Бесконсольный вертикально-фрезерный станок

Чертеж 2 Развертка К С.cdw

Чертеж 4 Свертка К С.cdw

Чертеж 1Кинематика.cdw

Чертеж 3 Шпиндель.cdw

Спецификация 1.spw

Спецификация 2.spw

Гайка М12 ГОСТ5915-70
Кольцо А40 ГОСТ13940-80
Кольцо А36 ГОСТ13940-80

Запмска.doc

УО «Полоцкий государственный университет»
По основам конструирования машин
Тема: «Бесконсольный вертикально-фрезерный станок»
Литературный обзор 5
Выбор компоновки и проектирования кинематики станка 8
Определение основных технических характеристик станка 9
Прочностной и динамический расчеты узлов и деталей разрабатываемых
Описание структурной и кинематической схем 22
Разработка алгоритма и программы расчета на ЭВМ 23
Современные металлорежущие станки - это высокоразвитые машины включающие механические электрические электронные гидравлические пневматические и другие методы осуществления движением и управления циклом.
По конструкции и назначению трудно найти более разнообразные машины чем металлорежущие станки. На них обрабатывают всевозможные детали – от мельчайших элементов часов и приборов до деталей размеры которых достигают многих метров – турбин прокатных станов.
На станках обрабатывают и простые цилиндрические и поверхности описываемые сложными математическими уравнениями или заданные графически.
При этом достигаются высокая точность обработки измеряемая нередко долями микрометра. На станках обрабатывают детали из сталей и чугунов из цветных специальных жаропрочных мягких твердых и других материалов.
Современное станкостроение развивается быстрыми темпами. В решениях правительства по развитию станкостроения особое внимание обращено на опережающее развитие выпуска станков с числовым программным управлением развитием производства тяжелых и уникальных станков.
Фрезерные станки предназначены для обработки плоских и фасонных поверхностей с помощью фрез – многолезвийных инструментов с режущими кромками расположенными на поверхности тела вращения или на его торце.
Фрезы могут быть самых различных конструкций из которых наиболее распространенными являются цилиндрические дисковые концевые торцевые фасонные.
Главное движение во фрезерных станках является вращение фрезы а движением подачи – относительное перемещение фрезы и заготовки.
В зависимости от расположения узлов станка (компоновки) различают консольные и бесконсольные фрезерные станки.
Бесконсольные вертикально - фрезерные станки отличаются тем что салазки несущие стол перемещаются по горизонтальным направляющим станины а шпиндельная бабка – перемещается в вертикальном направлении по направляющим станины.
Для расширения технологических возможностей вертикально-фрезерных станков 6Р13Ф3 с ЧПУ разработан и изготовлен комплект оснастки предназначенный для одновременного сверления нескольких отверстий в деталях типа ниппелей. Комплект состоит из шестишпиндельной сверлильной головки и двух скольчатых кондукторов.
Шестишпиндельная сверлильная головка конструктивно проста надёжна в эксплуатации и удобна в наладке. Её устанавливают в пиноль станка и закрепляют посредством тангенциального зажима. Головка позволяет сверлить сквозные и глухие отверстия на определенную глубину. Компенсация износа свёрл и регулирование глубины сверления производится путём осевого перемещения шпинделей. Обрабатываемую деталь закрепляют в скольчатом кондукторе (см. рис.) с механическим или пневматическим зажимом. Применение быстросменных втулок 7 позволяет устанавливать в них несколько деталей одного типоразмера. Требуемая точность сверления обеспечивается сменными кондукторными втулками 1. Время наладки (переналадки) комплекта оснастки на обработкудеталей другого типа не превышает 15 минут.
Рис.1 Пневматический скольчатый кондуктор
-Направляющая скалка
Устройство для удаления стружки из зоны резания продольно-фрезерного станка с ЧПУ
При обработке деталей из алюминиевых сплавов на двухпортальном продольно-фрезерном станке мод. ПФП-5 с ЧПУ актуальной является проблема удаления стружки и пыли из зоны резания.
Ее решение позволит: повысить производительность труда надежность работы системы управления.
Сложность автоматизации уборки стружки на этом станке связана с тем что фрезы перемещаются по вертикали поперек портала и вдоль станины станка на расстояние до 30 мм.
В настоящее время разработана передвижное устройство всасывающего типа для пневмоотсоса стружки и пыли. Передвижное устройство (см. рис.) содержит пылестружкоприемник (ПСП) 1 охватывающий фрезу и автономную вентиляторную установку расположенную на тележке 7 которая перемещается вместе с порталом по направляющим 9 проложенным вдоль станины станка.
Посредствам гибкого рукава 2 (ПСП) связан с вентиляторной установкой. Он пред- Рис.1 Схема передвижного устройства для ставляет собой жесткий цилиндрический удаления стружки
кожух нижняя часть которого выполнена из эластичного материала.
Для наблюдения за зоной резания в ПСП имеется шторка управляемая с помощью пневмопривода. Положение ПСП по высоте регулируется гидроприводом; отвод его из зоны резания осуществляется вручную по горизонтальным направляющим.
Вентиляторная установка состоит из циклона 5 (типа ЦН-15) шлюзового затвора 6 наклонного лотка 8 и вентилятора (типа Ц 14-46 N25) с фильтрами 3 и панелями 4 для глушения шума.
Устройство работает следующим образом. При включении вентилятора в воздушный поток подхватывает стружку и пыль из зоны резания и по гибкому рукаву транспортирует в циклон. В последнем стружка отделяется от воздушного потока и через вращающийся шлюзовой затвор попадает на наклонный латок с которого ссыпается с начала на конвейер расположенный в станине станка а затем в большой конвейер либо на конвейер магистральной системы уборки стружки. Если конвейер не работает стружка ссыпается в тару установленную на тележке под шлюзовым затвором.
Достоинство передвижного устройства: простота конструкции; короткие трубопроводы; не требуется дополнительная производительная площадь; повышается коэффициент использования конвейера установленного на станке. Недостатки этого устройства: необходимость двух устройств на один станок; наличие тележек перемещаемых по рельсам.
Производительные испытания передвижного устройства проводили при обработке типовых панелей концевыми фрезами. Они показали эффективную работу устройства при удалении сухой стружки. Силы сопротивления при перемещении тележки не превышала 100Н что не влияла на работу портала.
Обзор периодической печати по вопросам станкостроения
Автор и название статьи
Игонин Г.А. Коваль М.И. «Расчет и баланс составляющих погрешности контурной обработки на фрезерных станках с ЧПУ».
Журнал «Станки и инструменты»
Кирилин Ю.В. «Устройство технического диагностирования тяжелых фрезерных станков»
Москвин А.Н. Москвин С.А.«Дисковые и концевые фрезы со сменными многогранными пластинами»
Полиляйко А.Я. Алтухов В.С. «Расширение технологических возможностей вертикально-фрезерных станков с ЧПУ»
Игонин Воловой В.И. «Точность Позиционирования узлов тяжелых фрезерных станков с ЧПУ»
Мищингер Ратомский «Исследование точности позиционирования исполнительных органов фрезерных станков»
Измайлович Почтарь «Устройства для Удаления стружки из зоны резания продольно-фрезерного станка с ЧПУ»
Виту Шнирсон «Об Упрощении модели Шпиндельного узла тяжелого фрезерно-расточного станка
Журнал «технология машиностроения №9 1989
Иоселявеч Вендиктов «Фрезерная оправка»
Красносельский В.Б. «Оптимизация проектирования пылестружкоприемников металлорежущих фрезерных станков»
Выбор компоновки и проектирования кинематики станка
Специализированный вертикально-фрезерный станок с ЧПУ мод.ФП-7 предназначен для обработки фрезами деталей со сложными поверхностями в том числе выпуклыми и вогнутыми поверхностями двойной кривизны. На станке можно обрабатывать детали как из легких сплавов так и из конструкционных. На станке предусмотрена обработка деталей зеркального отображения.
Станок имеет три одновременно управляемые координаты: y -поперечное перемещение ползуна 2; z - вертикальное перемещение фрезерной головки 3.
Управление перемещением рабочих органов станка осуществляется от типового пульта 4 фазовой системы ЧПУ.
Все команды на управление станком осуществляются с переносного пульта управления (ручного) 5. Основное отличие конструкции пульта ручного управления является то что в пульте станка установлены рукоятки ручного управления скоростями по всем трем координатам где датчиками управления скорости являются вращающиеся трансформаторы типа ВТМ-1В.
Рис. Компоновка станка
Определение основных технических характеристик станка
Выполняемые на станке операции
Применяемые инструменты
Материал режущей части
Материал режущей части инструмента выбираем исходя из режимов резания механических свойств обрабатываемого материала и прогрессивных методов резания. [6] стр. 270 т.2.
Метод формообразования
Формообразующие движения
Какие значения параметров обработки
Результаты выбора режимов резания для каждой операции заносим в таблицу.
Наименование операции
Фрезерование концевой фрезой
Фрезерование торцевой фрезой
Фрезерование дисковой фрезой
Для вычисления предельных значений частот вращения шпинделя определяем предельные расчетные диаметры и
где В – ширина стола
Предельные значения частоты вращения шпинделя и определяем по формулам
Мощность N привода главного движения приближенно определяется зависимостью:
Где - эффективная мощность резания выбираемая по [8]
- к.п.д. кинематической цепи привода
Выбираем мощность электродвигателя по [8] с.54
Тип электродвигателя 4А112М2
С учетом коэффициента проскальзывания число оборотов электродвигателя
Основные технические характеристики станка
Частота вращения шпинделя nmin
Мощность электродвигателя Nэл.
Число оборотов электродвигателя nэл.
Проектирование кинематики станка
Диапазон регулирования Rn частот вращения исполнительного органа
Число ступеней Z скорости исполнительного органа определяется зависимостью:
Для установленных значений и выбираем стандартный ряд часто вращения: 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1400; 2000; 2800;
Уточняем значения диапазона регулирования:
Определяем структуру ступенчатого регулирования:
Для прямозубых колес С=8
Значит структура простая
Из множества возможных вариантов порядка расположения и переключения групповых передач выбираем вариант при котором вес и габариты проектируемого привода минимальны.
Проверяем осуществимость принятого варианта структуры привода по диапазону регулирования группы по условию
График частот вращения
Передаточные отношения принимаем:
Динамический и прочностной расчет
Расчет числа зубьев колес
Расчет числа зубьев для передаточных отношений и производим аналитически.
Наименьшее общее кратное. Минимальное число зубьев ведущего колеса передачи с минимальным отношением:
Числа зубьев остальных передаточныхотношений выбираем из таблиц.
Расчет зубчатых передач
Проверочный расчет на выносливость зубьев при изгибе.
Коэффициент ширины колеса по отношению к диаметру делительной окружности
Число зубьев колеса
Угол наклона зубьев
Способ термической обработки: объемная закалка с применением средств про-
тив обезуглероживания.
Твердость рабочей поверхности зубьев 45 НRС
1 Ориентировочное значение для модуля
Км – вспомогательный коэффициент для прямозубых колес Км=14
Т1F – исходная расчетная нагрузка кг2мм2
Z – число зубьев шестерни.
КF –коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца.
- дополнительное изгибное напряжение кгсмм2
- базовый предел выносимости зубьев определяется в зависимости от способов термической обработки.
КF L – коэффициент долговечности. При стационарном режиме нагруженности для длительно работающих передач принимаем
YF – коэффициент учитывающий форму зуба определяется в зависимости от эквивалентного числа зубьев Zv.
Зубья шестерни нарезаны без смещения.
Значение модулей выбираем по СТСЭВ310-76 из ряда предпочтительных значений; таким образом m=2
Расчет делительных диаметров колес ширины зубчатого венца и межосевое расстояние.
d – диаметр делительной окружности зубчатого колеса
Где b – ширина венца зубчатого колеса
Межосевое расстояние
Проверка минимального значения ширины колеса
- коэффициент ширины зубчатого колеса по отношению к модулю колеса.
Расчет на выносливость зубьев при изгибе на других валах считается аналогично.
Все рассчитываемые параметры сводим в таблицу.
№ колеса по кинематической схеме
Ширина зубчатого венца b
Проверочный расчет на контактную выносливость
Расчетное контактное напряжение определяется
ZH - коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления для и x1+x2=0 ZH=1.71
ZM – коэффициент учитывающий свойства материалов колес:
для стальных ZM=275 мПа. [7] c.185
Z –коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий Z=0783 [7] c.186.
По таблице выбираем g0=73 Н=0006
удельная окружная сила
Удельная расчетная окружная сила в зоне ее наибольшей концентрации
Удельная расчетная окружная сила
Определяем расчетное контактное напряжение
Допускаемое контактное напряжение определяем:
Где - базовый предел контактной выносливости поверхности зубьев.
HRC 38 50 =18НRC+150 =1050 табл.9.11 [7]
- Коэффициент безопасности
- коэффициент долговечности
Проверочный расчет зубьев на выносливость при изгибе.
Расчетное напряжение изгиба
Где - коэффициент учитывающий форму зуба
- коэффициент учитывающий перекрытие зубьев. =1
- коэффициент учитывающий наклон зуба. =1
- коэффициент безопасности - SF =1.95-SF
В зависимости от числа зубьев
Определим менее прочное звено и произведем расчет по колесу
Окружная удельная динамическая сила
Удельная окружная сила
Коэффициент динамической нагрузки
Определяем допускаемое напряжение изгиба на выносливость
- предел выносливости зуба
= 460 Нмм2 [7] табл.12
- коэффициент учитывающий влияние 2-х стороннего приложения нагрузки
- коэффициент долговечности =1 [7] с.194
- коэффициент учитывающий нестабильность свойств материала
РАСЧЁТ ДВУХОПРНОГО ВАЛА
КОРОБКА СКОРОСТЕЙ. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ
Расчётная частота вращения вала = 180.00[обмин]
Кол-во зубч. зац. – 5.0
Кол-во подш. качения – 12
Кол-во рем. перед. – 0
К.П.Д. ост. элементов = 0.95
Мощн. эл. двиг. = 7.5[КВт]
Част. вращ. эл. двиг. = 2931[обмин]
Крутящий момент на валу [Н*М] = 321.88812
Диаметр вала [см] = 4.7518336
Крут. момент на валу эл. двиг. [Н*М] = 24.447288
Расчётная частота вращения вала = 710.00[обмин]
Кол-во зубч. зац. – 3.0
Кол-во подш. качения – 8
Крутящий момент на валу [Н*М] = 86.691123
Диаметр вала [см] = 3.0686766
Расчётная частота вращения вала = 100.00[обмин]
Кол-во зубч. зац. – 2.0
Кол-во подш. качения – 6
Крутящий момент на валу [Н*М] = 63.439645
Диаметр вала [см] = 2.7653270
Расчётная частота вращения вала = 200.00[обмин]
Кол-во зубч. зац. – 1.0
Крутящий момент на валу [Н*М] = 32.693281
Диаметр вала [см] = 2.2170684
Расчётная частота вращения вала = 293.00[обмин]
Кол-во зубч. зац. –0
Кол-во подш. качения – 2
Крутящий момент на валу [Н*М] = 22.993255
Диаметр вала [см] = 1.9716345
РАСЧЁТ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ
Крут.момент Т = 32.69[Н*М]
Напр.вращ. – против час.стр.
Начальные диам.: DW1 = 0.12[M].DW2 = 0.096[M]
Лин.размеры [М]: L0 = 0.43; L1 = 0.37; L2 = 0.03; L3 = 0.2
Ориентирующие углы [радиан]: FI1 = 1.57; FI2 = 5.724
Диаметры опасных сечений [М]: D1 = 0.036; D2 = 0.036; D3 = 0.036
Предел текуч. = 65000000[ПА]; Коэф.зап.проч. NT = 1.5
Опора А: AX = -218.32732; AY = -630.72165; AZ = 667.46370
Опора В: BX = -479.48288; BY = 119.41264; BZ = 494.12374
Крут.момент Т = 63439645[Н*М]
Напр.вращ. – по час.стр.
Начальные диам.: DW1 = 0.134 [M].DW2 = 0.06 [M]
Лин.размеры [М]: L0 = 0.43; L1 = 0.03; L2 = 0.165; L3 = 0.2
Ориентирующие углы [радиан]: FI1 =0558; FI2 = 2565
Диаметры опасных сечений [М]: D1 = 0.036; D2 = 0.039; D3 = 0.0369
Опора А: AX =11846680; AY = 22634842; AZ = 22665823
Опора В: BX =18211161; BY =90825156; BZ = 92632907
Определим фактическое значение частоты вращения шпинделя по уравнению кинематической цепи его вращения для всех ступеней скорости. Эти значения не должны отличаться от стандартных значений выбранного геометрического ряда более чем на:
Уравнение линейной цепи
Описание структурной и кинематических схем
Привод главного движения осуществляется от асинхронного электродвигателя (мощность N=7.5 кВт и n=2931 мин-1) через коробку скоростей обеспечивающую переключение двенадцати ступеней частоты вращения шпинделя. (См.1 лист курсового проекта).
Перемещение рабочих органов станка по продольной и поперечной координатам x и y осуществляется от гидроприводов объемного регулирования имеющих регулируемые гидронасосы через редукторы с двумя вращающимися «полугайками» и неподвижно закрепленными шариковыми винтами. На валах редукторов подач установлены два цилиндрических косозубых колеса с углом наклона зубьев 450.
Валам коробки подач сообщаются осевые перемещения от пружин что обеспечивает выбор зазора в цепях подач.
Вертикальное перемещение фрезерной головки (координата Z) так же осуществляется от гидромотора объемного регулирования через гидронасос и цилиндрические зубчатые пары и передающие вращение шариковому винту ø 70 и шагом t=8 мм.
Обратная связь по всем трем приводам подач осуществляется посредством вращающихся трансформаторов типа ВТМ – 1В соединенным с валом приводных гидродвигателей всех подач.
Конструкция шпинделя предусматривает полуавтоматическое зажатие и отжатие сменяемой вручную фрезы. Зажатие фрезы в конусе шпинделя осуществляется с помощью тарельчатых пружин а отжатие ее с помощью гидроцилиндра.
Разработка алгоритма и программы расчета на ЭВМ
PRINT «расчетный модуль =» ; m
PRINT «найдите и введите ближайшее стандартное значение m»
0 = arcsin [1.1 mcos]
Расчет шпинделя на жесткость
Жесткость достаточная достаточная для работы шпинделя
Данный курсовой проект выполнен с учетом требований предъявляемых к разработке курсовых проектов.
В результате работы хорошо изучен процесс проектирования станков овладели методами моделирования и оптимизации и разработан бесконсольный вертикально-фрезерный станок с ЧПУ.
Используемая литература
Металлорежущие станки Под. ред. Тепинкиевича. М:. Машиностроение 1973.-472 с.
Металлорежущие станки Под. ред. Пуша. М. Машиностроение 1985.-256 с.
Станки с числовым программным управлением Под. ред. Лещенко. М:. Машиностроение 1988
Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. В 2-х частях –М.: Машиностроение1974 ч.1 - 406 с. ч.2 – 200 с.
Свирщевский Ю.Н. Макейчик Н.П. Расчет и конструирование коробок скоростей и подач. – Минск: Вышэйшая шк.1976 – 590 с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя М:. Машиностроение т.11980 – 728 с. т.2 1981 – 559 с. т.3 1982 – 557 с.
Ничипорчик. Детали машин в примерах и задачах М:. Машиностроение 1981.
Кузьмин. Расчеты деталей машин. М:. Машиностроение 1985