6 Расчетные схемы действующих нагрузок на шпиндель

6.1 Составление расчетной схемы нагрузок на шпиндель и определение составляющих сил резания и

Для составления расчетной схемы нагрузок на шпиндель используется свертка шпиндельной бабки широкоуниверсального инструментального фрезерного станка с ЧПУ (см. рисунок 5.1). Шпиндель получает вращение от третьего вала через цилиндрическую прямозубую зубчатую передачу и находится под действием крутящего моментана межопорном участке.

На переднюю консольную часть шпинделя действует радиальная и тангенциальнаясоставляющие силы резания. Расчетная схема шпинделя с приложенными к нему нагрузками (рисунок 6.1) представлена для операции встречного фрезерования. Стрелками показаны направления вращения приводного колеса и шпинделя, а также перпендикулярная и параллельная подачеs вертикальная и горизонтальнаясоставляющие силы резания соответственно.

Рисунок 6.1 – Расчетная схема нагрузок на шпиндельный узел при встречном фрезеровании

+

Рисунок 6.2 – Расчетная схема нагрузок на шпиндельный узел при фрезеровании торцовой фрезой на вертикальном шпинделе

Исходной формулой для расчета сил резания является выражение эффективной мощности резания

Расчетная скорость резания определяется по формуле

где – максимальный диаметр режущего инструмента:

–расчетная частота вращения шпинделя,

Составляющая силы находится по формуле

где эффективная мощность резания, кВт:

–расчетная скорость резания, м/мин:

Составляющая силы резания определяется по формуле

где и– составляющие сил резания, Н:

6.2 Определение составляющих сил резания и

В общем случае если на шпиндель действуют силы зацепления приводного зубчатого колеса, то расчет на жесткость выполняется в двух плоскостях и должны рассчитываться силы и .

При выполнении операции фрезерования горизонтальным шпинделем на широкоуниверсальном инструментальном фрезерном станке неизвестна точка приложения силы резания P. Поэтому она раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющие силы резания соответственно перпендикулярно и параллельно подаче. Расчет сил ипри встречном фрезеровании производится исходя из соотношений:

Следовательно:

6.3 Определение сил, действующих в зацеплении зубчатых колес привода шпинделя

Окружная сила, действующая в зацеплении зубчатых колес и, рассчитывается по формуле

где – крутящий момент на шпинделе, Нм:

–делительный диаметр колеса, мм:

Радиальная сила , действующая в зацеплении зубчатых колеси, рассчитывается по формуле

где – окружная сила, действующая в зацеплении зубчатых колеси

угол зацепления в нормальном сечении, градус:

7 Расчет шпинделя на жесткость

7.1 Составление расчетной схемы

Расчет шпиндельного узла на жесткость заключается в определении величины смещения переднего конца шпинделя , как комплексного показателя, учитывающего деформацию переднего конца шпинделя, межопорной части и опор, а также угла поворота оси шпинделя в передней опореи в сравнении полученных данных с допускаемыми значениямии.

Для расчета шпинделя на жесткость в данном примере составляются две расчетные схемы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях XOY и XOZ, проходящих через ось шпинделя (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 – Расчетные схемы горизонтального шпиндельного узла на жесткость

Составляющие сил, действующих на шпиндель со стороны зубчатого зацепления равны:

Рисунок 7.2 – Расчетные схемы вертикального шпиндельного узла на жесткость