Магистерский диплом на тему Оптимизация конструкции шпиндельного узла станка 16А30Ф3

Содержание:

Введение 4
1. Аналитическая часть 5
1.1 Анализ недостатков шпинделя станка 16А30Ф3 5
1.2 Литературный и патентный поиск по конструкциям шпиндельных узлов современных токарных станков и путей повышения их жесткости 14
1.3 Основные конструктивные параметры шпинделей токарных станков 17
1.4 Цели и задачи исследования 27
2. Моделирование влияния параметров шпиндельного узла на его жесткость 28
2.1 Выбор и обоснование программных средств для моделирования влияния параметров шпиндельного узла на его жесткость 28
2.2 Моделирование влияния параметров шпиндельного узла на его жесткость 29
2.3 Результаты моделирования и их анализ 36
2.3.1 Предварительное моделирование компоновочной схемы и сравнение с существующей 36
2.3.2 Моделирование податливости шпиндельного узла станка 16А30Ф3 44
2.4 Выводы по главе 2 50
3. Разработка рекомендаций по выбору параметров шпинделей токарных станков 51
3.1 Рекомендации по выбору конструктивных параметров шпинделя 51
3.1.1 Средний диаметр шпинделя 51
3.1.2 Расстояние между опорами 52
3.1.3 Способ передачи вращения на шпиндель 52
3.1.4 Геометрическое расположение передач на шпинделе 52
3.1.5 Типы подшипниковых опор 53
3.2 Выводы по главе 3 56
4. Оптимизация конструкции шпиндельного узла станка 16А30Ф3 57
4.1 Основное содержание задачи оптимизации 57
4.2 Описание алгоритма оптимизации 57
4.3 Выбор параметров, допущений и ограничений 58
4.4 Оптимизация конструкции шпиндельного узла станка 16А30Ф3 58
4.5 Выводы по главе 4 61
Заключение 62
Список использованных источников 63

Введение:

Шпиндели служат для закрепления и вращения заготовки или режущего инструмента и обеспечивают заданное положение их по отношению к другим узлам станка. Для обеспечения необходимой точности станка в пределах тре-буемого срока службы шпиндели должны обладать:
а) жесткостью, достаточной для предотвращения недопустимых дефор-маций от сил резания и привода;
б) стабиль¬ностью положения оси при вращении и поступательном движе-нии;
в) износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверх¬ностей под патроны, планшайбы и инструмент.
По условиям работы шпиндели могут быть разделены на сле¬дующие группы:
1) шпиндели, подверженные изгибающим и кру¬тящим воздействиям (то-карных, фрезерных, шлифовальных и других станков);
2) шпиндели, подверженные преимущественно крутящим воздействиям и потому мало влияющие на точность и шероховатость обрабатываемых по-верхностей (сверлильных, резь¬бонарезных, притирочных станков).
Целью работы является оптимизация конструкции шпиндельного узла станка 16А30Ф3.

Заключение:

По результатам «не оптимального» моделирования наиболее «слабым» элементом шпиндельного узла станка 16А30Ф3 является передняя опора. Ее приведенная податливость составляет около 45 % общей податливости узла. Поэтому усилия конструктора следует направлять на разработку решений, ве-дущих к повышению жесткости передней опоры.
После выполнения оптимизации имеем два оптимальных значения a=290 мм и а=390 мм, при этом окончательно выбираем оптимальное расстояние между опорами а=390 мм, поскольку в этом случае приведенная податливость передней опоры составляет около 38 % общей податливости узла, против рас-четной 45% и 46 % — при оптимальном расстоянии между опорами а=290 мм.

Фрагмент текста работы:

1. Аналитическая часть

1.1 Анализ недостатков шпинделя станка 16А30Ф3

16А30Ф3 — станок токарный патронно-центровой с числовым программ-ным управлением (ЧПУ) предназначен для токарной обработки поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатым и простым криволинейным профи-лями и для нарезания резьбы; применяется в условиях единичного и мелкосе-рийного производства в цехах машиностроительных заводов и других отрас-лях промышленности.
Станок модели 16К30Ф353 оснащен системой программного управления «Электроника НЦ-31».
Основные конструктивные особенности станка:
— широкий диапазон регулирования скоростей шпинделя и подач, жест-кость основных узлов станка;
— перемещение пиноли задней бабки и зажима патрона механизировано на четырехпозиционный резцедержатель можно устанавливать восемь инстру-ментальных блоков;
— применение накладных стальных закаленных направляющих в сочета-нии с опорами качения гарантирует длительное сохранение точности станка;
— переключение 12 ступеней частоты вращения шпинделя автоматическое;
— применены быстроходные приводы подач с обратной связью;
— повышены нормы точности станка;
— механизировано удаление стружки с помощью транспортера;
— корректировка и редактирование программ производятся непосред-ственно на станке.
Общий вид станка 16А30Ф3 приведен на рисунке 1.1.

Шпиндельные подшипники отрегулированы при изготовлении станка и не требуют дополнительного регулирования. В случае крайней необходимости потребитель с помощью высококвалифицированных специалистов может при-бегнуть к регулированию.
В передней опоре шпинделя 1 регулировке подлежит радиальный роли-ковый подшипник 2. Упорно-радиальный подшипник 3 имеет заводской натяг и регулировке не подлежит.
Регулировку подшипника 2 осуществляют в следующем порядке.
Кольцо 4 сместить влево, обеспечив доступ к полукольцам 5, снять полу-кольца 5, расконтурить и ослабить гайку 6.
Прикладывают к фланцу шпинделя усилие P=4 кН (400 кгс), направление – снизу-вверх.
Смещение шпинделя контролируется индикатором, установленным на корпусе бабки шпиндельной и касающимся своим измерительным наконечни-ком верхней части фланца шпинделя.
Довести радиальный зазор до 0,005-0,15 мм посредством гайки 6. Заме-рить плитками ширину паза между кольцом 7 и торцом шпинделя 1 под полу-кольца 5. Подшлифовать и установить полукольца 5, затянув и законтрив гай-ку 6, закрепить кольцо 4.
Регулирование подшипника 8 задней опоры шпинделя производится гай-кой 9.
При регулировании нельзя допускать перетяжку подшипников. После ре-гулировки, шпиндель должен свободно проворачиваться.
Шпиндель станка 16А30Ф3 приведен на рисунке 1.4.