Модернизация привода главного движения станка с ЧПУ

ПЗ.docx

Министерство образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет
Кафедра «Технологии машиностроения»
По дисциплине: «Металлорежущие станки с ЧПУ
Модернизация привода главного движения станка с ЧПУ
доц. Покинтелица Н. И.
Описание назначения станка 4
1.Техническая характеристика станка ..5
Расчет технических характеристик главного привода 9
Кинематический расчет привода 16
1.Определение силы резания и эффективной мощности .16
2.Расчет привода главного движения ..16
3.Построение структурной сетки .18
4.Построение графика частот вращения .19
5.Определение числа зубьев зубчатых передач .22
Прочностной расчет .25
1.Расчет мощности и крутящего момента коробки скоростей .25
2.Расчет делительных диаметров и модулей зубчатых колес ..26
3.Ориентировочный расчет валов 30
4.Уточненный расчет вала 32
5.Расчет шпоночного соединения 35
6.Расчет шлицевого соединения ..36
7.Расчет муфты упругой втулочно-пальцевой 36
Список использованных источников
Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно высокую точность обработанных деталей. Ответственные поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с погрешностью в долях микрометров а шероховатость поверхности при алмазном точении не превышает сотых долей микрометра. Требования к точности в машиностроении постоянно растут и это в свою очередь ставит новые задачи перед прецизионным станкостроением.
К числу тенденций развития станков с ЧПУ относят: концентрацию операций при одном установе автоматическую смену инструментов переход на системы управления на интегральных элементах расширение возможностей коррекции программы на радиус и длину инструмента на скорость и подачу без переделки программы применение центральной системы управления для группы станков.
Специалисты в области технологии машиностроения металлорежущих станков и инструментов находятся на одном из самых ответственных участков всего научно-технического прогресса. Задача заключается в том чтобы в результате коренного совершенствования технологии обработки создания новых металлорежущих станков с микропроцессорным управлением станочных модулей для гибких производственных систем обеспечить техническое и организационное перевооружение всех отраслей машиностроения и на этой основе обеспечить существенное повышение производительности труда. Для успешного творческого труда инженеры-станкостроители должны быть фундаментально подготовлены в области математики физики вычислительной техники иметь фундаментальные знания и навыки по общим инженерным дисциплинам и наконец хорошо знать свою будущую специальность. Необходимо ясно представлять общие важнейшие свойства и качества определяющие технический уровень металлорежущих станков с тем чтобы создавать лучшие образцы и новые модели станков.
ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ СТАНКА
Станок фрезерный широкоуниверсальный инструментальный модели 67K25ПФ2-0 (рис. 1) предназначен для горизонтального и вертикального фрезерования изделий из различных материалов цилиндрическими дисковыми торцовыми концевыми шпоночными фасонными и другими фрезами.
Наличие горизонтального шпинделя и поворотной головки с вертикальным шпинделем а также ряда дополнительных приспособлений (углового универсального стола делительной головки круглого делительного стола и др.) обеспечивает станку модели 67К25Ф2-0 широкую универсальность. Его целесообразно использовать для работы в инструментальных и экспериментальных цехах при изготовлении приспособлений штампов пуансонов пресс-форм различных инструментов и т. д. На станке могут быть установлены долбежная головка и копировальное устройство.
Станок 67К25ПФ2-0 оснащен системой программного управления импортного производства и предназначен для обработки деталей по программе в системе прямоугольных координат горизонтальным и вертикальным шпинделем.
Рисунок 1 – Общий вид станка
1 Техническая характеристика станка:
Размер рабочей поверхности стола мм:
Наибольший ход стола мм:
Частота вращения шпинделя мин-1:
горизонтального ..40÷2000
вертикального ..40÷2000
Число частот вращения шпинделя:
горизонтального ..18
Пределы подач стола мммин:
Наибольшее осевое перемещение вертикального шпинделямм 60
Наибольший угол поворота вертикальной головки в вертикальной плоскости град . ±90
Мощность электродвигателя привода подач кВт 1.3
Мощность электродвигателя привода шпинделя кВт 3
Тип системы ЧПУ TNC 135
Органы управления и их назначение наименование (рис. 2):
Рукоятка перемещения гильзы
Кольцо установки перемещения гильзы на размер
Диск набора скоростей
Рукоятка переключения скоростей
Рукоятка зажима гильзы
Рукоятка зажима корпуса маховика
Маховик поперечного перемещения бабки
Маховик вертикального перемещения суппорта
Маховик продольного перемещения салазок
Движения в станке. Движения резания — вращение горизонтального или вертикального шпинделя. Подачами являются продольное и вертикальное перемещения стола с обрабатываемой деталью и горизонтальное перемещение шпиндельной бабки. Вспомогательные движения — ручные перемещения стола и шпиндельной бабки в тех же направлениях а также перемещение вертикального шпинделя.
Рисунок 2 – Расположение основных составных частей станка
Принцип работы. Обрабатываемую деталь устанавливают непосредственно на столе или в универсальных приспособлениях: тисках делительной головке на круглом столе и т. п.
Для выполнения всевозможных работ станок модели 65К25ФП2-0 снабжается следующими приспособлениями: угловым горизонтальным столом; делительной головкой с трехкулачковым патроном серьгой и центром; универсальными поворотными тисками и копировальным приспособлением. Копировальное приспособление механического типа позволяет производить фрезерование наружных и внутренних фасонных линейчатых поверхностей по жестким шаблонам. Для этой цели на столе устанавливается с одной стороны обрабатываемая деталь а с другой стороны — жесткий шаблон. Щуп закрепляется посредством кронштейна на станине станка.
Технологические возможности станка могут быть значительно расширены применением быстроходных сверлильных и долбежных головок укрепленных на направляющих бабки горизонтального шпинделя.
Режущий инструмент .укрепляют в горизонтальном или вертикальном шпинделе с помощью различных оправок. Настройка станка в соответствии с конфигурацией и размерами детали производится продольным или вертикальным перемещением стола а также поперечным перемещением шпиндельной бабки.
РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛАВНОГО ПРИВОДА.
Производим расчет технической характеристики широкоуниверсального фрезерного станка модели 67К25ПФ2-0.
Обрабатываемый материал: 1. Жаропрочная сталь (в=350-490МПа); 2. Серый чугун (в=100-200МПа; HB= 200).
Вид заготовки: поковка
Материал инструмента: принимаем твердый сплав ВК4.
Вид обработки: торцовое и цилиндрическое фрезерование.
Результаты заносим в табл. 1
Размеры обрабатываемых деталей определяем исходя из размеров стола и предельного расстояния между столом и фрезой.
Размер стола базовой модели станка 630х250;
Для определения диапазона регулирования устанавливаем наибольший и наименьший диаметры фрез по формулам[1]
где – ширина стола мм.
Диаметры фрез уточняем по табл. 11.1.[1 стр.36]
Цилиндрические оснащенные винтовыми пластинками из твердого сплава ГОСТ 8721-80мм z=12; мм z=8.
Торцовые насадные со вставными ножами оснащенные твердым сплавом ГОСТ 9473-80 (с мелким зубом)мм z=14; мм z=10.
Выбираем наибольшую и наименьшую глубину фрезерования по табл. 6.2. [1 стр.15]
Фрезерование цилиндрическими фрезами:
= 8 – 12 мм; = 05 – 20 мм.
Фрезерование торцовыми фрезами:
= 5 - 8 мм; = 05 – 10 мм.
3 Определяем величины подач
При фрезеровании различают следующие виды подач:
s – подача на один оборот;
sm – минутная подача.
где n – частота вращения фрезы обмин; z – число зубьев фрезы.
Примем рекомендуемые подачи при средней жесткости системы [2 табл. 34]
Торцовое фрезерование:
Жаропрочная сталь - sz = 024 мм
Серый чугун – sz = 014 мм.
Цилиндрическое фрезерование:
для s = 336мм; s = 24мм.
Таблица 1 - Сводная таблица режимов резания и основных параметров станка
Материал инструмента
Размер обрабатываемой поверхности мм
Скорость резания V ммин
Частота вращения n мин-1
Мощность резания кВт
Торцовое фрезерование
Цилиндрическое фрезерование
для s = 288мм; s = 192мм.
для s = 168мм; s = 112мм.
Расчет и выбор предельных скоростей резания сил резания крутящих моментов эффективной мощности и частот вращения шпинделя.
где – коэффициент выбираем по [2 табл39];– общий поправочный коэффициент; T – период стойкости мин выбираем по [2 табл. 40]; q m y p – показатели степеней по [2 табл. 39]
Общий поправочный коэффициент определяется по формуле
где – коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала [2 табл. 1-4 стр. 261];
– коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки [2 табл. 5 стр.263];
– коэффициент учитывающий материал инструмента [2 табл. 6 стр. 263].
Торцовое фрезерование.
Определяем максимальную скорость резания Vmax при обработке серого чугуна при минимальных режимах резания при наибольшим диаметре фрезы:
tm sz = 0.14 ммзуб при Dm
Сv=445; q= 02; y= 035; u= 02; p=0; m= 032[2.табл.39.стр.287]
Определяем минимальную скорость резания Vmin при обработке жаропрочной стали при максимальных режимах резания при наименьшем диаметре фрезы:
Tma sz = 0.24 ммзуб при Dma
Сv=108; q= 02; y= 03; u= 02; p=0; m= 032[2табл.39.стр.287]
Сv=923; q= 037; y= 019; u= 023; p=014; m= 042 [2.табл.39.стр.287]
Сv=44; q= 029; y= 034; u= 01; p=01; m= 024 [2табл.39.стр.287]
Определяем nmin и nmax используя минимальную и максимальную рассчитанные скорости резания.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
1 Определение силы резания и эффективной мощности
Для определения мощности необходимо определить самую большую силу резания. Очевидно что наибольшая сила резания будет при обработке наиболее твердого материала т. е. жаропрочной стали.
Сp=218 ; y=0.78; u=1; q=115; w=0 [2]
Зная эффективную мощность резания и мощность привода базовой модели выбираем электродвигатель по каталогу [3] :
Асинхронный электродвигатель 4А112М4У3 N=5.5 кВт; n=1445 мин-1
2 Расчет привода главного движения
nmin=44 мин-1 принимаем nmin=40 мин-1
nmax=1440 мин-1 принимаем nmax=2000 мин-1
Определяем диапазон регулирования:
Определяем знаменатель геометрической прогрессии исходя из рекомендаций [4]
Определяем общее число ступеней коробки скоростей
Определяем частоты вращения выходного вала:
Структурную формулу определяем опираясь на привод главного движения станка базовой модели
3 Построение структурной сетки (рис. 3)
Структурные сетки строятся в соответствии с выбранной формулой структуры привода. В них находит отражение относительная связь между передаточными отношениями в группах поэтому лучи для каждой группы проводятся симметрично а количество интервалов между их концами численно равно характеристике группы определяемой в соответствии со структурной формулой.
Для построения структурной сетки все промежуточные передачи разбивают на группы. Лучи первой группы расходятся на величину φ. Лучи второй группы расходятся на φ в степени количества лучей первой группы. Лучи третьей группы расходятся на φ в степени произведения лучей первой и второй групп. Лучи четвертой группы расходятся на φ в степени произведения лучей всех предыдущих групп.
Рисунок 3 – Структурная сетка
4 Построение графика частот вращения (рис.4)
График частот вращения строим на основании принятого варианта структурной формулы и структурной сетки в соответствии с предварительно разработанной кинематической схеме.
Руководствуемся следующими критериями:
Каждая линия соединяющая на графике две точки две точки валов соответствует передаче с передаточным отношением (где х – число интервалов пересекаемых соответствующим лучом). Если луч отклоняется вверх то передача повышающая и если вниз - понижающая если горизонтальный х = 0 а i=1.
Передаточные отношения принимаем согласно рекомендациям [5]
Для уменьшения крутящих моментов а следовательно массы деталей и всего привода следует принимать большие передаточные отношения между первыми валами и меньшие – в последних.
Учитывать все одиночные передачи необходимые для создания определенной компоновки привода. Одиночные понижающие передачи желательно располагать ближе к исполнительному органу станка (шпинделю)
Не рекомендуется устанавливается на шпинделе более двух колес т. к. это вызывает излишний его прогиб увеличивает вибрации и отражается на качестве обработанной поверхности.
Определяем передаточные отношения:
Рисунок 5 – Расчетные цепи графика частот вращения
5 Определение числа зубьев зубчатых передач
Определяем числа зубьев зубчатых передач табличным методом для построенного ранее графика частот вращения шпинделя:
Передаточное отношение ременной пары определяем из следующих соображений: nII=nдвiр
Диаметры шкивов выбираем из нормализованного ряда в соответствии с рассчитанным передаточным отношением характеристикой передачи и передаваемой мощностью.
Определяем действительные частоты вращения шпинделя (табл. 2)
Таблица 2 – Действительные частоты вращения шпинделя
Отклонения действительных частот вращения шпинделя от стандартного ряда определяем по формуле
При =126 допустимое отклонение не должно быть больше
Построим кинематическую схему (рис. 5)
Рисунок 5 – Кинематическая схема станка мод. 67К25ПФ2-0
1 Расчет мощности и крутящего момента коробки скоростей [5]
Из графика частот вращения берем расчетную цепь (рис. 4)
Несущая способность деталей привода определяется величиной действующих нагрузок. Мощность привода является основным показателем который характеризует возможности станка преодолевать силы возникающие в процессе обработки.
Рассчитаем значения передаваемой валами мощности:
В процессе работы станка крутящий момент привода уравновешивается крутящим моментом от сил сопротивления и сил трения в кинематических цепях.
Крутящий момент на любом ведомом звене привода при установившемся движении и статическом характере действия нагрузок определяется по формуле:
где - мощность на валу;
частота вращения вала;
Рассчитаем крутящий момент на валах коробки скоростей:
Сведем все полученные данные в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчет мощностей и крутящих моментов коробки скоростей.
Расчетная частота вращения .
КПД привода от ЭД до вала
Номинальная мощность кВт.
Расчетный крутящий момент
Т. к. коробка скоростей имеет сложную структуру необходимо рассчитать мощность и крутящий момент передаваемый со II на IV вал.
2 Расчет делительных диаметров и модулей зубчатых колес.
Основной прочностной характеристикой зубчатого колеса является модуль. Модуль определяется расчетом из условия работы зуба на изгиб () и рабочих поверхностей зуба на усталость по контактным напряжениям (). Особенностью расчета является то что модуль определяется исходя из условий ограниченной долговечности работы зубчатых передач при ограниченной скорости вращения заданном передаточном отношении и числах зубьев шестерен. Кроме того в целях уменьшения осевых габаритов коробок передач принимается ограниченная ширина зуба шестерен .
В результате расчета следует принять большее из двух значений модуля () которое округляется до ближайшего большего из нормального ряда: 1; 15; 2; 25; 3; (35); 4; 5; 6; 8; 10мм (модуль 35 мм применять не рекомендуется).
Величина модуля (в мм) определяется по формулам:
при расчете на изгиб:
при расчете на усталость по контактным напряжениям:
В приведенных формулах приняты следующие обозначения:
и - допускаемые напряжения на изгиб и по усталости поверхностных слоев МПа;
номинальная передаваемая мощность кВт;
расчетная частота вращения меньшей из двух шестерен обмин;
Z – число зубьев меньшей шестерни в рассчитываемой паре (определяется при кинематическом расчете коробки скоростей);
U – передаточное число зубчатой пары которое должно быть больше или равно единице
коэффициент ширины зуба ();
коэффициент формы зуба;
скоростной коэффициент.
При окружной скорости на начальной окружности шестерен мсек При более высоких скоростях в случае ориентировочных вычислений коэффициент можно подсчитать по формуле Барта:
где С – коэффициент зависящий от материала и степени точности обработки шестерен. Для шестерен 7-й степени тонности незакаленных С=6 закаленных – С=9;
V – окружная скорость вращения шестерен мс
Расчет зубчатых передач производится по программе.
3 Ориентировочный расчет валов[6]
Предварительный расчет валов выполняется для всех валов коробки и служит ориентиром для эскизной разработки и конструкции валов выбора параметров муфт подшипников и т.п. а также последующего уточненного расчета.
Диаметр вала (в мм) определяют используя условный расчет на кручение:
по условию прочности:
по условию жесткости:
где N – мощность предаваемая валом кВт;
расчетная частота вращения вала обмин;
условное допускаемое напряжение при кручении МПа
для выходного конца вала.
для средних участков вала под шестернями и др. элементами передач);
допустимый угол закручивания 1м длины вала град;
коэффициент пустотелости вала (внутренний и - наружный диаметры полого гладкого вала мм). Для сплошных валов К=0. Для полых – К=04 07.
Из двух полученных значений диаметра принимают ближайшее большее используя стандартные ряды. Для гладких валов ГОСТ 6636-69 предусматривает четыре основных ряда.
Выполним предварительный расчет валов:
по условию жесткости :
Т. к. вал шлицевой выбираем по ГОСТ 1139-80 принимаем d×D средней серии 36×42
по условию прочности
по условию жесткости
Для четвертого вала:
4 Уточненный расчет вала[6]
Целью расчета является проверка предварительно принятых диаметров валов с учетом действия изгибающих и крутящих моментов от всех сил действующих на вал в различных сечениях.
Для выполнения расчета вала должны быть известны:
мощность двигателя расчетная частота вращения вала размеры и размещение на валу всех деталей которые определяются на основе продольной и поперечной компоновки узла.
Силы на валы передаются через зубчатые колеса шкивы муфты и т.п. В общем случае силы могут действовать в различных плоскостях. Поэтому силы задают в виде составляющих по трем взаимно перпендикулярным осям координат.
Окружная составляющая для всех типов колес определяется по формуле:
где крутящий момент на валу Нм.
диаметр начальной окружности м.
Радиальная составляющая определяется по формуле:
Определим радиальную и окружную силу для вала 2 в точках приложения сил:
- окружная сила будет равна:
- радиальная сила будет равна:
Уточненный расчет вала производится по программе.
При проектировании машин подшипники качения не конструируют и не рассчитывают а подбирают из числа стандартных по статической или динамической грузоподъемности в соответствии с ГОСТ 8338-75.
Подшипник типа 00000. Шариковый радиальный однорядный 207 с грузоподъемностью 15300 Н [7].
В качестве критерия для определения опасных сечений можно принять величину напряжения в сечении (в МПа)[7]:
где приведенный момент;
момент сопротивления при изгибе в опасном сечении;
Необходимо чтобы напряжение в опасном сечении не превышало допускаемых значений:
Допускаемые напряжения (в МПа) принимают:
где предел выносливости при изгибе МПа ()
4 требуемый коэффициент запаса для обеспечения жесткости. Принимаем 25.
условие выполняется.
При составлении расчетной схемы вал рассматривают как балку лежащую на шарнирных опорах и нагруженную сосредоточенными силами и моментами. Точки приложения сил и моментов принимаются на середине элемента передающего эти силы и моменты на вал а эти сечения принимаются за расчетные.
В каждой плоскости определяют реакции опор и изгибающие моменты строят эпюры изгибающих моментов а затем суммирую геометрически определяют полные реакции и суммарные изгибающие моменты строят эпюры изгибающих и крутящих моментов (рис. 6)
Рисунок 6 – Эпюра моментов
5 Расчет шпоночного соединения
Рассчитаем соединение с призматической шпонкой основным является расчет на смятие для вала II:
- наибольший крутящий момент в соединении Нм
- рабочая длина и глубина врезания шпонки в ступицу
Допускаемое напряжение для неподвижного соединения .
Таким образом проверим шпонку на смятие вал II:
Условие выполняется выбранная шпонка удовлетворяет крутящему моменту на валу.
6 Расчет шлицевого соединения
Шлицевые соединения независимо от профиля зубьев рассчитывают на смятие[6]
где dср – средний диаметр мм; z – число зубьев; h – рабочая высота; =075 – коэффициент неравномерности нагружения зубьев
f=0.3 0.5 – величина фаски.
- условие выполняется.
7 Расчет муфты упругой втулочно-пальцевой
Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) отличается простотой конструкции удобством монтажа и демонтажа. Обычно применяется в передачах от электродвигателя. Муфта электроизолирующая. Окружная скорость ограничена 30 мс. Материал полумуфт – чугун СЧ20 сталь 30 сталь 35Л материал пальцев не ниже чем сталь 45. Упругие элементы изготавливают из резины. Нагрузочная способность муфты ограничена стойкостью резиновых элементов.
Подбираем муфту для диаметра 25 мм (рис.7).
Крутящий момент который она может передавать – М=88 Нм
Рисунок 7 – Муфта упругая втулочно-пальцевая
Кк=15 для металлорежущих станков.
Таким образом подобранная муфта удовлетворяет условиям.
Задачей курсового проекта являлось модернизация привода главного движения станка. Она проводилась с целью обеспечения большего диапазона частот вращения шпинделя.
В ходе курсовой работы был проведен кинематический расчет коробки скоростей ориентировочный расчет валов подбор подшипников качения с требуемой грузоподъемностью подбор муфты упругой втулочно-пальцевой с требуемой передаваемой мощностью. Был произведен проверочный расчет шпоночных и шлицевых соединений на смятие по которым можно сделать вывод что выбранные стандартные шпонки и шлицы выдерживают необходимую нагрузку и не требуют корректировки. Был выполнен расчет валов на прочность рассчитан момент на валах.
В результате проведенных расчетов коробка скоростей была модернизирована в более совершенную.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Методические указания к выполнению раздела курсового и дипломно го проектов “Обоснование технических характеристик металлорежущих станков” (для студентов специальностей “Металлорежущие станки и системы” “Инструментальное производство” “Технология машиностроения”) Сост.: Е.У.Зарубицкий Н.И.Покинтелица Т.П.Костина И.Г.Дейнека.-Луганск: Изд-во Восточноукр. нац. ун-та 2001.- 56 с.
Косилова А.Г Мещеряков. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х т. М:Машиностроение 1985 г – 496 с.
Киркач Н. Ф Баласанян Р. А. Расчет и проектирование деталей машин в 2-х т. 1985г – 255 с.
Металлорежущие станки Учеб. пособие для втузов Н.С. Колев Л. В. Красниченко Ч. С. Никулин и др. – 2-е изд. перераб. и доп. – М. Машиностроение 1980. – 500с. ил.
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию «Кинематический расчет коробок скоростей и коробок подач металлорежущих станков»сост.: Т.П. Костина и др.- Ворошиловоград: ВМСИ 1988 – 44с.
Методические указания к курсовому проекту металлорежущих станков по разделу «Прочностной расчет деталей коробок скоростей». сост.:Моисеев В.М. и др. – Ворошиловоград: ВМСИ 1982 – 50с.
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплинам “Станки с ЧПУ и оборудование ГПС” и “Конструирование и расчет МРС иСК” Сост. А.О. Харченко В.А. Титков. –Севастополь: Изд-во СевНТУ 2009. –40 с.
Паспорт станка 67К25ПФ2-0

Коробка скоростей1.spw

Крышка гидроцилиндра
Подшипники ГОСТ 8338-75
Кольца упорные ГОСТ13942-86
Тарельчатые пружины ГОСТ 3057-90
Шпонка 14 х 9 х 36 ГОСТ 23360-78
Шпонка 8 х 7 х 28 ГОСТ 23360-78
Мaнжета 1-32 х 48-1 3 ГОСТ 8752-79

разрез коробки скоростей.cdw

Коробка скоростей1.cdw

Биение колес по наружному диаметру не более 0
В шпоночных соединениях люфт не допустим.
Коробку скоростей залить индустриальным маслом И-30 ГОСТ
Система смазки должна обеспечивать подачу масла к шпинделю
шестерням коробки скоростей
Коробку скоростей обкатать в течении 8 часов на всех