Об автоматизированном проектировании шпиндельного узла

Автоматизация проектирования шпиндельного узла дает возможность ус­корить расчетно-конструкторские работы и повысить их качество. Одна из систем автоматизированного проектирования, разработанная Эксперименталь­ным научно-исследовательским институтом металлорежущих станков [ 34, 50], состоит из подсистем проектировочного расчета шпиндельного узла, прове­рочных расчетов и графического отображения. В результате конструктор по­лучает не только основные формы и размеры узла, но и ряд рабочих характеристик: быстроходность, статическую жесткость, частоту собственных коле­баний, потери на трение в опорах, биение оси шпинделя и др.

Возможны разные способы проектирования шпиндельного узла. Один из них состоит в том, что на ЭВМ определяют основные формы, размеры и рабо­чие характеристики нескольких вариантов шпиндельного узла, по желанию конструктора корректируют размеры, производят повторный расчет и выби­рают наилучший вариант. Другой способ включает эскизное проектирование узла конструктором, корректировку некоторых размеров в результате расче­та на ЭВМ, определение рабочих характеристик. Третий способ проектирова­ния предполагает разработку конструктором эскизов нескольких вариантов узла, расчет их на ЭВМ и выбор наилучшего.

Рассмотрим элементы версии системы на базе ЭВМ СМ-4 в режиме диалога с выводом основных размеров и рабочих характеристик на дисплей или пе­чать. Шпиндельный узел условно делят на подузлы: передний конец шпинделя; передняя опора; межопорный участок; задняя опора; привод вращения.

Исходными данными являются: код переднего конца шпиндели; его номер; код передней опоры; код смазочной системы; максимальная частота враще­ния шпинделя; код запаса по частоте вращения; толщина стенки шпинделя под передней опорой; код задней опоры; число ступеней диаметра на меж­опорном участке шпинделя; толщина стенки шпинделя под задней опорой; код привода.

Код переднего конца шпинделя в виде двузначного числа харак­теризует его тип (рис. 6.21), а номер зависит от размера переднего конца по стандарту. Если в таблице кодов и номеров нет соответствующих данных, в ЭВМ вводят размеры, показанные на рис. 6.21. Код опоры вводится конструк­тором в зависимости от выбранного им типа опоры. Область поиска оптималь­ного межопорного расстояния задается с помощью двух коэффициентов. Один из них представляет собой отношение минимального межопорного расстояния к вылету шпинделя (консоли). Его принимают равным 2,5. Другой коэффициент — это отношение наибольшего межопорного расстояния к диаметру пе­редней шейки. Его берут равным 4...6.

При автоматизированном проектировании отдельными программами фор­мируются передний конец, передняя опора, межопорный участок, задняя опо­ра, приводной элемент (рис, 6.22), Программы формирования переднего кон­ца, передней и задней опор по заданным кодам осуществляют запросы в соответствующие автоматизированные справочники (рис. 6.23). С целью получить наибольшую жесткость диаметр передней опоры выбирается максимально возможным. Затем диаметры опор проверяют по параметру быстроходности. Расчетный диаметр межопорной части принимается равным половине суммы диаметров передней и задней опор.

Для последующего расчета автоматически формируются три расчетные схемы шпиндельного узла с различным приложением нагрузки от приводного элемента. В наиболее общем случае шпиндель представляется как балка на,четырех точечных опорах (рис. 6.24). Производятся оптимизация межопорно­го расстояния и положения приводного элемента, а также расчет узла на жест­кость. Исходя из передаваемой мощности, частоты вращения ведущего шкива, частоты вращения шпинделя, производится расчет ременной передачи. Если требуется скорректировать размеры спроектированного узла и на экране по­является вопрос "Какие размеры шпинделя менять?", необходимо ввести одну из команд DP, DS, DZ, G0, LF, LZ, LI, L2, L4, L8, L9, смысл которых понятенпорис.6.24. Все программы, образующие систему, могут работать не только в системе, но и автономно.