделей подбирают и наносят на размерную схему габаритные размеры подшипников.

6. В зависимости от консольности обрабатываемой заготовки или инструмента, размера подшипников подбирают и проставляют на размерной схеме базовое расстояние между шпиндельными опорами.

После этого выполняют следующие работы:

1. Наносят на размерную схему рабочую длину направляющих подвижных элементов станка: стола, суппортов, кареток, бабок.

2. Просчитывают и устанавливают на схеме общую длину направляющих с учетом свешивания подвижных элементов, сбора масла, длины защитных устройств и др.

3. Определяют и наносят на схему предельную длину станины, высоту колонны, а также длину и высоту станка в целом.

4. Задаются предварительными габаритными размерами основных узлов, несущих обрабатываемую заготовку и инструмент (например, стола, каретки, бабки и др.).

5. Наносят на схему расчетные размеры штока и гидроцидиндра, винта или рейки, предназначенных для перемещения основных подвижных элементов.

6. Размещают узлы привода и управления, «привязывая» их по вертикали и горизонтали к винтам, рейкам или гидроцилиндрам. Затем, исходя из заданных на размерной схеме размеров основных элементов станка, на станине и на стойке (при ее наличии) наносят связно и последовательно по кинематической схеме оси валов, делительные окружности зубчатых колес и вытекающие из их размещения габаритные размеры корпусов всех вспомогательных механизмов.

После выполнения второго этапа, который определяет последовательность взаимной увязки всего заданного техническим заданием, ГОСТами, нормалями, а также тех размерных связей, которые производны и вытекают из взаимозависимости всего заданного ГОСТами и нормалями, на размерной схеме ясно и четко выступают «белые пятна», т.е. те участки станка, в которых конструктор может проявить собственное творчество [18].

В число произвольных элементов в проекте станка обычно входят внешний контур (силуэт) станка и его внешний вид. Строгость и целенаправленность, пластичность и элегантность, мягкость переходов внешних форм станка зависят от степени отработки каждой линии и каждой детали его внешнего вида. Поэтому при отработке общего вида необходимо учитывать общие принципы и правила эстетического совершенствования станков. Так, например, горизонтальные линии на лицевой поверхности станины, колонны и других узлов делают станок зрительно ниже и шире, а вертикальные выше и уже. Этими и рядом других приемов надо исправить зрительный эффект общего вида, если какой-либо из элементов станка кажется излишне высоким или широким. Необходимо выделять те места, которые удачны и украшают станок, а к элементам станка, которые по разным причинам неудачны или некрасивы, не привлекать внимание и т.д. Очень важен в этом отношении и рациональный выбор окраски станка.

Внешний контур и формы узлов и деталей рекомендуется отрабатывать в нескольких вариантах.

Успешное решение вопроса по общей компоновке станка по первым трем этапам в значительной мере ускоряет и упрощает окончательную работу над общим видом станка. Общий вид скомпонованного на размерной схеме станка обычно выполняется и ограничивается только внешним его изображением, т.е. без разрезов и сечений. Так как на третьем этапе компоновки контрольные моменты внешнего контура и расположение основных элементов, влияющих на форму станка, предрешены и на размерной схеме зафиксирован лучший из вариантов найденного решения, то на четвертом этапе остается, по существу, только отработка недостающих элементов и оформление общего вида станка. Для наглядности желательно вычертить общий вид станка в аксонометрической проекции и иметь рисунок станка в красках.

 

ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ СТАНКОВ

Шпиндель, являющийся конечным звеном привода главного движения и предназначенный для крепления инструмента или заготовки, оказывает существенное влияние на точность, производительность и надежность всего станка. Шпиндельные узлы станков в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями должны обеспечивать:

· передачу на заготовку или инструмент расчетных режимов для заданных технологических операций;

· точность вращения, оцениваемую радиальным и осевым биениями переднего конца шпинделя; для станков общего назначения в зависимости от класса точность станка должна соответствовать стандартным значениям; для специальных станков точность вращения зависит от требуемой точности обработки:

 

,

 

где Δ – биение шпинделя; Δ_д – допуск на лимитирующий размер готового изделия.

Жесткость (радиальная и осевая) определяется по деформации шпинделя под нагрузкой, при этом жесткость на переднем конце шпинделя

 

 Н/мкм,

где F – сила, приложенная на переднем конце шпинделя, Н; y – прогиб переднего конца шпинделя, мкм.

Деформация шпиндельных узлов в общем балансе упругих перемещений станков доходит до 50%, а в некоторых типах – до 85%. Единых норм для назначения жесткости шпиндельных узлов не существует. Исходя из нормальной работы подшипников, жесткость на участке между опорами ограничивают величиной 250-500 Н/мкм (большие значения – для станков повышенной точности), что лимитирует диаметр шпинделя:

 

,

 

где l – расстояние между опорами шпинделя.

Возможно также определение жесткости шпинделя, исходя из требований к точности обработки. При этом определяют прогиб от сил резания и момента привода при соответствующих режимах обработки; он ограничивается допуском на лимитирующий размер детали:

 

;

 

· высокие динамические качества (виброустойчивость), которые определяются амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний. Вибрации, возникающие в шпиндельном узле, отрицательно сказываются на точности и величине шероховатости обработанной поверхности, стойкости инструмента и производительности станка. Желательно, чтобы собственная частота колебаний шпинделя была не ниже 500-600 Гц;

· минимальные тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла, так как они влияют как на точность обработки, так и на работоспособность опор. Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников;

· долговечность шпиндельных узлов, которая зависит от долговечности опор шпинделя, которая, в свою очередь, во многом зависит от эффективности системы смазывания, уплотнений, частоты вращения, величины предварительного натяга в подшипниках качения и т.д. Долговечность шпиндельных узлов не регламентирована, ее определяют по усталости, износу деталей подшипника или потере смазочных свойств масла. Диаметр шейки шпинделя выбирают по критерию жесткости, что обычно обеспечивает долговечность подшипников до L_h = (12¸20) · 10³ ч. При применении гидростатических, гидродинамических и аэростатических опор долговечность теоретически считают неограниченной;

· быстроходность, характеризуемую скоростным параметром , мм · мин^-1, где d – диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника, мм; n – частота вращения шпинделя, мин^-1;

· быстрое и точное закрепление инструмента или обрабатываемой детали в шпинделе станка; в современных станках требуется автоматизация этой операции;

· минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла при удовлетворении всех остальных требований [7].