чтосоответствует рекомендациям.

8 Оцениваем долговечность ремня по числу пробегов по контуру в единицу времени

,

где .

-долговечность обеспечена.

9 Допускаемая мощность, передаваемая поликлиновым ремнем с 15 ребрами:

,

где ,

(табл.76, [7]).

10 Потребное число клиновых выступов

.

Поскольку рекомендуется принимать ремни с четным целым числом клиньев, принимаем .

11 Размеры для вычерчивания профиля шкива

Ширина шкива

.

Принимается .

12 Сила предварительного натяжения ремней

.

13 Сила, действующая на валы ременной передачи

.

5.7 Расчет шпиндельного узла

1. Шпиндели служат для закрепления и вращения заготовки или инструмента и обеспечивают заданное их положение по отношению к другим узлам станка.

Шпиндельные узлы (в состав шпиндельного узла входят собственно шпиндель, шпиндельные опоры, приводной элемент, уплотняющие устройства) являются конечным звеном кинематической цепи привода главного движения и в значительной степени определяют точность обработки, жесткость несущей системы и надежность работы всего станка. Для этого шпиндельные узлы должны обладать: точностью вращения, характеризуемой радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя; жесткостью (радиальной и осевой), определяемой упругими перемещениями шпинделя и шпиндельных опор под действием сил резания. Исходя из условий нормальной работы шпиндельных опор, жесткость шпинделя в межопорной части должна быть не ниже для станков нормальной точности 250 Н/мм и для прецизионных станков 500 Н/мм.

Шпиндели сложной формы изготавливают из сталей 50Х, 40ХГР с объемной закалкой до HRC_Э56-60.

Шпиндели станков нормальной точности изготавливаются из конструкционных сталей марок 45, 50 и 40Х с поверхностной закалкой до твердости HRC_э48-56.

Материал для шпинделей многооперационных станков выбирается с учетом повышенных требований к износостойкости участка, который используется для центрирования и крепления автоматически сменяемого инструмента, с цементацией и закалкой до HRCэ 60-62.

Полые шпиндели больших диаметров изготавливают из серых чугунов СЧ15 или СЧ20 или высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Принимаем материал шпинделя Сталь 40Х с поверхностной закалкой до твердости HRC_э50.

2. Рассчитаем минимальный диаметр шпинделя по следующей формуле:

мм

Передаточное отношение ременной передачи:

Частота вращения шпинделя: мин^-1.

Диаметр внутреннего отверстия равен 0, 7d=0, 7× 90=63 мм.

Приведем эскиз полученного шпиндельного узла на рис.2

Назначим подшипники. Роликоподшипник конический двухрядный с короткими цилиндрическими роликами по ГОСТ 7634-85 для передней опоры: 3182119 для передней опоры d=95, D=145, b=37; для задней опоры: 3182117 d=85, D=130, b=34

Радиальное биение переднего конца шпинделя рассчитаем по формуле:

где d₁, d₂ – соответственно радиальные биения передней и задней опор.

По табл.1.1 [1] d₁=14мкм для 5 класса точности опор, d₂ =14 мкм для 5 класса.

мкм

Определяем реакции опор шпинделя по приведенной расчетной схеме.

Крутящий момент на валу будет равен:

Нм.

Учитывая, что шкив имеет диаметр D₂=300 мм, то сила натяжения ремня будет равна:

Н

Принимая тип ремня по таблице 1.2 [1] Г, где S₀=580 Н рассчитаем количество ремней по формуле:

Принимаем К=12

Определим усилие от натяжения ремней.

где a - угол охвата ремней.

где l_p – межцентровое расстояние

l_{p min} =2(D_Б+D_М)=2(300+180)=960 мм

°

Н.

Решая уравнения сил для рассмотренной выше модели шпиндельного узла, получим:

R_Az+R_Bz-P_z-Q_p=0

-Q_p∙ c + R_Bz∙ l -P_Z∙ (l +a)=0

R_Ay+R_By-P_y=0

l ∙ R_Ay+ a ∙ P_y =0

Н

R_Az=P_z+Q_p- R_Bz =4250+13340-14380=3209 Н

Н

R_By= -R_Ay+ P_y=882+2500=3382 Н

Н

Н

Определяем радиальное упругое перемещение переднего конца шпинделя с учетом податливости его опор:

H

J₁, J₂ – осредненные моменты соответственно консольной и межопорной частей шпиндельного узла, мм.

е₁= - податливость передней опоры шпинделя;

е₂= - податливость задней опоры шпинделя;

j₁, j₂ - радиальная жесткость передней и задней опор;

Для определения величины перемещения переднего конца шпинделя необходимо рассчитать радиальную жесткость для передней опоры как для двухрядного роликового подшипника, для задней опоры как для однорядного.

Рассчитаем радиальную жесткость для передней (1) и задней (2) опоры:

1) Определяем радиальную податливость по табл.4.1 [1].

=8 мкм

=2, 5 мкм

2) Вычисляем величину относительного натяга , где е – величина натяга, для расчетов принимаем е= -(4…8) мкм. е= -6.

=- 6/8=-0, 75 =- 6/2, 5=-2, 4

3) Определяем коэффициент податливости о рис.4.2 [1].

=0, 52 =0, 25

4) Вычисляем общую податливость подшипника:

мкм

мкм

5)Определяем смещение, обусловленное контактной деформацией дорожек качения

мкм

мкм

6) Находим контактную деформацию по поверхностям посадки подшипников:

мм =4, 4мкм

мм = 1, 2 мкм

где d, D, b – параметры подшипника, мм;

К₂ = (0, 0005…0, 0025)мм/Н – меньшее значение для конических шеек.

К₂ =0, 0005мм/Н.

7) Определяем общее упругое сближение колец подшипника:

мкм

мкм

8) Вычисляем жесткость опор:

Н/мкм

е₁=

Н/мкм

е₂=

Радиальное-упругое перемещение переднего конца шпинделя с учетом податливости его опор:

у=0, 95 мм

Определим жесткость шпинделя:

Н/мм.

Вывод: Полученный результат удовлетворяет требованию минимально допустимой жесткости для станков прецизионной точности 500 Н/мм. Анализируя полученный результат, можно предложить снизить жесткость шпинделя за счет уменьшения диаметра.

6Система смазки

Смазка трущихся поверхностей станка устранит их непосредственный контакт, благодаря чему значительно уменьшается сила трения и создаются

условия для устранения или резкого уменьшения износа поверхностей, нагрева, а, следовательно, и температурных деформаций деталей станка.

Для станка с ЧПУ применяем централизованную смазку циркуляционную с очисткой масла от загрязнения, обеспечивающую смазку всех основных узлов станка. Смазочная система питается от нacocа, масло в который поступает из резервуара. Включение смазочной системы сбалансировано с включением всего станка. Подвод смазки осуществляется по всем основным узлам станка. Для очистки смазки в системе предусмотрены фильтры. После очистки масло вновь подается в резервуар. Циркулирующее масло кроме своей основной функции выполняет также функцию охлаждения подшипников трущихся поверхностей.

Выбор смазки зависит от скоростей относительного скольжения и перегрузок, действующих в сопряжениях. Чем выше скорость относительного движения, тем меньше давление в сопряжении – тем меньше вязкость масла должна быть. Выбираем масло И-20 ГОСТ 20799-75.

Смазка трущихся поверхностей станков устраняет их непосредственный контакт, благодаря чему значительно уменьшаются силы трения и со­здаются условия для устранения или резкого уменьшения износа поверх­ностей. У сопряжениях станков имеют место различные виды трения.

Жидкостное трение, при котором трущиеся поверхности пол­ностью разделены слоем смазки, наиболее желательно с точки зрения уменьшения износа. Оно может быть обеспечено двумя основными мето­дами — гидродинамическим и гидростатическим (подача смазки под давле­нием).

Жидкостное трение в сопряжениях станков, помимо его положительных сторон, имеет ряд недостатков: оно связано с существенным усложнением системы смазки; наличие масляного слоя между поверхностями, величина которого зависит от нагрузки, может нарушить точность перемещения Узла. Большинство сопряжений станков работает в условиях неполной смазки, когда между поверхностями имеет место граничное трение (слои смазки порядка 0, 1 мкм и менее) или полужидкостное трение (смешанное трение, одновременно жидкостное и граничное или сухое). Вэтом случае износ поверхностей значительно меньше, чем при отсутствии смазки.

Особое значение для станков имеет смазка шпинделей и направляющих скольжения поступательного и кругового движения. Для смазки направ­ляющих, которая способствует значительному увеличению их долговечно­сти, применяют разнообразные методы. Простейшими, но менее совер­шенными, являются смазка ручным способом и смазка при помощи индивидуальных масленок. Непрерывная подача масла может осуществ­ляться специальными роликами, помещенными в масляных карманах ста­нины, при помощи насоса или с использованием масляной ванны. Для рас­пределения масла по всей поверхности трения на направляющих выполняют специальные смазочные канавки.

Гидростатическая смазка направляющих скольжения, когда масло под давлением непрерывно подается насосом на рабочие поверхности, может обеспечить жидкостное трение по всем диапазонам скоростей и нагрузок. Однако при этом возможно «всплывание» стола или суппорта на направ­ляющих станины, а также возникновение опрокидывающих моментов, что нарушает точность движения. Во избежание этого применяют гидроразгрузку направляющих, при которой только часть нагрузки уравновеши­вается давлением масла. Для этого на направляющие подается определен­ное количество масла при точно установленном давлении. Однако при больших опрокидывающих моментах и переменных режимах работы бо­лее целесообразны замкнутые гидростатические направляющие с подачей смазки на основную грань и нижнюю грань, которая воспринимает опро­кидывающий момент.

Надежная смазка имеет большое значение для направляющих кругово­го движения. При больших окружных скоростях возможно жидкостное трение за счет гидродинамического эффекта. При трогании с места и больших нагрузках имеет место граничное трение. Для улучшения условия работы направляющих целесообразно применять комбинированный способ обеспечения жидкостного трения — гидростатический, к которому добав­ляется гидродинамический эффект при движении стола станка.

Смазка шпинделей должна обеспечивать жидкостное трение в подшип­никах скольжения и наличие тонкого слоя смазки в подшипниках качения. В случае циркуляции смазка выполняет также функции охлаждения. Для смазки шпинделей ввиду ее ответственности часто применяют специаль­ную систему, которая обеспечивает подачу к шпиндельным подшипникам масла, соответствующего условиям их работы.

Для быстроходных шпинделей современных станков получает распро­странение смазка масляным туманом. Последний образуется раздробле­нием или распылением (механическим или пневматическим способом) струи масла на мелкие частицы (до 2 мкм в диаметре). При помощи воз­душного потока частицы тумана при подаче их к трущимся поверхностям передвигаются потрубопроводу на расстояние нескольких метров. Для распыления масла применяют пульверизаторы, инжекторы или эжекторы. Смазка масляным туманом имеет то преимущество, что воздух уносит тепло, выделяющееся при трении, а расход масла при этом незначителен (не превышает 0, 3 см³/ч на 1 см² поверхности трения). Кроме того, течь масла через зазоры здесь практически отсутствует, что дает возможность сократить количество уплотнительных устройств. Подача распыленного масла, осуществляется через влагоотделитель, осушитель и маслораспылитель.

7 Система управления

СЧПУ на базе промышленных РС находят все большее применение в технике автоматизации. Тенденция использования комплексных СЧПУ на базе РС отмечается для станков и других серийных машин.

Технологическая область применения SINUMERIK 840Di распространяется от простых Motion Control (позиционирование и линейная интерполяция) до станков и сферам, близким к станкам. Сегодняшний самостоятельный пользователь СЧПУ, намеревающийся осуществить обновление оборудования техники автоматического управления с помощью SINUMERIK 840Di может использовать все преимущества обширной базовой системы:

открытость позволяет осуществлять внедрение технологии с минимумом дополнительных собственных затрат (время, расходы);

можно сконцентрироваться на основных технологических проблемах, не упуская из виду всей производительной сферы;

уменьшение затрат на логистику для РС техники как таковой;

преимущества известности и распространенности техники SIEMENS.

Аппаратное обеспечение системы SINUMERIK 840Di в исходном исполнении состоит из компактного промышленного РС SIEMENS и разработанной SIEMENS платы PCI, так называемой платы MSI.

В качестве операционной системы используется Windows NT 4.0.

Программное обеспечение ЧПУ работает на РС параллельно с Windows NT 4.0 в режиме реального времени. Для этого было найдено специальное решение, обеспечивающее высокую надежность выполнения задач реального времени.

SINUMERIK 840Di состоит из компактного промышленного РС SIEMENS с разработанной SIEMENS платой PCI в качестве платы интерфейсов для задач Motion Control.

Актуальный вариант РС с обозначением PCU50 имеется в 2-х различных классах производительности и обладает следующими свойствами:

мобильный процессор Intel Pentium-III$

жесткий диск с промышленным виброгасящим креплением;

128 Мбайт SDRAM(макс. 258 Мбайт);

1 гнездо расширения ISA/PCI;

1 гнездо с PCI расширением;

крепкая конструкция (длительная эксплуатация, высокая помехоустойчивость);

установка, облегчающая обслуживание;

простой монтаж с помощью 4-х винтов на задней стороне фронтальной части оператора.

Соединение между SINUMERIK 840Di и приводами осуществляется исключительно через PROFIBUS-DP с функциональностью Motion Control в соответствии с профилем приводной техники.

Следующие цифровые приводные системы имеются для SINUMERIK 840Di:

SIMODRIVE 611 (в качестве производной системы с централизованной структурой имеется линейка приводов SIMODRIVE 611 с платами управления SIMODRIVE 611universal и universal Е, с опционной вставкой Motion Control с PROFIBUS-DP соответственно);

SIMODRIVE POSMO (в качестве приводной системы с децентрализованной структурой имеются приводные блоки SIMODRIVE POSMO A и SIMODRIVE POSMO SI CD/CA).

SINUMERIK 840Di имеет известное своей производительностью ПО ЧПУ. Функциональность, за исключением нескольких специальных, зависящих от аппаратного обеспечения или приводов, функций и нескольких опций, точно соответствует функциональности SINUMERIK 840D.

В качестве примера обширной функциональности могут быть названы следующие функции:

гибкая структура каналов для параллельного выполнения программ обработки деталей;

связь каналов и группы режимов работы;

динамические функции осей шпинделей;

программируемая характеристика ускорения;

специфические для каналов и осей функции измерения;

функции электронного редуктора.