Розроблення конструкція шпинделя для фрезерного оброблювального центру

Abstract

Робота містить пояснювальну записку та графічну частину. Пояснювальна записка складається зі вступу, технологічної, конструкторської частин, додатків з: економічною частиною, охороною праці. Перший розділ роботи присвячена визначенню терміна обробний центр та дослідженню окремих конструктивних вузлів головки бабки. Найбільша увага приділяється типам підшипників та способам кріплення шпинделя. Проведено огляд шпинделів обробних центрів з аналогічними параметрами до тих, що вказані в завданні. Фрезерні обробні центри використовуються у виробництві компонентів для багатьох галузей промисловості. Зростаюча складність і різноманітність виробництва висуває значні вимоги до точності, жорсткості та продуктивності верстатів. Шпиндельна бабка один з основних конструктивних елементів, конструкція якого безпосередньо впливає на продуктивність і точність роботи машини. Тому необхідно приділяти достатньо уваги їх дизайну та вибору. В даній випусковій роботі проектується шпиндельна бабка фрезерного центру потужністю 25 кВт з використанням непрямого приводу та інструментального інтерфейсу HSK 63. Шпинделі такої потужності використовуються на фрезерних центрах малого та середнього розміру. Різні області використання зумовлюють різні вимоги до шпинделів верстатів. Розрізняють шпинделі для високого крутного моменту чи високої швидкості. З цих причин необхідно обрати рішення, яке відповідатиме обраним вимогам. В другому розділі запропоновано кілька варіантів конструкції вузла приводу та кріплення головки бабки. Обґрунтовано остаточний варіант, що включає зубчастий ремінь передачі. Шпиндель підтримується радіально-упорними кульковими підшипниками SKF 7014 ACD/P4A з кутом нахилу 25°, розташованими спина до спини, та тандемним "TBT" для передньої опори. Задня опора містить дворядний роликовий підшипник NN 3012 KTN/SP. Розраховано оптимальну відстань між підшипниками та теоретичну жорсткість підшипника шпинделя. Запропоноване конструктивне рішення перевірене за граничними станами міцності та втоми за допомогою аналітичних розрахунків. Результати, отримані аналітичними розрахунками, порівнювали з результатами міцнісно-деформаційного аналізу, виконаного в системі Inventor. Крім того, було проведено модальний аналіз для визначення власних частот шпинделя. Також розраховано економічний ефект від впровадження конструкції шпинделя для фрезерного оброблювального центру у виробництво, розроблено заходи з охорони праці. В графічній частині проекту приведені: конструкція шпинделя, деталювання його елементів.The work contains an explanatory note and a graphic part. The explanatory note consists of an introduction, technological, design parts, appendices with: economic part, labor protection and specifications for the graphic part. The first chapter of the thesis is dedicated to defining the term "machining center" and examining specific structural components of the spindle headstock. Particular attention is given to the types of bearings and spindle mounting methods. A review of machining center spindles with parameters similar to those specified in the project brief is provided. Milling machining centers are used in the production of components for various industrial sectors. Increasing complexity and diversity in manufacturing demand high precision, rigidity, and productivity from the machines. The spindle headstock is one of the main structural elements, and its design directly affects the machine’s performance and accuracy. Therefore, careful consideration must be given to the design and selection of these components. This thesis involves the design of a spindle headstock for a milling center with a power output of 25 kW, utilizing an indirect drive and HSK 63 tool interface. Spindles of this power class are commonly used in small to medium-sized milling centers. Different application areas impose varying requirements on machine tool spindles. Spindles are typically categorized based on whether they are optimized for high torque or high-speed operation. As such, the selected solution must align with the target application requirements. The second chapter presents several design options for the drive assembly and spindle mounting. The final configuration, which includes a toothed belt transmission, is substantiated. The spindle is supported by SKF 7014 ACD/P4A angular contact ball bearings (25° contact angle) arranged in a back-to-back configuration, with a tandem "TBT" setup for the front support. The rear support consists of a double-row cylindrical roller bearing NN 3012 KTN/SP. The optimal distance between the bearings and the theoretical stiffness of the spindle bearing assembly were calculated. The proposed design solution has been verified through strength and fatigue limit conditions using analytical methods. The analytical results were compared with those obtained from structural deformation analysis performed in Autodesk Inventor. Additionally, a modal analysis was conducted to determine the natural frequencies of the spindle. An economic evaluation of implementing the designed spindle in a milling machining center was also carried out, along with the development of occupational safety measures. The graphical part of the project includes the spindle design and detailed drawings of its components.