Разработка кинематики станка ЧПУ

ryererrrrsresrsryers-ssrrr-re-srsrrrrrresrsryerer-ssrrs-rrsrrrsryere.dwg

наклонной станиной с
Нарезание внутренней
револьверная головка
Отрезка и подрезка канавок
Нарезание наружной резьбы

ssrrryere-1.docx

Станкостроение - ведущая отрасль машиностроения создающая для всех отраслей народного хозяйства металлообрабатывающие и деревообрабатывающие станки автоматические и полуавтоматические линии комплексно-автоматического производства для изготовления машин оборудования и изделий из металла и др. конструкционных материалов кузнечно-прессовое литейное и деревообрабатывающее оборудование.
Все чаще для организации эффективного управления производством требуется создание единого информационного пространства. Современное оборудование должно иметь возможность интеграции в сети с удаленным доступом для дистанционного мониторинга процессов обработки передачи управляющих программ на станки снятия контрольно-измерительных данных по обрабатываемым деталям – и все это в режиме реального времени.
Таким образом настоящее и ближайшее будущее мирового станкостроения – это производство высокоточных многофункциональных станков совмещающих в себе максимальное количество видов обработки и создание гибких производственных модулей с возможностью встраивания в гибкое автоматизированное производство. В инновационных разработках ведущих станкостроительных компаний прослеживаются следующие тенденции в станкостроении:
) Во всем мире растет спрос на высокоточное оборудование. Высокая точность достигается высококачественным изготовлением основных узлов самыми передовыми системами измерения и позиционирования. Не менее важна жесткость станка и снижение температурных деформаций.
) Все больше востребованы многофункциональные обрабатывающие центры способные осуществлять полный цикл обработки за одну установку заготовки. Это позволяет повысить точность и снизить время обработки.
) Возможность подключения оборудования к локальным (Ether-net) и внешним (Internet) сетям.
) Современное оборудование должно обладать возможностью интегрирования в системы автоматизированного производства т.е. работать совместно с автоматизированными системами загрузки и выгрузки деталей и роботами.
) Создание оборудования способного к быстрой переналадке на изготовление различных партий деталей – реконфигурируемых станков построенных на основе модульного принципа.
) Постоянное совершенствование систем ЧПУ. Большинство компаний вкладывают колоссальные средства в разработку специальных программно-аппаратных средств. Например станкостроительная компания Nakamura-Tome опционально оснащает станки превентивной системой безопасности которая автоматически в режиме реального времени осуществляет проверку на возможные столкновения рабочих органов станка и инструмента что значительно сокращает риск их возникновения особенно на этапе настройки станка в результате неквалифицированных действий оператора или ошибки в управляющей программе. Также производитель стандартно оснащает свое оборудование целым рядом функций использующих постоянный контроль усилий на приводах что позволяет ориентировать заготовку на станке без применения дорогостоящей оснастки контролировать усилие резания.
Особое развитие в последние десятилетия получило числовое программное управление станками. Микропроцессорные устройства управления 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.
Немаловажным элементом при обработке металлов является режущий инструмент.
Тенденции в металлообработке:
Разработано множество новых материалов с высокими эксплуатационными свойствами такими как: прочность низкая или высокая теплопроводность особая микроструктура поверхностных слоев (сохранение пористости) устойчивость к резким температурным перепадам и переменным нагрузкам.
Эти материалы как правило обладают низкой способностью к обрабатываемости резанием: допускают низкие скорости резания обладают высокой истирающей способностью в зоне резания возможно выделение большого количества теплоты и изменение качества обработанной поверхности.
При производстве изделий наблюдается усложнение форм обрабатываемых поверхностей повышение требований к точности размеров и качеству обработанной поверхности.
Описание компоновки и основные движения токарного станка с наклонной станиной с ЧПУ модели 1П756ДФ3
Токарный станок с ЧПУ модели 1П756ДФ3 предназначен для обработки в патроне изделий тел вращения имеющих сложные образующие поверхности с пазами скосами отверстиями на них и обеспечивает за один установ как токарную обработку изделий токарным инструментом так и фрезерную сверлильную (с нарезанием резьбы) и расточную обработки вращающимся инструментом установленным в 12-ти позиционной револьверной головке размещенной на суппорте полуавтомата. Станок может оснащаться для загрузки заготовок манипуляторами портального типа.
Компоновка токарного станка с ЧПУ модели 1П756ДФ3 представлена на Рис.1.1.
Рис.1.1. Токарный станок с ЧПУ с наклонной станиной модели 1П756ДФ3 1-станина; 2-шпиндельная бабка; 3-шпиндель; 4-револьверная головка; 5-задняя бабка; 6-суппорт; 7-поперечные салазки.
Токарный станок с ЧПУ модели 1П756ДФ3 состоит из цельнолитого основания на котором устанавливаются станина 1 электродвигатель главного движения станции смазки направляющих каретки и шпиндельной бабки 2. Используются основания двух типов: с окном для схода стружки и проемом для установки транспортера стружки который вводится с правой стороны; без окна разделенное по вертикали в средней части сплошной перегородкой. В этом случае средняя часть основания служит сборником для стружки и охлаждающей жидкости отсек в правой нижней части основания – резервуаром для охлаждающей жидкости сзади с правой стороны основания установлен насос охлаждающей жидкости.
Компоновка полуавтомата с расположением зеркала направляющих станины 1 в наклонной плоскости обеспечивает свободный сход и удаление стружки из зоны обработки и свободный доступ к обрабатываемой детали.
На станине 1 устанавливаются горизонтальные направляющие качения по которым перемещаются продольные салазки суппорта 6. На суппорте 6 установлены салазки 7 которые обеспечивают поперечную подачу. Защита направляющих от попадания стружки и охлаждающей жидкости обеспечивается щитками и уплотнениями.
Для обеспечения возможности резьбонарезания на шпиндельной бабке устанавливается датчик резьбонарезания.
На токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод. 1П756ДФ3 используется 12-позиционная автоматическая универсальная револьверная головка 4 с горизонтальной осью поворота и инструментальным диском на 12 позиций под радиальные инструменты и блоки под осевые инструменты комбинируемые при наладке на деталь. В конструкции револьверной головки предусмотрены внутренние каналы для подачи СОЖ к режущим инструментам.
Задняя бабка 5 перемещается по наклонным направляющим станины и оснащена центром. Она обеспечивает зажим-разжим заготовки. При помощи рукоятки эксцентрикового вала прижимной планки и системы рычагов задняя бабка закрепляется на станине. Перемещение пиноли осуществляется приводом электромеханического перемещения пиноли от электромеханической зажимной головки.
Накладные стальные закаленные направляющие продольного и поперечного перемещения в сочетании с опорами качения и антифрикционными накладками гарантирует длительное сохранение точности полуавтомата.
При наклонной компоновке суппорт 6 перемещается по наклонным направляющим станины 1. Револьверная головка 4 имеет поперечное перемещение П2 и вращение В4. На станине устанавливается шпиндельная бабка 3 с вращением шпинделя 3 – В1 двигатель главного движения 2 располагается на плите или кронштейне установленном на торце станины 1. Задняя бабка 5 имеет для перемещения индивидуальный привод или перемещаемый с помощью продольного суппорта 6 имеющего продольное перемещение П3.
На рисунке 1.2. представлены основные движения токарного станка с ЧПУ. Формообразующие движения: вращение шпинделя В1 и является главным движением резания. Вспомогательные движения: В4 – вращение револьверной головки П2 и П3 – поперечный и продольный ход суппорта соответственно.
Рис 1.2. Направление основных движений токарного станка с ЧПУ
Таблица 1.1. Технические характеристики токарного станка с наклонной станиной с ЧПУ модели 1П756ДФ3
Наибольший диаметр заготовкиустанавливаемый над станиной
Наибольший диаметр заготовкиобрабатываемый над станиной
Наибольший диаметр заготовкиобрабатываемой над суппортом
Длина обрабатываемой заготовки
Максимальная масса детали установленной в центрах
Максимальная масса детали установленной в центрах и люнете
Угол наклона станины
Максимальная частота вращения шпинделя
Мощность главного двигателя
Диаметр гидравлического патрона
Диаметр отверстия в шпинделе
Диаметр отверстия под пруток
Перемещение по оси X
Перемещение по оси Z
Перемещение по оси Y (опция)
Ускоренное перемещение по оси XZY
РЕВОЛЬВЕРНАЯ ГОЛОВКА (стандарт)
Количество позиций револьверной головы
РЕВОЛЬВЕРНАЯ ГОЛОВКА С ПРИВОДНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ (опция)
Посадочный размер под инструментальные блоки
Максимальное количество оборотов приводного инструмента
Перемещение пиноли задней бабки
Диаметр пиноли задней бабки
Перемещение задней бабки
Конус пиноли задней бабки
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Емкость бака для охлаждающей жидкости
Максимальный расход охлаждающей жидкости
Емкость масляного бака для смазки
Максимальный расход масла
Точность позиционирования
Станки с горизонтальным шпинделем бывают с горизонтальным наклонным или вертикальным расположением направляющих станка. Наклонные и вертикальные направляющие обеспечивают свободный сход стружки улучшают обслуживание станка.
Возможные варианты компоновок токарного станка с ЧПУ приведены на рис.1.3.1.4.
Рис.1.3. Наклонная компоновка токарного станка с ЧПУ модели 1П756ДФ3
При наклонной компоновке суппорт 6 перемещается по наклонным направляющим станины 1 и имеет продольный ход П3. Револьверная головка 4 имеет поперечное перемещение П2 и вращение В4. На станине устанавливается шпиндельная бабка 2 с вращением шпинделя 3 – В1 двигатель главного движения обычно располагается на плите или кронштейне установленном на торце станины. При патронно-центровом варианте станок оснащается задней бабкой 5 имеющей для перемещения индивидуальный привод или перемещаемый с помощью продольного суппорта 6 имеющего продольное перемещение П3.
Рис.1.4. Угловая компоновка токарных станков с ЧПУ модели 1П756ДФ3
а) с одним суппортом; б) с двумя суппортами.
При вертикальной компоновке станины зеркало направляющих расположено под углом 90° к горизонту. В случае угловой компоновки (Рис. 1.4.) при наличии только одного крестового суппорта (а) на станине выполняются верхние горизонтальные направляющие 2 для получения поперечных подач П2 револьверной головки 4 относительно шпинделя 1 продольная каретка 2 снабжена направляющими 3 расположенными обычно под углом 30.. .45° к горизонтальной плоскости. При наличии второго крестового суппорта 7 (б) станина имеет нижние направляющие 5 для его продольного перемещения П3; на этих же направляющих устанавливается и задняя бабка 6 (при патронно-центровом исполнении).
Технологическая схема обработки и движения формообразования
На токарном станке с наклонной станиной модели 1П756ДФ3 можно производить наружное точение растачивание сверление отверстий по оси детали нарезание наружных и внутренних резьб и деталях из черных и цветных металлов.
Основным инструментом при токарной обработке является резец. Однако так как в конструкции нашего станка предусмотрена задняя бабка то возможно применение также и осевого инструмента.
В мелко- и среднесерийном производстве для обработки ступенчатых валов эффективно применение станков с ЧПУ (см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Токарная обработка ступенчатого вала на станке с ЧПУ
Токарные станки с ЧПУ выгодно использовать при обработке сложных многоступенчатых заготовок особенно с криволинейными поверхностями.
Например при заготовке – прокат предварительная обработка выполняется за пять последовательных рабочих ходов а чистовая – за один рабочий ход суппорта по окончательному контуру детали. При этом имеют место два движения формообразования:
– Главное движение Dг – вращение шпинделя с заготовкой которое обеспечивает процесс снятия стружки и характеризуется наибольшей скоростью в процессе резания.
Конечные звенья: двигатель – шпиндель.
– Движения подачи Sпр Sпоп – продольный и поперечный ход суппорта с револьверной головкой соответственно.
Конечные звенья: двигатель – суппорт.
Также на токарном станке с ЧПУ можно производить операции:
Рис.2.2. Точение фасонной поверхности на токарном станке с наклонной станиной мод.1П756ДФ3
Получение поверхности при точении фасонной поверхности обеспечивается за счет двух движений формообразования:
– Движения подачи Sпр Sпоп – продольный и поперечный ход суппорта с револьверной головкой соответственно которые обеспечивают распространение процесса резания на всю обрабатываемую поверхность.
Рис.2.3. Отрезка и прорезка канавок на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3
При отрезке и прорезке канавок имеют место два движения формообразования:
– Движение подачи Sп оп– поперечный ход суппорта с револьверной головкой который обеспечивает распространение процесса резания на всю обрабатываемую поверхность.
Рис.2.4. Подрезка торца на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3
При подрезке торца имеют место два движения формообразования:
– Движение подачи Sпоп – поперечный ход суппорта с револьверной головкой.
Рис.2.5. Сверление отверстий на токарном станке с наклонной станиной мод.1П756ДФ3
Получение поверхности при сверлении обеспечивается за счет двух движений формообразования:
– Движение подачи Sпр – продольный ход суппорта с револьверной головкой который обеспечивает распространение процесса резания на всю обрабатываемую поверхность.
Рис.2.6. Зенкерование отверстий на токарном станке с наклонной станиной мод.1П756ДФ3
Получение поверхности при зенкеровании обеспечивается за счет двух движений формообразования:
Рис.2.7. Развертывание отверстий на токарном станке с наклонной станиной мод.1П756ДФ3
Получение поверхности при развертывании обеспечивается за счет двух движений формообразования:
Рис.2.8. Нарезание наружной резьбы на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3
Нарезание наружной резьбы осуществляется за счёт совмещения 2 движений формообразования: вращения шпинделя Dг и продольной подачи суппорта Sпр.
– Движение подачи Sпр– продольный ход суппорта с револьверной головкой который обеспечивает распространение процесса резания на всю обрабатываемую поверхность.
Рис.2.9. Нарезание внутренней резьбы на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3
При нарезании внутренней резьбы участвуют два движения формообразования:
Методы образования поверхностей деталей на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод. 1П756ДФ3 с помощью производящих линии и движений
Тело любой детали есть замкнутое пространство ограниченное реальными геометрическими поверхностями которые образуются в результате обработки.
Любую поверхность можно представить как след движения одной линии (образующей) по другой (направляющей). Обе эти линии называются производящими причем образующая может быть направляющей и наоборот.
Согласованные относительные движения заготовки и режущего инструмента которые непрерывно создают производящие линии а следовательно поверхность заданной формы в целом называют формообразующим (рабочими) и обозначают буквой Ф.
Цилиндрическая поверхность может быть получена при перемещении образующей прямой линии 1 по направляющей окружности (Рис.3.1. а) или образующей окружности 1 вдоль направляющей прямой линии 2 (Рис.3.1. б).
Рис. 3.1. Cхемы образования поверхности у деталей
Рассмотренные поверхности называют обратимыми так как их форма не изменяется если поменять местами образующие линии с направляющими. В противоположность им этого нельзя сделать при образовании необратимых поверхностей. Например если левый конец образующей прямой линии 1 перемещать по направляющей окружности 2 то получим круговую коническую поверхность (Рис.3.1. в). Но если окружность 2 сделать образующей и переместить вдоль направляющей прямой то конус не получится. Такие поверхности называют также поверхностями с изменяющимися производящими линиями в противоположность поверхностям у которых производящие линии постоянны (Рис.3.1. а б).
Рис. 3.2. Получение криволинейной поверхности на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод. 1П756ДФ3 (1 – образующая линия; 2 – направляющая линия)
На токарном станке с наклонной станиной мод.1П756ДФ3 фасонная поверхность получается как следствие воспроизведения двух производящих линий: образующей 1 и направляющей 2 (Рис. 3.2.). При точении контурным резцом образующая линия 1 получается как след точки A – вершины резца в результате вращения Dг шпинделя с заготовкой. Направляющая кривая линия 2 получается методом следа как след точки А – вершины резца в результате продольного и поперечного перемещения Sпр и Sпоп суппорта. Таким образом фасонные поверхности при точении контурным резцом получаются методом двойного следа.
Рис. 3.3. Получение поверхности отверстия на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод. 1П756ДФ3 (1 – образующая линия;
– направляющая линия)
На токарном станке с наклонной станиной мод.1П756ДФ3 поверхность отверстия может быть получена при воспроизведении двух производящих линий: образующей 1 и направляющей 2 (Рис. 3.3.). При сверлении спиральным сверлом образующая линия 1 получается как след периферийной точки A сверла в результате вращения Dг шпинделя с заготовкой. Направляющая линия 2 получается как след периферийной точки А сверла в результате продольного перемещения Sпр суппорта с револьверной головкой. Таким образом поверхности отверстия на токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод. 1П756ДФ3 получаются методом двойного следа. Таким же способом получаются поверхности отверстия при зенкеровании и развертывании.
Кинематическая схема токарного станка с наклонной станиной с ЧПУ модели 1П756ДФ3 и описание ее кинематических цепей расчетных перемещений и уравнений баланса
Кинематическая схема станка-прототипа 1П756ДФ3 представлена на Рис. 4.1.
Привод главного движения включает в себя регулируемый электродвигатель постоянного тока и трехступенчатую механическую коробку с передаточными отношениями u1=1:1 (первый диапазон) u2=1:4 (второй диапазон) и u3=1:16 (третий диапазон) обеспечивающий частоты вращения nшп=8..1600мин-1. Наибольший крутящий момент на шпинделе T=315 кН*м при nшп до 45 мин-1. Механизм переключения диапазонов частот вращения шпинделя – электромеханический. Смазка механизмов шпиндельной коробки осуществляется централизованно от маслораспределителя установленного в корпусе. В приводах подач применяются высокомоментные электродвигатели постоянного тока М3 М4 со встроенными тормозами и датчиками обратной связи.
1. Цепь главного движения (вращение шпинделя)
Движение в цепи главного движения передается от регулируемого электродвигателя Тип 2ПФ-200МГУ4 установленного на валу I через ременную передачу на вал II на котором неподвижно закреплены шестерни Z3 Z7 Z11. Входной вал II механизма привода главного движения связан со шпинделем IV через один из промежуточных валов III или V на которых установлены соответственно передвижные блоки зубчатых колес. Передвижной блок на валу III может занимать три положения: включая передачи Z7-Z8 и Z9-Z10 включая передачи Z11-Z8 и Z12-Z13 или находится в нейтральном положении. Первые два положения обеспечивают два диапазона частот вращения шпинделя. При нейтральном положении передвижного блока на валу III входит в зацепление с зубчатыми колесами Z3 и Z6 передвижной блок на валу V тем самым обеспечивая еще один диапазон частоты вращения шпинделя. Настройка на один из трех диапазонов частот вращения шпинделя осуществляется механизмом управления содержащим вал VIII связанный зубчатыми колесами Z16 и Z17 с приводом (головкой типа ПРИЗ ВС-05) а также вилки переключения подвижно установленные на оси IX. Положения вилок переключения зубчатых блоков контролируются конечными выключателями и стопорятся подпружиненными фиксаторами.
Конечные звенья: электродвигатель М1 – шпиндель;
Расчетные перемещения:
nЭМ1 электродвигателя M1 мин-1 n вращения шпинделя мин-1;
Уравнение кинематического баланса:
2. Цепь продольной подачи (подачи суппорта)
В токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3 привод продольной подачи имеет прямое соединение вала электродвигателя с ходовым винтом. Вращение от регулируемого электродвигателя М3 передается через присоединительную муфту на ходовой винт X. При вращении ходового винта Х установленного на подшипниках качения гайка которая жестко закреплена в нижней плоскости каретки поступательно перемещается и сообщает суппорту продольную подачу Sпр.
Конечные звенья: электродвигатель М3 – суппорт;
nЭМ3 электродвигателя M3 мин-1
Sпр продольного перемещение суппорта мммин;
3. Цепь поперечной подачи (перемещение салазок)
В токарном станке с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3 привод поперечной подачи имеет прямое соединение вала электродвигателя с ходовым винтом. Вращение от регулируемого электродвигателя М3 передается через присоединительную муфту на ходовой винт XI. При вращении ходового винта ХI установленного на подшипниках качения гайка которая жестко закреплена в корпусе салазок поступательно перемещается и сообщает салазкам поперечную подачу Sпр.
Конечные звенья: электродвигатель М4 – салазки;
nЭМ4 электродвигателя M4 мин-1
Sпоп поперечного перемещение салазок мммин;
Кинематическая схема токарного станка с наклонной станиной с ЧПУ мод.1П756ДФ3 с разработанным приводом главного движения представлена на Рис. 4.2.
Расчет мощности главного привода
Мощность главного привода определяется по формуле
где - мощность электродвигателя; кВт;
– Эффективная мощность резания; кВт;
- КПД главного привода; принимается при проектных расчетах;
Выбирается регулируемый электродвигатель и его параметры необходимые для расчета:
а) Номинальная мощность
б) Номинальная частота вращения
в) Максимальная частота вращения
Кинематический расчет главного привода и описание
кинематической схемы
1. Определение диапазона регулирования частот вращения
Диапазон регулирования определяется по формуле:
где – диапазон регулирования частот вращения шпинделя;
2. Определение диапазона регулирования частот вращения
электродвигателя при постоянной мощности
Диапазона регулирования частот вращения шпинделя электродвигателя при постоянной мощности определяется по формуле:
где nЭН – номинальная частота вращения электродвигателя мин-1;
3. Определение расчетной частоты вращения шпинделя
Расчетная частота определяется из выражения:
nр – расчетная частота вращения шпинделя мин-1;
– диапазон регулирования частот вращения шпинделя;
4. Округление расчетной частоты вращения шпинделя до
стандартного значения
Расчетная частота вращения шпинделя округляется до стандартного значения ряда предпочтительных чисел np = 224 мин-1.
5. Расчет диапазона регулирования частот вращения шпинделя при
Диапазон регулирования частот вращения шпинделя при постоянной мощности определяется из выражения:
nр – стандартная расчетная частота вращения шпинделя мин-1:
6. Расчет диапазона регулирования частот вращения коробки
Диапазон регулирования коробки скоростей определяется по формуле:
где RnN и RЭN – диапазоны регулирования частот вращения шпинделя и электродвигателя при постоянной мощности: RnN = 2009 и RэN = 5;
7. Определение знаменателя геометрического ряда частот вращения коробки скоростей
Знаменатель геометрического ряда частот вращения коробки скоростей определяется по формуле:
где –знаменатель геометрического ряда частот вращения коробки скоростей
Z – число диапазонов регулирования коробки скоростей: Z = 4;
RM – диапазон регулирования частот вращения коробки скоростей:
8. Округление знаменателя геометрического ряда частот вращения шпинделя до стандартного значения
Знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя округляется до стандартного значения ряда предпочтительных чисел т.е.
9. Выбор знаменателя геометрического ряда частот вращения
шпинделя до стандартного значения
Знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя переключаемых системой ЧПУ обычно принимается
10. Расчет фактического диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянной мощности
Фактический диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянной мощности определяется по формуле:
где RЭN – диапазон регулирования частот вращения электродвигателя при постоянной мощности: RЭN = 5;
- знаменатель геометрического ряда частот вращения коробки скоростей при постоянной мощности: ;
Z - чисто диапазонов регулирования частот вращения шпинделя: Z = 4;
11. Определение фактической расчетной частоты вращения шпинделя
Фактическая расчетная частота вращения шпинделя определяется по формуле:
где – фактическая расчетная частота вращения шпинделя мин-1;
– фактический диапазон регулирования при постоянной мощности: .
12. Округление фактической расчетной частоты вращения шпинделя до стандартного значения
Фактическая расчетная частота вращения шпинделя округляется до стандартного значения ряда предпочтительных чисел np np ст т.е.
13. Определение диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянном моменте
Диапазон регулирования частот вращения шпинделя при постоянном моменте определяется по формуле:
где Rn – диапазон регулирования частот вращения шпинделя: Rn = 90;
– фактический диапазон регулирования частот вращения шпинделя при постоянной мощности;
14. Определение минимальной частоты вращения электродвигателя
Минимальная частота вращения электродвигателя равна:
nЭн – номинальная частота вращения электродвигателя мин-1;
RnT – диапазон регулирования частот ращения электродвигателя при постоянном моменте: RnT = 275;
15. Округление минимальной частоты вращения электродвигателя до стандартного значения
Минимальная частота вращения электродвигателя округляется до стандартного значения ряда предпочтительных чисел nЭmin nЭmin ст т.е.
16. Определение фактического диапазона регулирования частот
вращения шпинделя при постоянном моменте
Фактический диапазон регулирования частот вращения шпинделя при постоянном моменте определяется по формуле:
где nЭН – номинальная частоты вращения электродвигателя мин-1:
17. Определение фактического диапазона регулирования частот
Фактический диапазон регулирования частот вращения шпинделя определяется из выражения:
где – фактические диапазоны регулирования частот вращения шпинделя при постоянном моменте и при постоянной мощности;
18. Определение фактической минимальной частоты вращения
Фактическая минимальная частота вращения шпинделя равна:
RnФ – фактический диапазон регулирования частот вращения шпинделя:
19. Расчет числа делений изображающих частоту вращения
шпинделя и частоты вращения электродвигателя
Для определения числа делений изображающих на графике частот максимальную частоту вращения шпинделя и номинальную и максимальную частоты электродвигателя используются формулы
где Rn – диапазон регулирования частот вращения шпинделя: Rn= 90;
– минимальная частота вращения шпинделя мин-1:
– номинальная и максимальная частоты вращения электродвигателя мин-1: = 1000 мин-1; = 5000 мин-1;
20. Определение числа делений изображающих минимальную частоту вращение электродвигателя
Число делений изображающих минимальную частоту вращения электродвигателя определяется по формуле:
где – число делений изображающих минимальную частоту вращения электродвигателя;
– фактические минимальные частоты вращения шпинделя и электродвигателя мин-1: = 355 мин-1;
- знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя переключаемых системой ЧПУ: = 112;
21. Определение числа делений изображающих знаменатель
геометрического ряда частот вращения коробки скоростей
Число делений изображающих знаменатель геометрического ряда частот вращения коробки скоростей определяется по формуле
где и – знаменатели геометрического ряда частот вращения шпинделя переключаемых коробки скоростей и системой ЧПУ: и
22. Оптимизация структурной формулы главного привода
Структурная формула привода с учетом характеристик групповой передачи имеет вид:
где x0 – характеристика основной групповой передачи: x0 = 4.
– число делений которые изображают знаменатель
23. Построение графика частот вращения шпинделя
График частот вращения шпинделя (рис. 6.1.) строится по разбивке числа на деления для понижающих передач снижающих частоту вращения электродвигателя от до шпинделя.
Рис.6.1. График частот вращения главного привода токарного станка с наклонной станиной
Показатель диапазона регулирования групповой передачи ki рассчитывается по формуле
zi – общее число ступеней групповой передачи: zi = 2
φ – знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя переключаемых системой ЧПУ: φ = 112.
17 Определение передаточных отношений и чисел.
Передаточные отношения и числа рассчитываются с помощью полученного графика частот по следующим формулам:
где - передаточное отношение передач;
- знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя;
– число делений перекрываемых лучом изображающим соответственно повышающие и понижающие передачи;
- передаточное отношение передач;
18 Определение чисел зубьев зубчатых колес.
Числа зубьев колёс определяются табличным методом исходя из принятой суммы чисел зубьев ведущего и ведомого колес каждой групповой передачи. По передаточному числу для понижающей передачи и по передаточному отношению для повышающей по таблице выбираются числа зубьев меньшего колеса передачи т.е. ведущего колеса для понижающей передачи и ведомого – для повышающей.
19 Разработка кинематической схемы станка
Главный привод состоит из регулируемого электродвигателя М двухступенчатой коробки скоростей КС и шпиндельного узла ШУ. В соответствии с кинематической схемой шпиндельной бабки вращение с вала электродвигателя М передаётся через муфту с упругим элементом на вал I коробки скоростей.
Рис. 8.2. Кинематическая схема шпиндельной бабки с автономным шпиндельным узлом многоцелевого горизонтального станка
С вала I вращение передаётся на вал II коробки скоростей через косозубую передачу и далее на вал III через косозубые передачи и в зависимости от включения левого или правого положения двухсторонней зубчатой муфты потом на вал IV через прямозубую передачу и затем – на шпиндель через муфту с упругим элементом.
Коробка скоростей двухступенчатая имеет косозубые передачи для повышения плавности вращения и переключается зубчатой муфтой.
Конечные звенья: электродвигатель М шпиндель.
Расчётные перемещения: мин-1 электродвигатель М мин-1 шпинделя.
где минимальная и максимальная частоты вращения электродвигателя мин-1: мин-1 мин-1;
числа зубьев зубчатых колёс:
минимальная и максимальная частоты вращения шпинделя при соответствующих диапазонах регулирования частот мин-1.
Расчет крутящих моментов на валах.
1 Крутящий момент на валу определяется по следующей формуле:
где – мощность на электродвигателе кВт;
- КПД электродвигателя до j-го вала;
- расчетная частота вращения вала мин-1;
2 Расчет крутящего момента на валу электродвигателя
Крутящий момент на валу электродвигателя определяется по следующей формуле:
– номинальная частота вращения электродвигателя мин-1;
3 Расчет крутящего момента на 1-ом валу
Крутящий момент на 1-ом валу определяется по следующей формуле:
- КПД электродвигателя до 1-го вала;
КПД участка первого вала рассчитывается по формуле:
- КПД подшипников; ;
4 Расчет крутящего момента на 2-ом валу:
Крутящий момент на 2-ом валу определяется по следующей формуле:
- КПД электродвигателя до 2-го вала;
КПД участка второго вала рассчитывается по формуле:
- КПД зубчатой передачи;
5 Расчет крутящего момента на 3-ем валу:
Крутящий момент на 3-ом валу определяется по следующей формуле:
- КПД электродвигателя до3-го вала;
6 Расчет крутящего момента на 4-ом валу:
- КПД электродвигателя до 4-го вала;
5 Расчет крутящего момента шпинделе:
Крутящий момент на шпинделе определяется по следующей формуле:
- КПД электродвигателя шпинделя;
КПД участка третьего рассчитывается по формуле:
Проектный расчет зубчатых передач.
1 Расчет цилиндрической косозубой передачи.
Производится расчет передачи по следующим исходным данным:
Расчетный крутящий момент на первом валу .
Число зубьев шестерни
Число зубьев колеса
1.2 Выбор материала зубчатых колес и вида термической обработки
В качестве материала для зубчатых колес выбирается сталь 40Х которая обеспечивает необходимым техническим и эксплуатационным требованиям и принимается термическая обработка – закалка ТВЧ позволяющая получить твердость зубьев 48-52 .
1.3 Проектный расчет косозубой передачи на контактную выносливость зубьев
Диаметр начальной окружности шестерни рассчитывается по формуле
где – вспомогательный коэффициент; для косозубых передач
- расчетный крутящий момент на первом валу привода : ;
- коэффициент нагрузки для шестерни равный 13-15; принимаем
- передаточное число наиболее нагруженной передачи:
- значение отношения рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни:
Отношение рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни определяется по формуле
где - значение отношения рабочей ширины венца шестерни к модулю: принимаем
- число зубьев шестерни:
- допускаемое контактное напряжение МПа.
Допускаемое контактное напряжение для косозубой передачи определяется по формуле:
где - базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев шестерни и колеса соответствующие базовым числам циклов перемены напряжения МПа;
- коэффициент безопасности:
Таким образом диаметр начальной окружности шестерни равен
Нормальный модуль передачи при расчетном значении диаметра начальной окружности шестерни рассчитывается по формуле
где - диаметр начальной окружности шестерни мм:
- угол наклона зубьев градус: принимается равным 8
1.4 Проектный расчет косозубой передачи групповой передачи на выносливость зубьев при изгибе
Нормальный модуль передачи при проектном расчете зубьев на изгибную выносливость рассчитывается по формуле
где – вспомогательный коэффициент зависящий от осевого прикрытия:
- коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца:
- коэффициент учитывающий форму зуба:
- число зубьев шестерни: ;
- значение отношения рабочей ширины венца шестерни к модулю: принимаем
- допускаемое напряжение зубьев при изгибе МПа.
Допускаемое напряжение зубьев при изгибе рассчитывается по формуле
где - предел выносливости материала зубьев МПа:
- коэффициент режима нагрузки и долговечности:
Таким образом нормальный модуль передачи при проектном расчете зубьев на изгибную выносливость
1.5 Определение нормального модуля косозубых передач групповой передачи
По контактной выносливости нормальный модуль передачи а по выносливости зубьев при изгибе - . Принимаем стандартное значение нормального модуля
1.6 Расчет геометрических параметров косозубой передачи
Расчет геометрических параметров косозубой передачи производится по формулам:
Делительный диаметр зубчатых колес
Диаметры окружностей вершин зубьев колес
Диаметр окружностей впадин зубьев
Межосевое расстояние
Ширина зубчатого венца колес
Результаты вычислений сводятся в табл. 10.1
Геометрические параметры цилиндрической косозубой передачи
Наименование параметра
Передаточное число и отношение
Модуль нормальный мм
Делительный диметр колесмм
Диаметр окружности вершин зубьев колес мм
Диаметр окружности впадин зубьев колес мм
Угол наклона зубьев градус
Межосевое расстояние мм
Ширина зубчатого венка колес мм
2 Расчет цилиндрической косозубой передачи и групповой передачи
Производится расчет по более нагруженной передаче по следующим исходным данным:
Расчетный крутящий момент на первом валу привода .
2.2 Выбор материала зубчатых колес и вида термической обработки
В качестве материала для зубчатых колес выбирается сталь 20ХНЗА которая обеспечивает необходимым техническим и эксплуатационным требованиям и принимается термическая обработка – цементация с закалкой позволяющая получить твердость зубьев 58-62 .
2.3 Проектный расчет косозубой передачи групповой передачи на контактную выносливость зубьев
- допускаемое контактное напряжение МПа.Допускаемое контактное напряжение для косозубой передачи определяется по формуле:
2.4 Проектный расчет косозубой передачи на выносливость зубьев при изгибе
2.5 Определение нормального модуля косозубых передач групповой передачи
2.6 Расчет геометрических параметров косозубых передач и групповой передачи
Расчет геометрических параметров косозубых передач и групповой передачи производится по формулам:
Результаты вычислений сводятся в табл. 10.2
Геометрические параметры цилиндрической косозубой передачи и групповой передачи
3 Расчет цилиндрической прямозубой передачи
Расчетный крутящий момент .
В качестве материала для зубчатых колес выбирается сталь 12ХНЗА которая обеспечивает необходимым техническим и эксплуатационным требованиям и принимается термическая обработка – цементация с закалкой позволяющая получить твердость зубьев 58-62 .
1.3 Проектный расчет прямозубой передачи групповой передачи на контактную выносливость зубьев
где – вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач
- расчетный крутящий момент на третьем валу привода : ;
- передаточное число прямозубой передачи:
Отношение рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни определяется по формуле:
Допускаемое контактное напряжение для прямозубой передачи определяется по формуле:
где - базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев шестерни соответствующий базовым числам циклов перемены напряжения МПа;
1.4 Проектный расчет прямозубой передачи групповой передачи на выносливость зубьев при изгибе
1.5 Определение нормального модуля прямозубой передачи
1.6 Расчет геометрических параметров прямозубой передачи
Расчет геометрических параметров прямозубой передачи передачи производится по формулам:
Делительный диаметр зубчатых колес:
Диаметры окружностей вершин зубьев колес:
Диаметр окружностей впадин зубьев:
Межосевое расстояние:
Ширина зубчатого венца колес:
Геометрические параметры цилиндрической прямозубой передачи
Проектный расчет валов и шпинделя
1. Проектный расчёт диаметров первого вала
В результате проектировочного расчета определяем ориентировочные значения диаметров валов. Данный расчет ведем только по известному крутящему моменту.
Диаметр входного конца I вала коробки скоростей :
где ТI - расчетный крутящий момент на входном валу коробки скоростей МПа ТI=138.98 Нм;
[] – допускаемое напряжение на кручение МПа []=20 25 МПа –для входного конца вала;
Принимаем из стандартного ряда =32 мм.
Диаметр I вала коробки скоростей под шестерней:
где ТI - расчетный крутящий момент на входном валу коробки скоростей МПа ТI=138.98Нм;
[] – допускаемое напряжение на кручение МПа []=10 20 МПа под шестерней;
Принимаем из стандартного ряда =40 мм.
2. Проектный расчёт диаметров второго вала
Диаметр III вала коробки скоростей под шестерней:
где ТII - расчетный крутящий момент на входном валу коробки скоростей МПа ТII=26931 Нм;
Принимаем из стандартного ряда =46 мм. Шлицевой вал z×d×D= 8×46×50.
Диаметр выходного конца III вала коробки скоростей :
Принимаем из стандартного ряда =42 мм. Шлицевой вал z×d×D= 8×42×46.
3. Проектный расчёт диаметров третьего вала
Диаметр II вала коробки скоростей под шестерней:
где ТIII - расчетный крутящий момент на входном валу коробки скоростей МПа ТIII=7789 Нм;
Принимаем из стандартного ряда =58 мм. Шлицевой вал z×d×D= 16×58×65.
4. Проектный расчёт диаметров четвертого вала
где ТIV - расчетный крутящий момент на входном валу коробки скоростей МПа ТIV= Нм;
Принимаем из стандартного ряда =60 мм.
где ТIV - расчетный крутящий момент на входном валу коробки скоростей МПа ТIV=101.88 Нм;
Принимаем из стандартного ряда =65 мм.
5. Расчет геометрических параметров шпинделя
Диаметр шейки шпинделя в передней опоре:
где k — коэффициент быстроходности шпиндельного узла k=(2..3)·105 мм·мин-1;
— максимальная частота вращения шпинделя мин-1; =2000 мин-1;
Конструктивно принимаем из стандартного ряда =100 мм.
Диаметр шейки шпинделя задней опоры:
где — диаметр шейки шпинделя в передней опоре мм; =100 мм;
Расстояние между опорами:
l=(25..35)·100=250..350 мм.