Анализ и расчет конструкции шипорезного станка ШПК-40

Шпиндель.dwg

Спецификация.dwg

Пояснительная записка
Функциональная схема
Кинематическая схема
Гидравлическая схема
Подшипник шариковый радиальный сферический
Подшипник шариковый однорядный радиально-упорный

ШПК-40.docx

Целью данного курсового проекта является заключительным этапом освоения дисциплины позволяющему студенту улучшить и закрепить свои знания полученные по данному курсу как на лекциях и при выполнении лабораторных работ так и по другим общетехническим и специальным дисциплинам – машиностроительному черчению деталям машин гидравлике технической механике и т.д.
В курсовой работе проводится конструктивный анализ шипорезного одностороннего станка ШПК-40. По результатам проведенной работы делается вывод о производительности и актуальности использования станка в производстве на данном техническом уровне развития.
Курсовой проект содержит 33 страниц 3 иллюстраций 8 таблиц 57 формул 9 использованных источников 5 чертежей.
Задание на курсовой проект 2
1Назначение и технические характеристики станка 6
2Описание конструкции станка .6
3Анализ схематики станка .8
4Кинематические расчеты станка 10
5Общая характеристика функциональных узлов станка 13
6Анализ конструкций станков аналогичного типа 14
1Технологические расчеты 17
2Конструкторские расчеты . ..27
Библиографический список ..31
Резание — это технологический процесс разрушения связей между частицами обрабатываемого материала с целью получения изделия требуемых размеров формы и шероховатости поверхности. Резание – основной способ получения деталей нужных размеров формы и шероховатости.
В зависимости от применяемого процесса оборудования и инструмента можно получить поверхность с различной шероховатостью.
Шероховатость поверхности древесины при различных видах обработки
Пиление круглыми пилами .
Из таблицы видно что при обработке пилением получается заготовка с большими технологическими неровностями. И поэтому необходима такая технологическая операция как фрезерование чтоб создавать базы и уменьшить шероховатость после первичной обработки.
Фрезерование – процесс повторной обработки древесины резанием с целью получения деталей заданной формы размеров и повышенной чистоты обрабатываемого материала. Процесс резания осуществляется вращающимися резцами при котором траекторией является циклоида. В результате получаются кинематические неровности в виде волн которые необходимо в дальнейшем для повышения чистоты обрабатываемой поверхности удалить резанием – шлифованием.
При сборке столярно-строительных изделий и мебели а также для сращивания коротких брусков с целью получения полномерных по длине деталей применяют шиповые соединения на ус и фигурный шип. По месту расположения в изделии шиповые соединение делятся на угловые и соединения по длине.
Соединение концов двух брусков осуществляют с помощью плоских прямоугольных (рамных) или клиновых (зубчатых) шипов в том числе минишипы.
В курсовой работе я буду рассматривать оборудование для соединения деталей по длине.
1Назначение и техническая характеристика станка
Станок шипорезный односторонний для выработки прямого и клинового шипов ШПК-40 [1704КР.04.00.000.ВО] предназначен для обработки шипов на одном конце заготовки и может быть использован в столярно-строительном мебельном и других деревообрабатывающих производствах. Можно обрабатывать одновременно несколько заготовок (пакет) суммарной толщиной не более 100 мм. Длина заготовок должна быть не менее 250 мм. Наибольшая длина вырабатываемых шипов прямых 50 мм клиновых – 10мм.
2Описание конструкции станка
На жесткой по форме станине 1 коробчатого сечения смонтированы горизонтальный фрезерный шпиндель с режущей головкой 4 состоящий из 25 пазовых фрез с приводом от электродвигателя подъемный стол 5 с двумя прижимами для заготовок перемещающийся по вертикальным направляющим.
Фрезерный вал выполнен в виде шпинделя с укрепленными на нем сменными комплектами фрез. Шпиндель смонтирован на двух опорах. Правой опорой служит два радиально-упорных подшипника. Левая съемная опора представляет собой радиально-сферический шариковый подшипник со ступицей в которую входит конец шпинделя. Кронштейн съемной опоры может откидываться на 90о освобождая с торца зону для замены инструмента.
Шпиндель приводится во вращение от электродвигателя который монтируют на поворотной плите так чтобы можно было регулировать натяжение зубчатого ремня передачи. Стол 5 перемещается по направляющим станины в вертикальном направлении гидроцилиндром.
Базирование заготовок и включение станка – ручные. Закрепление заготовок рабочая подача стола фрезерование шипов возврат стола и открытие прижимов – автоматические.
Основные технические характеристики и параметры станка ШПК-40
Наименование параметра
Размеры обрабатываемой заготовки:
Наименьшая длинна обрабатываемой заготовки
Размер получаемого шипа
Наибольшая скорость подачи стола
Частота вращения шпинделя
Мощность электродвигателя привода:
Мощность ЭД установленная
Напряжение и частота электропитания
Рис. 1.1 Шипорезный станок для ящичных прямых шипов ШПК-40:
– станина 2 – гидроагрегат 3 – дроссель 4– фрезерный вал 5 – стол 6 – направляющая линейка 7 – торцовый упор 8– гидроприжим 9 – заготовка 10 – электродвигатель 11 – гидроцилиндр.
3 Анализ схематики станка
По функциональной схеме [1704КР.04.00.000.Ф2] процесс фрезерования (выработки шипа) заготовки 1 выполняют при помощи опускания стола 2 перемещение по вертикальным направляющим с помощью гидроцилиндра на горизонтально фрезерный шпиндель с режущей головкой 3. Прижим заготовки осуществляется двумя гидроцилиндрами 4 и направляющей линейкой 5.
Анализ кинематической и гидравлической схем станка. Гидрокинематическая схема станка показана на рис. 1.2 и с использованием чертежей [1704КР.04.00.000.КЗ и 1704КР.04.00.000.ГЗ]. С включением электродвигателя гидроагрегата масло от пластинчатого насоса НП через сетчатый фильтр Ф и распределители Р1 и Р2 поступает в гидробак Б станка.
В исходном (верхнем) положении стол удерживается давлением масла на поршень цилиндра Ц1. Выход масла из гидроцилиндров Ц1 и Ц2 заперт в среднем положении гидрораспределителей Р1 и Р2. При одновременном включении электромагнитов a распределителей Р1 и Р2 стол и прижимы занимают исходное верхнее положение.
Рабочий ход стола осуществляется включением электромагнита б распределителя Р2. При этом электромагниты а распределителей Р1 и Р2 отключаются – заготовки прижимаются. Давление в системе повышается срабатывает реле давления и включает электромагнит б распределителя Р1 – происходит рабочий ход стола.
В конце рабочего хода стол нажимает на штифт конечного выключателя который отключает электромагнит б распределителя Р1 и одновременно включает электромагнит а этого же распределителя. Стол начинает перемещаться вверх при включенном электромагните б распределителя Р2.
При достижении верхнего положения стола срабатывает конечный выключатель который выключает электромагнит а гидрораспределителя Р2 и включает электромагнит а гидрораспределителя Р2. Происходит отход прижимов и заготовка освобождается. Стол оказывается зафиксированным в верхнем положении так как масло в цилиндре Ц1 заперто средним положением золотника гидрораспределителя Р1.
При аварийном отключении электропитания стол и прижими фиксируются (стол останавливается заготовка приджата) так как гидрораспределители Р1 и Р2 автоматически устанавливаются в среднее положение. Для выведения заготовок из зоны резания и ее открепления необходимо поднять стол в исходное положение включив электромагнит а гидрораспределителя Р1 и электромагнит б гидрораспределителя Р2.
Включение цикла осуществляется нажатием на кнопку «Цикл» расположенную на пульте управления. В режиме «Наладка» можно перемещать стол вверх и вниз с остановкой в этих положениях.
Давление в системе регулируется предохранительным клапаном КП и контролируется манометром МН. Скорость рабочего хода стола регулируют дросселем регулятора потока РП.
Рис. 1.2 Гидрокинематическая схема шипорезного станка для ящичных прямых шипов:
а б – электромагниты Б – бак НП – насос пластинчатый МН – манометр РП – регулятор потока Р1 Р2 – распределители РД – реле давления Ц1 Ц2 – гидроцилиндры XX – холостой ход РХ – рабочий ход.
4 Кинематические расчеты станка
Кинематические расчеты частоты вращения ножевого вала скорости резания скоростей вальцовой подачи и механизма размерной настройки стола по высоте выполняются с использованием кинематической схемы [1704КР.04.00.000.КЗ].
Частота вращения ножевого вала мин-1:
где – частота вращения электродвигателя мин-1;
– диаметр ведущего шкива мм;
– диаметр ведомого шкива мм;
Во всех механизмах резания с вращательным движением режущего инструмента скорость Г (мс) главного движения зависит от частоты вращения n16 (мин-1) инструмента и его диаметра D16 (мм)
где – номинальный диаметр фрезы мм;
– частота вращения фрезы мин-1;
Результаты кинематического расчета
Передаточ-ное число U
Частота вра- щения вала n 1мин
Скорость подачи Vs ммин
В процессе работы станка часть мощности двигателя теряется на элементах кинематики при движении энергетического потока от двигательного механизма к исполнительному. Наглядную картину потерь мощности на различных элементах кинематической схемы дает ручьевая диаграмма потерь (Рис. 1.3). Для построения диаграммы последовательно проводятся расчеты мощности отводимые после каждого элемента кинематической схемы с учетом его КПД (i). Затем определяются потери в каждом из них. Расчет приведен в табличной форме (таблица 1.3).
Общий коэффициент полезного действия передаточного механизма состоящего из К элементов равен:
где - коэффициент полезного действия передаточного механизма;
- КПД зубчатого ремня;
- КПД подшипника радиально-упорного;
– КПД подшипника радиального самоустанавливающегося.
Мощности на отдельных элементах передаточного механизма уменьшаются пропорционально величинам потерь по ходу движения потока мощности от двигателя до рассматриваемого элемента.
Мощность на валу исполнительного механизма Рs (кВт) составляет:
гдеPS – мощность на валу исполнительного механизма кВт;
PЭД – мощность электродвигателя кВт;
- КПД передаточного механизма.
Расчеты потерь мощности в кинематической цепи
Мощность отводимая после i -го элемента кВт
Потери мощности в i –том элементе кВт
Подшипники радиально-упорные
Подшипник радиальный самоустанавливающийся
Рис. 1.3 Схема потерь мощности в механизме главного движения
5 Общая характеристика функциональных узлов станка
Устройства базирования. На станке используется неподвижное базирование. Заготовку устанавливают на столе 5 который является главной базирующей поверхностью и базируют по боковой левой или правой направляющей линейке 7 что является направляющей базирующей поверхностью и переднему торцевому упору 8 он служит упорной базирующей поверхностью. Боковые линейки регулируемые и позволяют настраивать размер крайней проушины.
Торцевой упор можно регулировать в интервале 0 50 мм для обеспечения требуемой длины шипа.
Устройства прижима. Устройствами прижима на станке являются гидрозажимами 9 которые закрепляют заготовку на столе и являются зажимными устройствами.
Механизм главного движения. По конструктивному признаку механизм резания станка - фрезерный вал выполненный в виде шпинделя с укрепленными на нем сменными комплектами фрез. Шпиндель смонтирован на двух опорах.
По характеру движения ножевой вал относится к инструменту с вращательным движением.
Механизм подачи. Механизм пода заготовок осуществляется столом при помощи гидроцилиндра является механизмом подачи возвратно-поступательного движения. Скорость подачи регулируется дросселем с регулятором давления и обратным клапаном.
5Анализ конструкций станков аналогичного типа
Современные шипорезные односторонние станки подача заготовок осуществляется кареткой относящейся к механизму возвратно-поступательного движения с жесткой связью рабочего органа с объектом перемещения. Каретка с закрепленными на ней заготовками подается на опорах качения по направляющим на режущий инструмент.
Подача кареткой обеспечивает высокую точность и равномерность перемещений как на больших так и малых длинах хода с малыми энергетическими затратами и высокую точность позиционирования.
Станок шипорезный ШС-3
Станок предназначен для нарезания клинового шипа на торце заготовки (деревянного бруса).
Особенностью станка является возможность работы в цикле со смещением фрезы на половину шага. Верхний и боковой поджим заготовки осуществляется пневматикой за счет чего происходит и перемещение каретки. Каретка имеет цилиндрические направляющие что обеспечивает повышенную жесткость и точность станка.
Станок оснащен регулируемой отрезной пилой с осевой регулировкой - это позволяет улучшить качество нарезаемого шипа что в свою очередь повышает точность и прочность клеевого соединения. Возможна работа в цикле со смещение фрезы на полшага.
Основные технические характеристики и параметры станка ШС-3
Скорость вращения отрезной пилы
Мощность электродвигателя отрезной пилы
Посадочный диаметр отрезной пилы
Рабочее давление в пневмосистеме
Мощность электродвигателя шпинделя
Посадочный диаметр шпинделя
Наружный диаметр фрезы
Скорость подачи каретки
Расход воздуха на один цикл
Машинное время одного цикла
Логические схемы управления позволяют отбросить релейную систему управления т. е. исключить использование коневых и тепловых выключателей. Технологический цикл обеспечивается логическим элементом что повышает их надежность.
Производительность станка зависит от сечения и длины заготовки.
Станок изготавливается русским предприятием : «Савеловский завод деревообрабатывающего оборудования»
Станки шипорезные односторонние мод. «TSK 15» «TSK 15P» «TSK 15G» «TSK 15AG» «TSK 18G» «TSK 18AG»
Предназначены для формирования минишипа на обоих концах заготовки для последующей операции торцевого сращивания. На станке последовательно выполняются следующие операции: чистовая торцовка пакета заготовок фрезерование минишипа в полуавтоматическом режиме. В станки этих моделей используются различные варианты: с ручной (TSK 15) пневматической (TSK 15P) или гидравлической (TSK 15G и TSK 18G) системой подачи заготовок. На всех моделях установлена система боковых и верхних пневмоприжимов. Кроме этого станки мод. TSK 15AG и TSK 18AG оснащены системой автоматического нанесения клея на минишип.
Особенности станков этих моделей:
Автоматическая подача заготовок в зону резания;
Увеличенная ширина обрабатываемого пакета;
Мощная литая станина позволяет свести вибрации к минимуму и повысить точность обработки;
Конструкция позволяет уверенно формировать шип как в горизонтальной так и в вертикальной плоскости на заготовках различной длины;
Увеличенная мощность двигателя позволяет легко обрабатывать заготовки максимального сечения и позволяет увеличить срок службы и надежность станка;
Система подачи обеспечивает плавный рабочий ход и быстрый возврат рабочего стола;
Направляющие по которым перемещается шипорезная каретка изготовлены из высокопрочной легированной стали;
Опорой шпинделя являются двухрядные роликовые подшипники серии 7207 обеспечивающие высокую точность детали и долговечность конструкции шпиндельного узла.
Станки применяются в мебельном и столярном производстве малой и средней мощности.
Технические характеристики
Max ширина обрабатываемого пакета заготовок мм
Max. толщина заготовки мм
Габариты наборного стола мм
Посадочный диаметр фрезы мм
Посадочный диаметр пилы мм
Маx. диаметр устанавливаемой фрезы мм
Max. диаметр устанавливаемой пилы мм
Скорость вращения фрезы обмин
Скорость вращения пилы обмин
Мощность двигателя фрезы кВт
Мощность двигателя пильного узла кВт
Мощность двигателя гидростанции кВт
Необходимое давление в пневмосистеме Mpa
Расчетная часть курсовой работы включает в себя следующие расчеты:
технологические (задачи технолога позволяющие определить возможности станка):
- скорость подачи по мощности установленного двигателя привода механизма резания;
- скорость подачи по заданному качеству обработанной поверхности;
- скорость подачи по работоспособности режущего инструмента;
- силы и мощность резания;
- производительность станка.
- определение тягового усилия механизма подачи (МП);
- определение давления прижимных элементов МП;
- определение мощности привода МП;
- кинематический расчет цепей станка;
- расчет баланса мощности и составление ручьевой диаграммы;
- расчет параметров гидравлической (пневматической) системы.
Используемые формулы в технологических расчетах и алгоритмы решения взяты из учебного пособия[1].
I.Технологические расчеты
)Расчет мощности резания
Скорость подачи находится из гидравлических расчетов.
Для расчета скорости подачи (она же скорость перемещения штока в гидроцилиндре) выбираем из гостов гидроцилиндр. Выбираем для расчетов гидроцилиндр Г21-25.
Технические характеристики гидроцилиндра Г21-25
Наименьшее рабочее давление кГсм2
Допускаемая утечка масла при наибольшем рабочем давлении см3мин
Наибольшее рабочее давление для цилиндров кГсм2
Скорость перемещения штока (скорость подачи) (ммин):
гдеQ – постоянный минутный расход лмин;
Подача на зуб (ммзуб):
где - скорость подачи ммин;
- частота вращения режущего инструмента обмин;
Объем материала заготовки измельчаемый в стружку за 1с (см3с) находится как:
где – площадь поперечного сечения срезаемого слоя мм2.
где – ширина фрезерования мм;
t – глубина фрезерования мм.
Площадь поперечного сечения срезаемого слоя:
Объем материала заготовки измельчаемый в стружку за 1с находится как:
Чтобы определить удельную работу резания (Джсм3) используем следующую формулу:
где - табличное значение удельной работы Джсм3;
- общий поправочный множитель;
Длина срезаемого слоя (мм):
Общий поправочный множитель определяется как произведение поправочных множителей определенных по результатам экспериментальных исследований и учитывающих влияние отдельных факторов процесса резания:
где - поправочный множитель на породу древесины;
- то же на влажность древесины;
- то же на температуру древесины;
- то же на угол встречи лезвия со структурными элементами обрабатываемого материала;
- то же на затупление лезвия;
- то же на угол лезвия;
- то же на скорость резания;
– то же на глубину обработки;
- то же на угол скоса лезвия.
Выбираем поправочные коэффициенты из таблиц:
для сосны - мягкая порода;
для сосны при W=10 %;
.57 для сосны при длительности работы инструмента мин. При расчетах удельной работы резания;
для сосны при φв =0º и пути резания км. При расчетах сил резания;
Для фрезерования цилиндрического равен:
- при расчетах удельной работы резания.
- при расчетах сил резания.
Для определения табличное значение удельной работы (Джсм3) необходимо знать значение средней толщины срезаемого слоя (мм):
где – подача на зуб ммзуб;
– средний угол град.
где - угол контакта град.
Средняя толщина срезаемого слоя:
Удельную работу резания смотрим в таблице.
Кт = f(аср;φв)(2.12)
Кт = 11 Джсм3 при аср=0.5 мм и φв=.
Удельная работа резания:
Для расчета мощности резания (Н) воспользуемся формулой:
где K – удельная работа резания Джсм3;
– объем материала заготовки измельчаемый в стружку за 1с см3с;
)силы и мощность резания
Цикловая касательная сила (Н) вычисляется по формуле:
Нормальная цикловая сила (Н):
где – переходной множитель от касательной силы резания к нормальной;
где – переходные множители определяемые из справочных материалов [1].
Средняя касательная сила (Н):
где – число одновременно режущих элементов;
– число установленных инструментов;
где – длина срезаемого слоя мм;
Средняя нормальная сила (Н):
Сила нормальная по подаче (Н):
Результирующая сила цикла (Н):
)Расчет мощности подачи
Мощность подачи (Вт) определяется следующей формулой:
)Прогнозирование качества обработки;
Скорость движения подачи переходного (критического) режима резания (ммин):
где - точность установки лезвия мм.
Далее сравниваем скорость подачи со скоростью движения подачи переходного режима резания.
и следовательно – число режущих формирующих обработанную поверхность. Тогда – длина волны фрезерования поверхности.
А подача на оборот (ммоб) определяется по формуле:
Шероховатость обработанной поверхности (мкм) оценивается по кинематическим неровностям.
Шероховатость обработанной поверхности (мкм) оценивается по неровностям разрушения.
Далее сравниваем шероховатость сравнивается и выбираем максимально полученную из расчетов:
Следовательно мкм ().
)Расчет скорости подачи по заданной мощности резания;
Составим алгоритм решения задачи:
Касательная табличная сила (Нмм):
Средняя толщина срезаемого слоя (мм):
Подача на зуб (ммзуб) при заданной мощности :
Скорость движения подачи (ммин) при заданной мощности :
)Расчет скорости подачи по заданной шероховатости поверхности:
Максимальная глубина волны (мм):
Длина волны фрезерованной поверхности первая (мм):
Длина волны фрезерованной поверхности вторая (мм):
Подача на зуб (ммзуб) при заданной шероховатости обрабатываемой поверхности оцениваемой по кинематическим неровностям:
Скорость движения подачи (ммин) найденная по кинематическим неровностям:
Подача на зуб (ммзуб) при заданной шероховатости обработанной поверхности оценивается по неровностям разрушения:
Скорость движения подачи (ммин) найденная по неровностям разрушения:
Скорость движения подачи при заданной шероховатости поверхности (мкм):
Следовательно скорость подачи выбираем ммин.
)Производительность станка:
Производительность станка в смену в штуках деталей:
где – продолжительность смены мин;
– коэффициент использования рабочего дня (0.9-0.95);
– коэффициент использования машинного времени станка (0.5-0.6);
– число одновременно обрабатываемых деталей;
– число одновременно обрабатываемых концов;
– длина хода стола м.
II.Конструкторские расчеты:
)Определение давления прижимных элементов
В шипорезном одностороннем станке ШПК-40 устройствами прижима являются гидроцилиндры двухстороннего действия. Они относятся к классу зажимных устройств обеспечивающие неподвижный контакт заготовки с установочными поверхностями базирующих элементов машины.
Сила зажима (Н) без учета сопротивлений на трение в уплотнениях направляющих и др. определяется из формулы для пневматического (гидравлического) цилиндра двустороннего действия:
где – давление воздуха (масла) в системе бар;
– диаметр поршня мм.
)Кинематический расчет цепей станка:
При подаче энергии от двигателя к рабочему органу в приводах возникают усилия. Например в зубчатой передаче зуб одного колеса давит на зуб другого. Такие усилия обычно называют статическими.
Воспользуемся формулами из учебника [9].
Момент на первом валу :
где - мощность на валу кВт;
Момент на втором валу :
)Расчет параметров гидравлической системы;
Выбор типоразмера насоса производится на основании следующих расчетных зависимостей.
Фактическая производительность насоса (лмин):
где – рабочий объем насоса см3;
– частота вращения ротора мин-1;
– объемный КПД насоса (0.8 0.9).
Мощность отдаваемая насосом (кВт):
где – давление на выходе из насоса МПа;
– минутная подача лмин.
Мощность потребляемая насосом (кВт):
где - момент на валу насоса .
Для работы гидравлической системы станка ШПК-40 принимаем насос пластинчатый Г12-31. Его основные параметры сведем в таблицу.
Характеристики пластинчатого нерегулируемого насоса типа Г12
Номинальная подача лмин
Номинальное давление МПа
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основы резания древесных материалов и конструкции дереворежущего инструмента: учеб. пособие В.Г. Суханов В.В. Кишенков. – М.:ГОУ ВПО МГУЛ 2006. – 199 с. : ил.
Оборудование отрасли: учебник Амалицкий В. В. Амалицкий В. В. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ 2006. – 584 с. : ил.
Резание древесины и дереворежущий инструмент: учеб. пособие Любченко В.И. В. В. Кишенков В. Г. Суханов – М.: ГОУ ВПО МГУЛ 2007. – 91с.
Воякин А. С. Оборудование отрасли: учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы по дисциплине «Оборудование отрасли» (специальность 250403) – М.: ГОУ ВПО МГУЛ 2008 – 27 с.
Деревообрабатывающие станки: Учеб. Для сред. ПТУ. – М.: Высш. шк. 1986. – 192 с.: ил.
ГОСТ 23360-78. Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки.
ГОСТ 2.104-2006. Единая система конструкторской документации. Основные надписи.
ГОСТ 2.106-96. Единая система конструкторской документации. Текстовые документы.
Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков машин и автоматических линий. Грубе А. Э. Санаев В. И. «Лесная промышленность» 1973 г. 384.

ШПК-40.dwg

Схема кинематическая принципиальная
Схема гидравлическая принципиальная
Носос пластинчатый Г12-31
Клапан предохранительный ПГ-52-22
Дроссель с рег давл и обр клапаном МЛГ 55-32
Реле давления ГБ 2-21
Цилиндр перемещения стола
Кинематическая схема
Схема гидравлическая