Курсовой проект. Токарный станок с ЧПУ РТ-755

11 Свертка а1.cdw

СОДЕРЖАНИЕ.docx

Анализ чертежа детали выбор заготовки и технологии обработки 6
Назначение и требования к модернизируемому станку 7
Обоснование технической характеристики 8
Разработка кинематической схемы 9
1 Выбор двигателя и построение графика частот вращения .9
2 Определение чисел зубьев колёс . 10
3 Определение диаметров шкивов ремённой передачи .11
4 Вычисление частот вращения .11
Технические расчеты ..13
1 Определение моментов на валах 13
2 Расчёт диаметров валов 13
3 Расчет передач редуктора 14
4 Расчет ремённой передачи .21
5 Проверочные расчеты ..24
5.1 Проверочный расчёт вала на изгиб и кручение 24
5.2 Проверочный расчет подшипников качения ..29
5.3 Проверочный расчет шпоночных соединений 32
Смазочная система 34
Список используемой литературы . 36
Большим достоинством выпускаемых станков является возможность встраивания их в автоматические линии. Компоновка последних обычно производится на базе двух видов оборудования: специально изготовленного для работы в автоматических линиях и универсального оборудования. Практика показала что во многих случаях применение универсального оборудования оказывается более целесообразным. Это ускоряет проектирование и изготовление автоматических линий. Одновременно с механизацией и автоматизацией станков выросли требования к точности и чистоте обработки.
Особое развитие в последнее десятилетие получило числовое программное управления станками. Микропроцессорные устройства превращают станок в станочный модуль сочетающий гибкость и универсальность с высоким уровнем автоматизации. Станочный модуль способен обеспечивать обработку заготовок широкой номенклатуры в автономном режиме на основе малолюдной или даже безлюдной технологии. Таким образом современное станочное оборудование является базой для развития гибкого автоматизированного производства резко повышающего производительность труда в условиях средне- и мелкосерийного производства.
Использование гибких производственных систем состоящих из набора станков манипуляторов средств контроля объединенных общим управлением от ЭВМ дает возможность и в многономенклатурном производстве стимулировать научно-технический прогресс быстрый и с минимальными затратами на переход к новым более современным образцам выпускаемой продукции. Переход от использования набора станков и других технологических машин к машинным системам в виде гибких производственных систем технологического оборудования помимо повышения производительности труда коренным образом изменяет весь характер машиностроительного производства. Создаются условия постепенного перехода к трудосберегающему производству при наивысшей степени автоматизации.
Совершенствование современных станков должно обеспечивать повышение скоростей рабочих и вспомогательных движений при соответствующем повышении мощности привода станков шпиндельных узлов тяговых устройств и направляющих прямолинейного движения. Применение композиционных материалов для режущих инструментов позволяет уже сейчас реализовать скорость резания до 15÷2 кммин а скорость подачи довести до 20÷30ммин. Дальнейшее повышение скоростей потребует поиска новых конструкций использующих иные физические принципы и обеспечивающих высокую работоспособность ответственных
Применение станочных модулей возможно только при полной автоматизации всех вспомогательных операций за счет широкого использования манипуляторов и промышленных роботов. Это относится к операциям связанным со сменой заготовок режущих инструментовтехнологической оснастки с операциями измерения заготовки инструмента с операциями дробления и удаления стружки из рабочей зоны станка.
Оснащение станков гибкого автоматизированного производства различными контрольными и измерительными устройствами является необходимым условием их надежной работы особенно в автономном и автоматизированном режиме. В современных станках используют широкий набор средств измерений иногда очень точных таких например как лазерные интерферометры для сбора текущей информации о состоянии станка инструмента вспомогательных устройств и для получения достоверных данных об исправной работе.
Повышение стабильности размеров и качества обрабатываемых деталей снижение брака за счет сокращения цикла ошибок станочника оптимизация режимов обработки при составлении программ улучшение условий труда станочника и снижение требовании к его квалификации.
Проектируемый токарный станок с ЧПУ предназначен для токарной обработки поверхностей деталей типа тел вращения в один или несколько проходов по замкнутому автоматическому циклу в механических цехах машиностроительных заводов и других отраслей промышленности. На станке можно производить точение растачивание сверление нарезание резьб. Форма образующих обрабатываемого изделия цилиндрическая коническая фасонная.
Привод главного движения с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя позволяет точно выдержать скорость резания заданную технологичность процессом обработки детали и автоматически регулировать ее для выполнения различных технологических переходов по сравнению с приводами со ступенчатым регулированием частот вращения шпинделя. Это повышает производительность и точность обработки и дает возможность автоматизировать процесс управления приводом главного движения поэтому такие приводы применяются в станках с ЧПУ. В качестве источника движения используются регулируемые электродвигатели постоянного и переменного тока.
В данной работе рассматривается токарный станок с ЧПУ РТ-755. Станок может оснащаться любыми системами ЧПУ и приводами любых производителей по требованию заказчика.
Технические характеристики станка:
Класс точности станка по
Наибольший диаметр заготовки:
- Устанавливаемой над станиной
- Обрабатываемой над станиной
- Обрабатываемой над суппортом
Наибольшая длина устанавливаемой детали
Наибольший крутящий момент на шпинделе
Размер внутреннего отверстия в шпинделе
Диаметр отверстия в шпинделе
Число управляемых осей координат
Частота вращения шпинделя обмин
Способ регулирования подач
Число ступеней рабочих подач
Время автоматической смены инструмента сек
Мощность привода главного движения
Габаритные размеры станка (вместе с электрооборудованием)
По техническому заданию необходимо спроектировать привод главного движения токарного станка с ЧПУ т.е. требуется модернизировать его для обработки детали типа «вал». Для этого нужно произвести расчет технической характеристики станка.
Исходными данными для выполнения курсовой работы является чертеж обрабатываемой детали а также технологический процесс обработки на одну заданную операцию.
Производство детали относится к серийному типу которому характерно применение как обычных универсальных станков так и станков с ЧПУ. На данной операции обтачиваются все наружные поверхности детали. Деталь установлена в центра. Эскиз данной детали приведен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 Обрабатываемая деталь
Анализ чертежа детали выбор заготовки и технологии обработки
В качестве заготовки используется труба ГОСТ 8732-78.
Режимы резания на получистовом этапе обработки поверхностей представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Режимы резания
Назначение и требования к модернизируемому станку
Исходя из проведенного анализа технологического процесса можно сформулировать требования к модернизированному станку:
станок должен выполнять операции точение цилиндрических поверхностей подрезку торцов;
станок должен обеспечивать бесступенчатое изменение частоты вращения от 6048 мин-1 до 16426 мин-1;
станок должен обеспечивать мощность резания не ниже 12 кВт;
Для обеспечения большей универсальности станка принимаем следующие условия:
станок должен обеспечивать бесступенчатое изменение частоты вращения от 100 мин-1 до 2500 мин-1 с постоянной мощностью.
станок должен обеспечивать мощность резания не ниже 124 кВт;
Обоснование технической характеристики
К основным техническим характеристикам станка можно отнести диапазон регулирования и мощность привода главного движения.
Диапазон регулирования определяется:
Мощность привода главного движения с учетом потерь мощности определяется:
Разработка кинематической схемы
1 Выбор двигателя и построение графика частот вращения
Исходными данными для разработки кинематической схемы привода являются предельные значения частот вращения шпинделя и двигателя.
Для привода главного движения принимается широкорегулируемый двигатель постоянного тока 4ПФ
Для модернизируемого станка принят двигатель 4ПФ132L номинальная частота вращения которого – 800 мин-1 максимальная частота 4000 мин-1 номинальная мощность 125 кВт.
Диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью
Число скоростей редуктора
Принято z=2. Рекомендуемое значение знаменателя геометрического ряда для токарного станка с ЧПУ = 126.
График частот вращения показан на рисунке 5.1
Рисунок 5.1 – График частот вращения
Для реализации данного графика была принята двухступенчатая коробка скоростей и клиноремённая передача. Кинематическая схема привода показана на рисунке 5.2.
2 Определение чисел зубьев колёс
Коробка обеспечивает три передаточных числа: u=156 u=32 и u=156 (повышающая).
В соответствии с передаточными отношениями u определим числа зубьев зубчатых колес:
3 Определение диаметров шкивов ремённой передачи
Клиноремённая передача обеспечивает передаточное число:
d1 = 112 мм d2 = 180 мм;
4 Вычисление частот вращения
Вычислим частоты вращения шпинделя через подобранные числа зубьев колес и их погрешности (отклонения от стандартных значений):
При этом необходимо чтобы выполнялось условие:
Отклонения от стандартных значений являются допустимыми.
Рисунок 5.2 – Привод главного движения кинематическая схема
1 Определение моментов на валах
Момент на валу электродвигателя определяется по формуле
Момент на первом валу определяется по формуле
Момент на втором валу определяется по формуле
Момент на третьем валу определяется по формуле
2 Расчёт диаметров валов
Расчёт диаметров валов производится по формуле:
Результаты расчётов сведены в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчёт диаметров валов
3 Расчет передач редуктора
Для изготовления зубчатых колес принята сталь 20Х с закалкой и цементацией для обоих зубчатых колес. Механические характеристики материала: твердость поверхности после цементации 56 – 60 HRC.
Допускаемые контактные напряжения определяются по формуле
где HP – базовый предел выносливости по контактным напряжениям для цементированных колес МПа;
ZN=0.75 – коэффициент долговечности;
SH=1.2 – коэффициент запаса по контактным напряжениям;
Допускаемые изгибные напряжения определяются по формуле
YN=1 – коэффициент долговечности;
Для первой ступени = 0.35 для второй - = 0.25.
Коэффициент ширины колеса по диаметру определяется по формуле
Скоростной коэффициент для закаленных колес Cv=2100.
Приближенное значение окружной скорости определяется по формуле
По приближенному значению окружной скорости принимается степень точности прямозубых зубчатых колес nст=5.
В зависимости от точности окружной скорости и термообработки принимаются скоростные коэффициенты KHV =1.48 KFV=1.96
В зависимости от номера схемы и коэффициента ширины выбирается начальный коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зуба KHo1=1.24 KHo2=1.3 KHo3=2. По среднему значению твердости поверхности определяется коэффициент приработки KHW=0.89. Коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зуба определяется по формуле
Коэффициенты KH=KF=1 для прямозубых колес.
Коэффициенты нагрузки определяются
Межосевое расстояние определяется по формуле
Межосевое расстояние между 2 и 3 валом мм
Модуль определяется по формуле
Принято m1=3 мм m2=4 мм
Уточненное межосевое расстояние
Расчетная ширина зубчатого колеса
Принято для колеса bw12=50 мм для шестерни bw11=56 мм.
Делительные диаметры колес
Окружное усилие на зубчатом колесе
Колеса Z5 и Z6 допускается не шлифовать остальные колёса шлифуются.
Удельная окружная нагрузка
Коэффициенты динамической нагрузки
Коэффициенты расчетной нагрузки
Действующие контактные напряжения определяются по формуле
где ZЕ=190 МПа – коэффициент учитывающий материал колес;
ZH – коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей определяется по формуле
Z – коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий определяется по формуле
где – коэффициент торцевого перекрытия определяется по формуле
Действующие контактные напряжения не превышают допускаемых.
Действующие изгибные напряжения определяются по формуле
где YFS – коэффициент формы зуба определяется раздельно для шестерни и колеса по формуле
При равных допускаемых напряжениях расчет проводится для того зубчатого колеса у которого YFS больше.
Y=1 – коэффициент учитывающий наклон зуба;
Y=1 – коэффициент учитывающий перекрытие зубьев;
Действующие изгибные напряжения не превышают допускаемых.
4 Расчет ремённой передачи
На этапе разработки кинематической схемы приводы выявлены основные силовые и кинематические характеристики ременной передачи которые представлены в таблице 3.
Таблица 3-Кинематические и силовые характеристики ременной передачи
Диаметр ведущего шкива D1мм
Диаметр ведомого шкива D2мм
Коэффициент проскальзывания ремня
Максимальный крутящий момент на ведущем шкиве М1мм
Максимальный крутящий момент на ведомом шкиве М2мм
Передаваемая мощность N кВт
Частота вращения ведущего шкива при максимальном моменте n1 мин-1
Окружная скорость ремня на ведущем шкиве при максимальном моменте V1 мс
Максимальная частота вращения ведущего шкива n1max мин-1
Максимальная окружная скорость ремня на ведущем шкиве V1max мс
Межцентровое расстояние А мм
Примечание: 1=099-КПД подшипников 2=095-КПД ременной передачи
Для обеспечения заданных характеристик принимаем зубчатый ремень импортного производства СБ 5-90-50 позволяющий работать при окружной скорости V1max=30 мc. Основные параметры выбранного сечения ремня приведены в таблице 4 и на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1- Сечение зубчатого ремня
Таблица 4-Параметры сечения СБ-5-90-50
Модуль зубчатого ремня мм
Число зубьев меньшего шкива z1
Погонная масса mп*104кг(м*мм)
Допускаемая окружная сила FpНмм
Податливость витков металлотроса *104мм2Н
Основными критериями расчета ременных передач являются тяговая способность и долговечность ремня. Расчет по тяговой способности производиться при работе ремня с максимальным моментом. Расчет на долговечность передачи не приводится из-за отсутствия необходимых данных о материале фирм-производителей ремней.
Проверочный расчет ременной передачи представлен в таблице 5.
Таблица 5-Проверочный расчет ременной передачи по тяговой способности
Удельная окружная сила передаваемая ремнем в условиях эксплуатации Нмм
Угол обхвата ремнем меньшего шкива α град
Угол между ветвями ремня γ град
Число зубьев в зацеплении на малом шкиве z0
Коэффициентучитывающий передаточное отношение ремня Сi
Коэффициентучитывающий число зубьев на дуге обхвата меньшего шкива Сz
Коэффициент наличия нажимных
Допускаемая окружная сила
передаваемая ремнем Fp
Сила предварительно натяжения ремня F0Н
Сила действующая на вал со стороны шкивов Fr Н
Допустимая частота пробега ремня в секунду [λ]с-1
Частота пробега ремня в секунду λс-1
Шкивы изготавливаем из чугуна марки СЧ15 методом литья при окружной скорости до 30 мс. Профиль шкивов (рисунок 6.2) и расчет необходимых конструктивных параметров приведен в таблице 6.
Рисунок 6.2 - Профиль шкива ременной передачи
Таблица 6 - Основные размеры шкивов ременной передачи
Значение [5 табл.2.55]
Ширина впадины шкива S мм
Глубина впадины шкива hp мм
Толщина обода чугунного шкива зубчаторемменной передачи чуг мм
Диаметр вершин зубьев зубчаторемменной передачи Dа мм
Диаметр впадин шкива Df мм
Диаметр ступицы чугунного шкива dст мм
Длина ступицы lст мм
Толщина дисков шкивов С мм
Диаметр отверстия в диске d0 мм
Конструктивный диаметр D0 мм
5 Проверочные расчеты
5.1 Проверочный расчёт вала на изгиб и кручение
После разработки конструкции валов проводим их проверочные расчеты на статическую прочность и сопротивление усталости. Расчет на жесткость выполняем только для шпинделя как наиболее ответственного
узла коробки скоростей при этом проверять шпиндель на усталость и статическую прочность не обязательно так как при выполнении критерия жесткости прочность и выносливость вала гарантируются.
Механические свойства материала принятого для изготовления валов коробки скоростей показаны в табл. 7.
Таблица 7 Механические свойства сталей
Проверочные расчеты валов производятся по максимальным крутящим моментам на валах. Основной расчетной нагрузкой для валов являются вращающий МК и изгибающий МИ моменты вызывающие напряжения кручения и изгиба. Для I вала расчет проводится при зацеплении передачи 2460. Усилия действующие на I и II вал коробки скоростей приведены в таблице 8.
Таблица 8- Нагрузка действующая на I и II вал коробки скоростей
Окружная сила со стороны колес 2460 Н
Окружная сила со стороны колес 2064 20 Н
Радиальная сила со стороны колес 2460 Н
Радиальная сила со стороны колес 2064 Н
Примечания: Осевой силой от веса узлов привода в расчетах пренебрегаем
Эпюры изгибающих МИ и крутящих MК моментов приведены на рисунке 6.2 и рисунке 6.3.
Рисунок 6.2 - Эпюры изгибающих и крутящих моментов первого вала
Рисунок 6.3 - Эпюры изгибающих и крутящих моментов второго вала
5.2 Проверочный расчет подшипников качения
Проверочный расчет подшипников качения производится по критерию динамической грузоподъемности с определением ресурса при требуемой надежности. Расчет выполняется по кинематической цепочке привода дающей максимальные крутящие моменты на валах. В данной работе приведен расчет подшипников качения второго вала коробки скоростей табл. 9.
Таблица 9 - Проверочный расчет подшипников I вала коробки скоростей
Диаметр отверстия d мм
Наружный диаметр D мм
Ширина подшипника В мм
Статическая грузоподъемность С0 Н
Динамическая грузоподъемность С Н
Коэффициент эквивалентности KЕ
Типовой режим нагружения
Радиальная нагрузка Rr Н
Коэффициент вращения кольца V
Коэффициент динамичности нагрузки KБ
Температурный коэффициент KT
Эквивалентная радиальная динамическая нагрузка Pr
Коэффициент надежности a1
Вероятность безотказной работы 90%
Коэффициент применения подшипника a23
кинематическая схема
Базовая динамическая радиальная грузоподъемность Cсум Н
-и часовой рабочий день при двусменной работе
Максимальная частота вращения nmax мин-1
Предельная частота вращения nПР мин-1
Пластичный смазочный материал
Жидкий смазочный материал
Критерии работоспособности
Таблица 10 -Проверочный расчет подшипников II вала коробки скоростей
Вращается внутреннее кольцо
По расчетам критерии работоспособности выполняются следовательно подшипники качения I и II вала коробки скоростей обеспечивают требуемый ресурс.
5.3 Проверочный расчет шпоночных соединений
Принимаем призматические шпонки по ГОСТ 23360-78 для фиксации зубчатого колеса и вала(шпинделя) коробки скоростей.
k=l-t1- расчетная высота шпонки.
=T[S]-допускаемое напряжение смятия: для стали 40ХН =375МПа.
Таблица 11 -Расчет шпонок
Шпоночное соединение
Передаваемый крутящий момент MK Нм
Напряжения смятия СМ МПа
Критерий работоспособности
Условие прочности выполняется
Смазка станка обеспечивается следующим системами:
- централизованная система смазки зубчатых колес подшипников коробки скоростей и механизмов шпиндельной головки;
- периодическая (циркулярная) система смазки направляющих консоли стола салазок и механизмов подач.
Система смазки привода главного движения включает в себя резервуар расположенный в станине фильтр и плунжерный насос.
Поскольку в коробке привода главного движения нет ни одного вала с постоянной частотой вращения плунжерный насос работает от другого источника (от асинхронного двигателя с одной частотой вращения).
Учитывая быстроходность и тип подшипников принимаем импульсную жидкую смазку маслом И-40А.
Спроектированный станок обеспечивает всем требованиям техники безопасности при работе станка его обслуживании и ремонте.
Диапазон частот вращения привода главного движения соответствует данному типу станка что позволяет сохранить его технологическую гибкость.
Мощность привода главного движения рассчитана таким образом что обеспечивает на всех частотах вращения шпинделя необходимые режимы резания и методы обработки деталей.
Построение графика частот вращения сделано согласно заданию с учетом всех рекомендаций используемой литературы.
Определение передаточных отношений и чисел зубчатых колес рассчитаны согласно соответствующим стандартам в станкостроении.
Окружные скорости зацепления колес не превышают предельно допустимых для выбранного типа используемых колес.
Аналитическая проверка точности кинематического расчета показывает что рассчитанные частоты вращения лежат в допустимых пределах от нормальных. Силовые расчеты зубчатых колес удовлетворяют рассчитанным условиям выносливости поверхности зубьев при изгибе и контактной выносливости.
Прочие конструкторские разработки представлены на чертежах прилагаемых к пояснительной записки.
Список используемой литературы
Альбом станочного оборудования и автоматизированных производств. Кинематические схемы конструкции компоновки станков станочных модулей и станочных комплексов. Ч.1 и 2.Станкин. – М.:ВНИИТЭМР 1991.
Металлорежущие станкиПод ред. В.Э.Пуша – М.Машиностроение 1986 576с.
Металлорежущие станки: учебник в 2-х т. Колл.авт.Под ред. В.В.Бушуева. – М.: Машиностроение 2011. Т.1 – 608с. Т.2 – 584 с.
Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: учебное пособие для вузов. – Мн.: Высшая шк. 1991 - 382с.
Бушуев В.В. Практика конструирования машин: справочник – М.: Машиностроение 2006. – 448с.
Евстигнеев В.Н. Кинематика станков в примерах и задачах: учеб.пособие для студентов специальностей 120100 120200 и 210200 В.Н.Евстигнеев Т.А.Неделяева НГТУ.-Н.Новгород 2004.-213с.
Евстигнеев В.Н. Китаева М.А. Устинов Б.В. Расчет и конструирование приводов главного движения металлорежущих станков: учеб.пособие В.Н. Евстигнеев М.А. Китаева Б.В. Устинов; НГТУ им. Р.Е.Алексеева. – Н.Новгород 2009.-270 с.