Конструирование модуля главного движения станка с компьютерным управлением

Спецификация11.spw

Автоматическая коробка
Пояснительная записка
Крышка подшипника сквозная
Прокладка регулировочная
Прокладка уплотнительная
Мaнжета 1-30 х 47-1 4
Двигатель асинхронный
ААМ50В2ЕЭ У1.1 220 В
IM3081 ТУ16-510.566-82
Двигатель постоянного тока
Siemens 1FK7064-5AF71

Басманов А.С ПЗ.doc

В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
Рисунок 1. Чертёж детали - представитель
Деталь изготавливается из стали 45. Материал имеет следующие характеристики (ГОСТ 1412-85):
- предел текучести Мпа;
- относительное удлинение %;
- относительное сужение %.
В качестве заготовки используется пруток.
Деталь имеет 7 квалитет точности на размеры допуск на позиционирование отверстий 02 мм; допуск радиального биения 002; шероховатость поверхностей составляет до Ra=08. Габаритные размеры исходной заготовки детали 23 х 195 мм.
2 Уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
Таблица 1.1. Маршрутная технология детали-представителя
Проанализировав используемую на заводе маршрутную технологию были внесены предложения по её оптимизации и улучшению. Проектируемый мехатронный станок оснащенной системой ЧПУ 160НТ позволяет не выполняя операцию шлифования добиваться требуемой точности обработки.
Таблица 1.2. Предлагаемая маршрутная технология
Токарная – Сверлильная - Фрезерная
Токарная – Сверлильная - Фрезерная
Проектируемый станок
Изучив маршрутную технологию изготовления детали выбрали
операцию 010 как технологическую операцию с максимальным количеством
а) точение б) растачивание в) сверление
Рисунок 2. Основные переходы и схемы обработки.
Определение основных технических характеристик модуля
1. Основные технологические условия использования станка
К этим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики –конструкционная сталь 45 sвm
-основные переходы обработки – продольное точение и сверление;
-характер обработки – чистовая с глубиной резания t = 01-05 мм
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав;
-предельные диаметры обработки dmax = 195 мм (точение) dmin = 66 мм (сверление).
2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие vmin Smax и Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному продольному точению материала c наибольшей прочностью – конструкционной стали (sв = 760 МПа) и условия определяющие vmax – наиболее легкий режим обработки соответствующий чистовому поперечному точению материала с наименьшей прочностью – конструкционной стали (sв = 610 МПа).
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Наибольшую подачу Smax определим по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного продольного точения конструкционной стали при диаметре обработки dmaх = 195 мм использовании твердосплавного резца и наибольшей глубине резания t = 15 мм Smax = 09 ммоб.
Наименьшая скорость резания для предварительного продольного точения конструкционной стали (sв = 760 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 15 мм с наибольшей подачей Smax =09 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 54 ммин.
Наименьшая скорость резания с учетом применения твердосплавного инструмента при сверлении конструкционной стали (sв = 760 МПа) с наибольшей подачей Smax =004 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 25 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом поперечном точения конструкционной стали с наименьшей прочностью (sв = 610 МПа) с учетом глубины резания tmax = 05 мм с наименьшей подачей Smin = 035 ммоб равна vmax = 110 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН». При предварительного продольном точении конструкционной стали (sв = 760 МПа) заготовки c диаметром D = 195 мм твердосплавным резцом при t = 15 мм S = 09 ммоб V = 25 ммин эффективная мощность резания Nэф = 22 кВт.
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при нарезании резьбы метчиком):
где Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки.
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при сверлении):
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmaxVmin HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =18 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где h - к.п.д. привода ориентировочно h = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки при токарной обработке и фрезеровании kп находится в пределах 105 11. Принимаем kп = 106;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель постоянного тока фирмы Siemens марки 1FK7064-5AF71 со следующими основными характеристиками:
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран станок 160НТ.
Станок горизонтальный токарный с ЧПУ модели 160НT предназначен для токарной обработки деталей типа фланцев и шестерен (длина детали не превышает двух диаметров). Также имеется возможность обработки деталей с твердостью до HRC 65 методом твердого точения что позволяет заменить операции шлифования и хонингования точением что значительно сокращает время обработки. Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Необходимые технические характеристики модуля
Наибольший диаметр обработки dmax мм
Наименьший диаметр обработки dmin мм (160НТ - прутковый вариант)
Диапазон частот регулирования шпинделя (прутковый вариант) обмин
Мощность привода гл. движения кВт
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 160HT проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка- аналога представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Проектируемый модуль
Наименьший диаметр обработки dmin мм
Определение компоновок станка и модуля
1. Определение компоновки станка и модуля
Рисунок 3.1 – Компоновка проектируемого станка.
Рисунок 3.2 – Компоновка проектируемого модуля
Выбрав за аналог станок 160 HT изменим компоновку в соответствии с вариантом задания в частности откажемся от применения ременной передачи т.к. компоновка встроенная. На рисунке 3.1. приведена принципиальная компоновка разрабатываемого станка.
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры
1. Анализ схем обработки детали
Операция 010 включает в себя следующие переходы: продольное и поперечное точение сверление и растачивание внутреннего отверстия.
Таблица 4.1. Сведения об особенностях выполнения переходов обработки
Состав исполнительных движений
Обточить 195; подрезать торцы
Сверлить отверстие 8
Расточить отверстие 57 расточить ступеньку 85Н7.
2. Определение функциональных подсистем модуля
В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний. Это снижает шероховатость поверхности изготавливаемой детали. А также изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения производительности.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и работу при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.1 для сравнения приведены функциональные подсистемы как станка-аналога так и проектируемого модуля.
Таблица 4.2 – Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ21 ТБ21 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ21]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова
РД - обеспечение реверсирования движения
СД - обеспечение скорости движения
ПМ - обеспечение перемещения
УБ - ускорение бесступенчатое
ТБ - торможение бесступенчатое
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
НБ - настройка скорости бесступенчатое
ИС - изменение скорости в процессе обработки бесступенчатое;
ВП - величина перемещения.
СТ – стабилизация скорости.
Существуют следующие варианты обозначений:
- параметр определяющий величину перемещения
- параметр определяющий скорость движения;
- требуемые параметры движений и высокой производительности обработки.
- требуемые параметры движений высокой производительности и наименьшей себестоимости обработки.
3. Разработка блок-схемы и структуры проектируемого модуля
Принципиальным отличием проектируемого модуля от станка-аналога является использование программно-адаптивного управления для контроля настройки и изменения параметров исполнительных движений.
С учетом основных переходов и схемы обработки функциональных подсистем (таб. 4.1) проектируемого модуля составлена его блок-схема
Рисунок 4.2 – Блок-схема проектируемого модуля.
На рисунке 4.2 указаны:
СЧПУ – система числового программного управления
РДПТ – регулируемый двигатель постоянного тока
АПК – автоматическая переборная коробка
ИО – исполнительный орган
ДС – датчик скорости
ДТ – датчик температуры
ДП – датчик положения
2. Разработка структуры проектируемого модуля.
В соответствии с этой блок-схемой составим структурную схему изображенную на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3. Структура модуля главного движения.
На рисунке указаны:
ЭД – электродвигатель
ДС1 - датчик скорости на электродвигателе
ДС2 - датчик скорости на выходном валу.
Разработка кинематической схемы модуля
1. Определение знаменателя ряда частот вращения и числа ступеней для коробки передач со шпинделем.
Диапазон регулирования привода:
где nmax= 5000 обмин - максимальная частота вращения шпинделя
nmin= 40 обмин - минимальная частота вращения шпинделя.
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b = 4 - для многоцелевых станков. Значение коэффициента b принимается в зависимости от доминирующего вида обработки в нашем случае это сверление и фрезерование для которых b = 4.
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для электродвигателя 1FK7064-5AF71:
Определение знаменателя ряда регулирования. Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя:
где nр - расчетная частота
2. Выбор структурной формулы механизма привода и выполнение этапов разработки кинематической схемы
Для принятой компоновки модуля со встроенным приводом определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную:
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной множительной структурой и встроенной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться в одном корпусе с зубчатыми передачами. В этом случае необходимо наличие постоянной передачи перед шпиндельным узлом для того чтобы исключить влияние неточностей изготовления и люфтов в передвижных блоках зубчатых колес на шпиндель. Выполненный по второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты (четыре электромагнитные муфты на одном валу). Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будем вести дальнейшие расчеты.
Рисунок 5.1 – Структурная сетка
В соответствии с принятой структурной формулой разрабатываем принципиальную кинематическую схему. Существует два основных варианта кинематической схемы: с использованием электромагнитных муфт и передвижных блоков зубчатых колес. Так как компоновка коробки передач будет горизонтальной предпочтительным вариантом будет схема с использованием электромагнитных муфт.
Рисунок 5.2. Принципиальная кинематическая схема
с использованием электромагнитных муфт.
1. График представлен на рисунке 5.3.
Рисунок 5.3. График частот вращения валов проектируемого модуля.
3. Определение передаточных отношений.
Частные передаточные отношения в общем виде определяются по формуле:
где k - количество клеток которые пересекают лучи на графике
«+» для повышающих передач
«-» для понижающих передач.
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений:
4. Определение чисел зубьев колес и диаметров шкивов.
Далее пользуясь табличным методом определим число зубьев для каждой зубчатой передачи. Для этого найдем для каждой понижающей передачи передаточное число по формуле:
Округляем полученные значения до стандартных и подбираем числа зубьев для каждой пары колес и диаметры шкивов:
для передачи iр2: D10 = 100 и D11 =100.
Выполним проверку кинематического расчета и определим фактические частоты вращения с учётом принятого числа зубьев. Для отсутствия разрывов при регулировании частот вращения шпинделя необходимо обеспечить выполнение условия
jпк RэР (не менее чем на 5%)
где jпк – знаменатель ряда частот вращения обеспечиваемых перебор-
RэР – диапазон регулирования частот вращения вала электро-
двигателя с постоянной мощностью.
Условие выполняется значит обеспечивается отсутствие разрывов при регулировании частот вращения шпинделя.
Проверка кинематического расчёта необходима для того чтобы выявить нет ли разрывов на шкале скоростей. Она проводится на узловых точках (в нашем случае это частоты n2 = 285 мин-1 и n3 = 630 мин-1).
Условия выполняются следовательно кинематический расчет верен.
На рисунке 5.5. представлена уточненная кинематическая схема проектируемого модуля главного движения.
Рисунок 5.4 – Уточненная кинематическая схема проектируемого модуля.
1. Расчет мощности на валах
Мощность на валах рассчитывается по формуле
РЭH – номинальная мощность выбранного двигателя;
i – коэффициент потери мощности i-того вала.
Мощность на первом валу
где подш – КПД подшипников принимали равным 0997;
зп – КПД зубчатого зацепления принимали равным 099
Р1 = 25 09972 099 = 246 кВт.
Мощность на втором валу
Р2 = 246 09972 099 = 241 кВт.
Мощность на третьем валу
Р3 = 241 09972 099 = 237 кВт.
2. Расчет моментов на валах
Моменты на валах рассчитываются по формуле
где ni – расчетная частота вращения i-того вала (см. рисунок 5.4.)
Момент на первом валу:
Т1 = 9550 = 23103 Нм.
Момент на втором валу:
Т2 = 9550 = 57103 Нм.
Момент на третьем валу:
Т3 = 9550 = 167103 Нм.
3. Предварительный расчет валов
В качестве материала для валов выбираем сталь 20Х. Выполним предварительный расчет на кручение по допустимым напряжениям по формуле для нормальных валов:
где – допустимое напряжения на кручение равное 20 Нмм2.
Получаем минимальные диаметры валов:
В соответствии с рядом стандартных значений принимаем диаметры валов:
3. Выбор электромагнитных муфт
Выбор муфт произведен по максимальному моменту на валах и максимальной частоте вращения валов.
Номинальный момент муфты на i-том валу вычисляли по формуле
где kм – коэффициент безопасности равный 11.
По полученным результатам принимаем муфты: на первый вал Э1М052-1А на второй вал Э1М102-1А по ГОСТ 21573-76.
На рисунке 6.1 в масштабе представлены две компоновки проектируемого привода. Первая компоновка с разнесением электромагнитных муфт по валам – две муфты на первом валу и одна на втором. Вторая компоновка предполагает установку электромагнитных муфт на ведомых валах. Размеры шестерни первой передачи в группе не позволяют установить муфту рядом с ней. Как видно из рисунков оптимальной является первая компоновка так как обеспечивает наименьшие габариты модуля и минимальное межопорное расстояние шпинделя. Используем ее для дальнейшего проектирования.
а) первая компоновка б) вторая компоновка
Рисунок 6.1. Эскизы вариантов компоновок модуля.
5. Проектировочный расчет зубчатых передач
5.1. Расчет допустимых напряжений
Расчет ведется по самой нагруженной передаче. Как видно из графика 5.3 максимальный момент возникает на валах при работе двигателя на номинальной частоте следовательно на этой частоте и ведем расчеты.
Материал колеса и шестерни одинаковый это Сталь 45 вид термообработки - улучшение твердость поверхности 235-262 НВ. Зубья колес из улучшаемых сталей хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению но имеют ограниченную нагрузочную способность.
Т.к. НВ 350 то допустимые контактные напряжения рассчитываются по формуле
где SH – коэффициент запаса прочности равный 11;
– предел контактной выносливости по поверхности зуба для расчетного материала равен 578 МПа [1 с.13 табл.2.2];
ZN – коэффициент долговечности принимаем равным 16[1 с.13];
ZR – коэффициент влияния шероховатости принимаем равным 1. [1 с.14];
ZV – коэффициент учитывающий влияние окружной скорости принимаем равным 1.[1 с.14]
Максимальное допускаемое напряжение изгиба рассчитывается по формуле
где SF – коэффициент запаса прочности равный 17;
– предел выносливости для расчетного материала равен 432 МПа [1 с.15];
YN – коэффициент долговечности принимаем равным 1;
YA – коэффициент учитывающий влияние шероховатости равный 1.2;
YR – коэффициент учитывающий влияние реверса принимаем равным 1.
5.2. Расчет зубчатых передач.
Минимальное межосевое расстояние найдем по формуле
где Ка – коэффициент для прямозубых колес равный 450 МПа ;
U – передаточное число;
T – наибольший из действующих моментов;
КНВ – коэффициент нагрузки принимаем равным 15;
ВА – коэффициент ширины принимаем равным 015;
[Н] – допустимое контактное напряжение равное 840 МПа.
Фактическое межосевое расстояние принимаем с учетом конструктивных особенностей компоновки и обеспечения минимальных межопорных расстояний.
Ширину зубчатого венца найдем по формуле
Значение нормального модуля определяем по формуле:
Далее проводим согласованный расчет делительного диаметра колеса
Диаметры впадин и вершин колес найдем с помощью формул:
Полученные расчетным методом и уточненные конструктивно геометрические параметры зубчатых передач сведем в единую таблицу.
Таблица 6.1. Основные характеристики зубчатых передач
Межосевое расстояние мм
Модуль передачи (принятый) мм
Делительный диаметр шестерни мм
Делительный диаметр колеса мм
Диаметр вершин зубьев шестерни мм
Диаметр вершин зубьев колеса мм
Диаметр впадин зубьев шестерни мм
Диаметр впадин зубьев колеса мм
Эскизы валов необходимы для наглядного представления порядка сборки узлов. На рисунке 6.6 изображен эскиз входного вала.
Рисунок 6.6. Эскиз входного вала
На рисунке 6.6 изображен эскиз выходного вала.
Рисунок 6.7. Эскиз выходного вала
Из рисунка 6.8 видно что шпиндель имеет ступенчатую структуру и может быть собран.
Рисунок 6.8 – Эскиз шпинделя
7. Схема свертки валов
Необходимость в свертке валов возникает в связи со стремлением уменьшить габаритные размеры. Свертка валов изображена на рисунке 6.8. Силы действующие на валы изображены на рисунке.
Рисунок 6.8. Схема свертки валов
8. Проверочный расчет промежуточного вала
Исходя из свертки валов и действия результирующих сил необходимо проверить промежуточный вал на запас прочности как наиболее нагруженный.
Результирующая действия силы определяется по формуле (см. рис. 6.8):
где Т – крутящий момент на валу равный 6329 кНм;
α – угол зацепления равный 20 градусам.
Проекции результирующих сил на горизонтальную и вертикальную плоскость:
Реакции опор определяются следующим образом:
Сумма моментов относительно точки А в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле
Сумма моментов относительно точки А в вертикальной плоскости:
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Суммарные моменты в характерных точках определяется по формуле
Эпюры изгибающих моментов представлены на рисунке 6.9.
Рисунок 6.9. Эпюры изгибающих моментов
Промежуточный вал проверяем на прочность в месте посадки первого зубчатого колеса на шпонку.
Для выбранного материала вала -1 = 360 МПа -1 = 200 МПа.
Коэффициенты определяли согласно [2 с. 185] = 17 = 265 = 077 = 077 = 099.
Моменты сопротивления изгибу и кручению для вала со шпоночным соединением равны [1 табл. 10.6 с.168]
Амплитуду нормальных напряжений вычисляли согласно [4с190]по формуле:
Амплитуду и среднее значения напряжения цикла касательных напряжении вычисляли согласно [2стр 166] по формуле:
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям определяли согласно [2с 162] по формуле:
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям определяли согласно [2с 164]:по формуле:
Результирующий коэффициент запаса прочности определяли по формуле:
Так как результирующий коэффициент запаса прочности s = 77 можем сделать вывод что вал выдержит приложенные к нему нагрузки.
9. Проверочный расчет подшипников промежуточного вала
Из схемы действия сил на вал определим результирующее значение сил реакций опор по формуле
Опора В более нагружена поэтому проверочный расчет подшипников производится по ней. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку по формуле [2 с. 117]
где Fr – радиальная нагрузка равная 217 Н;
Fa – осевая нагрузка в нашем случае равна нулю;
X – коэффициент радиальной нагрузки X = 1;
Y – коэффициент осевой нагрузки Y = 0;
V – коэффициент вращения V = 1;
– температурный коэффициент ;
Ks – коэффициент безопасности Ks = 13.
Требуемую динамическую грузоподъемность определяли [2 с.118]
где – ресурс в часах равный 20000ч;
а – коэффициент учитывающий качество материала и условия эксплуатации принимали равным 07;
n – номинальная частота вращения промежуточного вала равная 1310 обмин.
Допустимая грузоподъемность для подшипника 206 по ГОСТ 2893-82 равна Cr=142 кН. Так как то можно сделать вывод что данный подшипник подходит по грузоподъемности.
В ходе выполнения курсовой работы были разработаны элементы эскизного и технического проекта модуля главного движения станка с компьютерным управлением. Были определены технологическое назначение станка основные функциональные подсистемы модуля и его структура компоновка станка и модуля разработана кинематическая схема модуля. Данный модуль предназначен для обработки деталей типа фланец при проектировании были учтены все особенност которые могут включать в себя детали данного типа.
Разработанный модуль главного движения имеет следующие характеристики: nmax= 2500 обмин nmin= 20 обмин Zпк = 2 N = 22 кВт.

МаксимКММ.cdw

Ск-360В-4-0-Ст3ГОСТ14637-89
Острые кромки скруглить
Неуказанные придельныеотклонения
Маркировать сталь 3 ГОСТ 14637-89

Чертеж2.cdw

Чертеж56.cdw

Чертеж6.cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

Чертеж3.cdw

Спецификация11.spw

Автоматическая коробка
Пояснительная записка
Крышка подшипника сквозная
Прокладка регулировочная
Прокладка уплотнительная
Мaнжета 1-30 х 47-1 4
Двигатель асинхронный
ААМ50В2ЕЭ У1.1 220 В
IM3081 ТУ16-510.566-82
Двигатель постоянного тока
Siemens 1FK7064-5AF71

Чертеж7(1).cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

Чертеж5(11).cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

КММ басманов.docx

В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
В качестве детали-представителя выбрана деталь типа «петля» изготавливаемая на заводе «Стерлитамак М.Т.Е.». Эскиз представлен на рисунке 1.
Материал заготовки Сталь 3 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. Сталь 45 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности:
Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: радиальное биение 0.002мм; перпендикулярность 0.01мм параллельность 0.01мм.
Допуски на размеры данного изделия выполняются по среднему классу точности так же присутствуют точные отверстия с допусками H7 H6.
Показатели базовой поверхности (Ra 0.8мкм плоскостность 0.01мм) детали обеспечивают точность установки и обработки. Максимальная ширина обработки Вmax= 50 мм. Минимальный диаметр dmin=4 мм.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование сверление нарезание резьбы.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Петля»
2 Уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
Таблица 1.1 – Базовая маршрутная технология изготовления детали-представителя
После анализа базового варианта маршрутной технологии были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 1.2.) Ставилась задача укрупнить операции сверления фрезерования и свести обработку к минимальному количеству установов и минимизировать количество задействованных при изготовлении единиц оборудования.
Таблица 1.2 – Модернизированная технология
Наименование операции
Сверлильно-фрезерная
Проектируемый станок
Данным оборудованием может быть программируемый станок на базе станка-аналога завода «Стерлитамак МТ.Е.» модели 800V с ЧПУ. Технологический процесс механической обработки данной детали может быть сведен к двум установам и применению лишь одного станка – 800V.
Рассмотрим переходы выполняемые на проектируемом станке.
Рисунок 2. Основные переходы обработки.
Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Исходные данные
Обрабатываемый материал и его характеристики
Наибольшая ширина фрезорования мм
Наибольшая (расчетная) глубина
режущей части инструмента
Фрезерование торцевое сверление нарезание резьбы
Определение основных технологических условий использования модуля станка:
обрабатываемые материалы и их предельные характеристики:
конструкционные стали в = 355700 МПа;
основные переходы обработки:
- фрезерование сверление нарезание резьбы;
- чистовая с глубиной резания t = 05 мм;
вид материала режущей части инструментов – твердый сплав
Определение характерных сочетаний технологических условий:
vmах Smin и Nэфmax - наиболее тяжелый режим обработки соответствующей чистовому фрезерованию материала c наибольшей прочностью– конструкционной стали (в = 700 МПа).
1. Основные технологические условия использования станка
К этим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики –конструкционная сталь 45 вm
-основные переходы обработки – фрезерование и сверление;
-характер обработки – чистовая с глубиной резания t = 05 мм предварительная с глубиной резания t = 1 мм;
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав;
-предельные диаметры обработки Bmax = 50 мм (фрезерование) dmin = 4 мм (сверление).
2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие vmin Smax и Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному продольному точению материала c наибольшей прочностью – конструкционной стали (в = 700 МПа) и условия определяющие vmax – наиболее легкий режим обработки соответствующий чистовому фрезерованию материала с наименьшей прочностью – конструкционной стали (в = 300 МПа).
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Наибольшую подачу Smax определим по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного фрезерования конструкционной стали при диаметре обработки dmax = 07 50=35 мм использовании твердосплавной фрезы и наибольшей глубине резания t = 15 мм Smax = 018 ммоб.
Наименьшая скорость резания для предварительного торцевого фрезерования конструкционной стали (в = 700 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 15 мм с наибольшей подачей Smax =018 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 41 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом торцевом фрезеровании конструкционной стали с наименьшей прочностью (в = 300 МПа) с учетом глубины резания tmax = 05 мм с наименьшей подачей Smin = 008 ммоб равна vmax = 382 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН». При предварительного торцевом фрезеровании конструкционной стали (в = 700 МПа) заготовки c диаметром D = 35 мм твердосплавной фрезой при t = 15 мм S = 018 ммоб V = 41 ммин эффективная мощность резания Nэф = 14 кВт.
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при торцевом фрезеровании):
где Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки.
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при сверлении):
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmaxVmin HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =14 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки при фрезеровании kп находится в пределах 105 11. Принимаем kп = 106;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель постоянного тока фирмы Siemens марки 1FK7064-5AF71 со следующими основными характеристиками:
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран станок 800V.
Станок вертикально фрезерный с ЧПУ модели 800V. Также имеется возможность обработки деталей с твердостью до HRC 65 что позволяет заменить операции шлифования и хонингования фрезерованием что значительно сокращает время обработки. Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Наименование параметров
Диаметр поверхности стола мм
Точность позиционирования при непрерывном отсчете координат
Наибольшая масса обрабатываемой детали кг не более
Пределы частот вращения шпинделя мин -1
Номинальный крутящий момент на шпинделе Н м
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 800V проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка- аналога представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Проектируемый модуль
Наибольший диаметр обработки dmax мм
Наименьший диаметр обработки dmin мм
Диапазон частот регулирования шпинделя (прутковый вариант) обмин
Мощность привода гл. движения кВт
Определение компоновок станка и модуля.
1. Определение компоновки станка.
Выбрав за аналог станок 800V с учетом задачи изменим компоновку станка-анлога.
Рисунок 3. Компоновка проектируемого станка.
Для станка наиболее выгодно применение консольной компоновки. В этом случае станок занимает на 35 – 40 % меньшую площадь чем при портальной компоновке. Кроме того стол является неподвижным что обеспечивает высокую точность позиционирования. В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). Раздельная компоновка отличается выполнением коробки передач раздельно со шпиндельным узлом.
Рис 4. Компоновка проектируемого станка-модуля
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1 Основные переходы и схемы обработки.
Таблица 1. Основные переходы и схемы обработки.
Метод формообразования
Состав исполнительных движений
Фрезерование торцевое
Фрезерование концевое
2. Определение функциональных подсистем.
В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний. Это снижает шероховатость поверхности изготавливаемой детали. А также изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и работу при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.1 для сравнения приведены функциональные подсистемы как станка-аналога так и проектируемого модуля.
Таблица 4.1. Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ22 ТБ22 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП22]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения; ПМ - обеспечение перемещения;
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое О - остановка;
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
НБ - настройка скорости бесступенчатое
СТ - стабилизация скорости бесступенчатое
ИС - изменение скорости в процессе обработки бесступенчатое;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения; 21 - требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
Рисунок 5. Блок – схема проектируемого модуля.
Рисунок 6. Структура модуля главного движения.
На Рис.6. показана структура модуля главного движения с учетом наименьшей себестоимости обработки деталей. Структура данного модуля отличается от модуля станка – аналога введением дополнительных датчиков скорости температуры резания и дополнительный датчик углового положения.
Разработка кинематической схемы модуля
1 Определение кинематики проектируемого модуля.
Диапазон регулирования привода:
где nmax=6000 обмин - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin=320 обмин - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота
2 Определение кинематической схемы модуля
Для принятой компоновки модуля с раздельной коробкой передач определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную:
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной множительной структурой и раздельной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться раздельно с зубчатыми передачами. Выполненный по первому и второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты (три электромагнитные муфты на одном валу). Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будем вести дальнейшие расчеты.
Рисунок 7. Структурная сетка.
При окончательной разработке кинематической схемы привода возникает необходимость введения постоянных передач для уменьшения осевых и радиальных габаритов привода.
Разрабатываем принципиальную кинематическую схему привода.
Рисунок 8. Принципиальная кинематическая схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
Построение графика частот вращения шпинделя.
Рисунок 9. График частот проектируемого модуля.
3 Определение передаточных отношений
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений
Определяем числа зубьев представив передаточные отношения в виде простых дробей с условием что Szi>70 тогда:
Проверка кинематического расчёта.
4 Определение КПД и мощности на валах
Мощность на i-том валу равна:
где - коэффициент потери мощности на i-том валу.
где - КПД пары подшипников ;
- КПД зацепления зубчатой передачи
где - КПД зубчатого зацепления
Определяем максимальные моменты на валах:
Момент на i-том валу:
где - расчетная частота вращения i-того вала.
5 Предварительный расчет диаметров валов
В качестве материала для валов выбираем сталь 20Х
Минимальный диаметр вала определяем в зависимости от крутящего момента.
где - допустимое напряжение на кручение=15 Нмм2.
Округлили d1до стандартного значения d1=12мм.
Округлили d1до стандартного значения .
Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты деталей.
1 Проектировочный расчет зубчатых передач
Из условия оптимизации габаритов для всех зубчатых колес принимаем материал 20Х с последующей цементацией (HRC 56-62).
Так как НВ>350 то допускаемые контактные напряжения определяются по формуле
где - предел контактной выносливости по поверхности
n - коэффициент безопасности n=11.
Максимальное допускаемое напряжение изгиба равно
где - предел выносливости поверхности зуба по изгибу
- коэффициент долговечности ;
- коэффициент реверсивности нагрузки .
2 Расчет зубчатых передач
Параметры передач определяем по следующим формулам:
;(34)Геометрические параметры передач приведены в таблице 3.
Параметры передачи Таблица 3
Делительный диаметр di мм
Диаметр вершин dai мм
Диаметр впадин df1 мм
Окружная сила Fti Н
Межосевое расстояние awi мм
Ширина зубчатого венца b мм
3 Расчет ременной передачи Ip2
Передача вращения от коробки передач на вал шпинделя осуществляется поликлиновым ремнем.
3 Выбор компоновки привода.
Рассмотрим два варианта компоновки привода показанных на рисунках 9 и 10.
Рисунок 9. Первый вариант компоновки привода.
Рисунок 10. Второй вариант компоновки привода
Как наиболее приемлемый выбираем второй вариант компоновки привода проектируемого модуля. Свой выбор обосновываем более компактным расположением коробки передач (меньшие габаритные размеры) а также экономической выгодой при изготовлении корпуса (экономия материала).
Эскизы валов необходимы для наглядного представления порядка сборки узлов. На рисунке 11 изображен эскиз входного вала. Вал имеет шлицы на проход следовательно узел входного вала может быть собран.
Рисунок 11. Эскиз первого вала.
Из рисунка 12 видно что выходной Вал имеет ступенчатую структуру следовательно узел вала может быть собран.
Рисунок 12. Эскиз второго вала.
5 Схема свертки валов
Необходимость в свертке валов возникает в связи со стремлением уменьшить габаритные размеры коробки и сориентировать оси валов таким образом чтобы создать как можно лучшие условия работы . Свертка валов изображенная на рисунке 13 является приемлемой с точки зрения действия сил в зацеплениях зубчатых передач.
Рисунок 13. Схема свертки валов.
6 Проверочный расчет выходного вала
Исходя из свертки валов и действия результирующих сил необходимо проверить выходной вал на запас прочности как наиболее нагруженный.
Результирующая действия силы определяется по формуле:
где Т – крутящий момент на валу равный 716 кНм;
di – диаметр соответствующего колеса на валу
α – угол зацепления равный 20 градусам.
Проекции результирующих сил на горизонтальную и вертикальную плоскость:
Реакции опор определяются следующим образом:
Сумма моментов относительно точки А в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле
Сумма моментов относительно точки А в вертикальной плоскости:
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Суммарные моменты в характерных точках определяется по формуле
Эпюры изгибающих моментов представлены на рисунке 12
Рисунок .12 – Эпюры изгибающих моментов
Промежуточный вал проверяем на прочность в месте посадки второго зубчатого колеса на шпонку .
Выбираем материал вала – Сталь 20Х со следующими характеристиками:
Результирующий изгибающий момент равен:
Крутящий момент на валу равен 716 Нм.
Определяем напряжения изгиба:
Определяем напряжение кручения:
Принимаем что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу а напряжения кручения - по отнулевому тогда:
где и - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;
и - постоянные составляющие
При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяется по формуле:
- запас сопротивления усталости при изгибе;
- запас сопротивления усталости при кручении
где и - коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости
и - пределы выносливости
и - коэффициенты концентрации напряжений в
расчетном (опасном) сечении при изгибе и кручении соответственно
где и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений (для ступенчатых галтельных переходов) равные соответственно 235 и 21 соответственно
- коэффициент учитывающий наличие поверхностного упрочнения в нашем случае равный 1;
и - коэффициенты учитывающие размеры вала (масштабный фактор)
где d – диаметр вала.
и - коэффициенты учитывающие качество (шероховатость) поверхности
- коэффициент шероховатости равный 32
Вычисляем запас сопротивления усталости при изгибе по формуле (42)
Вычисляем запас сопротивления усталости при кручении по формуле (43)
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба по формуле
Так как результирующий коэффициент запаса прочности s = 145 можем сделать вывод что вал выдержит приложенные к нему нагрузки.
7 Проверочный расчет подшипников выходного вала
Из схемы действия сил на вал определим результирующее значение сил реакций опор по формуле
Опора В более нагружена поэтому проверочный расчет подшипников производится по ней. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку по формуле [2 с. 117]
где Fr – радиальная нагрузка равная 929 Н;
Fa – осевая нагрузка в нашем случае равна нулю;
X – коэффициент радиальной нагрузки X = 1;
Y – коэффициент осевой нагрузки Y = 0;
V – коэффициент вращения V = 1;
– температурный коэффициент ;
K – коэффициент безопасности K = 13.
Требуемую динамическую грузоподъемность определяли [2 с.118]
где – ресурс в часах равный 20000ч;
а – коэффициент учитывающий качество материала и условия эксплуатации принимали равным 07;
n – номинальная частота вращения промежуточного вала равная 800 обмин.
Допустимая грузоподъемность для подшипника 1000905 по ГОСТ 8338-75 равна Cr=732 кН. Так как то можно сделать вывод что данный подшипник подходит по грузоподъемности.

Спецификация.spw

Автоматическая коробка
Пояснительная записка
Крышка подшипника сквозная
Прокладка регулировочная
Прокладка уплотнительная
Мaнжета 1-30 х 47-1 4
Двигатель асинхронный
ААМ50В2ЕЭ У1.1 220 В
IM3081 ТУ16-510.566-82
Двигатель постоянного тока
Siemens 1FK7064-5AF71

КММ басманов (Basmanov Artem's conflicted copy 2010-11-01).docx

В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
В качестве детали-представителя выбрана деталь типа «петля» изготавливаемая на заводе «Стерлитамак М.Т.Е.». Эскиз представлен на рисунке 1.
Материал заготовки Сталь 3 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. Сталь 45 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности:
Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: радиальное биение 0.002мм; перпендикулярность 0.01мм параллельность 0.01мм.
Допуски на размеры данного изделия выполняются по среднему классу точности так же присутствуют точные отверстия с допусками H7 H6.
Показатели базовой поверхности (Ra 0.8мкм плоскостность 0.01мм) детали обеспечивают точность установки и обработки. Максимальная ширина обработки Вmax= 50 мм. Минимальный диаметр dmin=4 мм.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование сверление нарезание резьбы.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Петля»
2 Уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
Таблица 1.1 – Базовая маршрутная технология изготовления детали-представителя
После анализа базового варианта маршрутной технологии были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 1.2.) Ставилась задача укрупнить операции сверления фрезерования и свести обработку к минимальному количеству установов и минимизировать количество задействованных при изготовлении единиц оборудования.
Таблица 1.2 – Модернизированная технология
Наименование операции
Сверлильно-фрезерная
Проектируемый станок
Данным оборудованием может быть программируемый станок на базе станка-аналога завода «Стерлитамак МТ.Е.» модели 500V5 с ЧПУ. Технологический процесс механической обработки данной детали может быть сведен к двум установам и применению лишь одного станка – 500V5.
Рассмотрим переходы выполняемые на проектируемом станке.
Рисунок 2. Основные переходы обработки.
Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Исходные данные
Обрабатываемый материал и его характеристики
Наибольшая ширина фрезорования мм
Наибольшая (расчетная) глубина
режущей части инструмента
Фрезерование торцевое сверление нарезание резьбы
Определение основных технологических условий использования модуля станка:
обрабатываемые материалы и их предельные характеристики:
конструкционные стали в = 355700 МПа;
основные переходы обработки:
- фрезерование сверление нарезание резьбы;
- чистовая с глубиной резания t = 05 мм;
вид материала режущей части инструментов – твердый сплав
Определение характерных сочетаний технологических условий:
vmах Smin и Nэфmax - наиболее тяжелый режим обработки соответствующей чистовому фрезерованию материала c наибольшей прочностью– конструкционной стали (в = 300 МПа).
1 Определение характерных сочетаний технологических условий.
Наименьшая подача Smin при фрезеровании конструкционных сталей (в=700 МПа) определяется по таблицам из базы «Rezim» с использованием твердосплавных пластин и наибольшей глубине резания t = 05 мм примем подачу на зуб равной S=008 ммзуб скорость резания V=150 ммин.
Наибольшая подача Smax при фрезеровании конструкционных сталей (в=700 МПа) определяется по таблицам из базы «Rezim» с использованием твердосплавных пластин и наибольшей глубине резания t = 1 мм примем подачу на оборот равной S=016 ммоб скорость резания V=41 ммин
Наибольшее (расчетное) значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» для условий обработки соответствующих vmax. - при чистовом торцевом фрезеровании конструкционной стали (в = 700 МПа) заготовки c шириной В = 50 мм в несколько проходов каждый шириной по 5 мм фрезой с пластинами из твердого сплава с t = 05 мм S = 008 ммзуб v = 150ммин эффективная мощность резания Nэф = 1722 кВт крутящий момент М=0735 Н м.
2 Определение предельных частот вращения шпинделя.
Минимальные обороты шпинделя необходимо обеспечивать при черновой обработке детали инструментом наибольшего диаметра:
Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки
Максимальные обороты шпинделя необходимо обеспечивать при чистовой обработке детали инструментом наименьшего диаметра:
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
3 Расчёт максимальной эффективной мощности резания.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmax Vmin HBmax).
Расчёт проведём с помощью специализированной программы “Stankin”подставив необходимые значения соответствующих параметров.
Следовательно эффективная мощность резания составляет Nэф =1722 кВт.
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя kп = 108;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель марки «INDRAMAT» MAC112A-1-VD постоянного тока со следующими характеристиками:
nma nном=1750 обмин; T=585 Нм Nэл =22 кВт.
4 Анализ технических характеристик модуля станка-аналога.
В качестве аналога примем станок: 500V5. Он характеризуется следующими параметрами:
Максимальные диаметры обработки:
сверление диаметр 8 мм;
нарезаемой резьбы М8;
максимальный диаметр концевой фрезы диаметр 24 мм;
Мощность электродвигателя привода главного движения6 (9) КВт;
Предельные частоты вращения шпинделя 0 8000 обмин;
Сравнивая предельные значения параметров станка-аналога и проектируемого модуля имеем следующие значения:
Определение компоновок станка и модуля.
1. Определение компоновки станка.
Выбрав за аналог станок 500V5 с учетом задачи оставим принципиальную компоновку без изменений.
Рисунок 3. Компоновка проектируемого станка.
Защита направляющих по оси х
Защита поперечных направляющих
Магазин инструментальный
Привод поперечного перемещения (ось y)
Привод продольного перемещения (ось х)
Привод вертикального перемещения (ось z)
Для станка наиболее выгодно применение консольной компоновки. В этом случае станок занимает на 35 – 40 % меньшую площадь чем при портальной компоновке. Кроме того стол является неподвижным что обеспечивает высокую точность позиционирования. В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). Раздельная компоновка отличается выполнением коробки передач раздельно со шпиндельным узлом.
Рис 4. Компоновка станка
Подобная компоновка привода применяется в станке 2Р135Ф2.
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1 Основные переходы и схемы обработки.
Таблица 1. Основные переходы и схемы обработки.
Метод формообразования
Состав исполнительных движений
Фрезерование торцевое
Фрезерование концевое
2. Определение функциональных подсистем.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка несколько изменим его обеспечивая необходимую точность расположения инструмента и наименьшую себестоимость детали.
Таблица 3. Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ22 ТБ22 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
СД1 [НБ11 СТ13 ИС22]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП22]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова
РД - обеспечение реверсирования движения
СД - обеспечение скорости движения
ПМ - обеспечение перемещения
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое О - остановка;
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
НБ - настройка скорости бесступенчатое
СТ - стабилизация скорости бесступенчатое
ИС - изменение скорости в процессе обработки бесступенчатое;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения;
- требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
Рисунок 5. Блок – схема проектируемого модуля.
Рисунок 6. Структура модуля главного движения.
На Рис.6. показана структура модуля главного движения с учетом наименьшей себестоимости обработки деталей. Структура данного модуля отличается от модуля станка – аналога введением дополнительных датчиков скорости и температуры резания и введением подсистемы обеспечения перемещения ПМ. Также введен дополнительный датчик углового положения.
Разработка кинематической схемы модуля
1 Определение кинематики проектируемого модуля.
Диапазон регулирования привода:
где nmax=2388 обмин - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin=522 обмин - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота

Чертеж1.cdw

Чертеж.cdw

Чертеж7.cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

Спецификация11 (Basmanov Artem's conflicted copy 2010-12-05).spw

Автоматическая коробка
Пояснительная записка
Крышка подшипника сквозная
Прокладка регулировочная
Прокладка уплотнительная
Мaнжета 1-30 х 47-1 4
Двигатель асинхронный
ААМ50В2ЕЭ У1.1 220 В
IM3081 ТУ16-510.566-82
Двигатель постоянного тока
Siemens 1FK7064-5AF71

эпюры.frw

Чертеж6(1).cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

Фрагмент13.frw

Чертеж5.cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

Чертеж7(1)11.cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

первый вариант.frw

валы.frw

Фрагмент12.frw

КММ басманов22.docx

Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя5
Определение основных технических характеристик модуля.9
1. Основные технологические условия использования станка10
2. Характерные сочетания технологических условий10
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности11
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля12
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков13
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка14
Определение компоновок станка и модуля.16
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.18
1 Основные переходы и схемы обработки.18
2. Определение функциональных подсистем.19
3. Разработка структуры проектируемого модуля.21
Разработка кинематической схемы модуля23
1 Определение параметров коробки передач23
2 Разработка кинематической схемы модуля26
3 Определение передаточных отношений чисел зубьев шестерен и диаметров уточнение кинематической схемы.28
4 Определение расчетных нагрузок.29
Проектные расчеты деталей.30
1 Расчет допускаемых контактных напряжений для зубчатых колес.30
2 Предварительный расчет диаметров валов31
3 Расчет зубчатых передач31
4 Расчет ременной передачи Ip233
4 Выбор компоновки привода.34
6 Схема свертки валов37
Проверочный расчет и уточнение конструкции.37
1 Проверочный расчет выходного вала.37
2 Проверочный расчет подшипников выходного вала44
3 Проверочный расчет зубчатых передач.46
4 Проверка шпоночного соединения48
Список литературы.51
В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнологические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
В данном курсовом проекте разработан привод главного движения многоцелевого мехатронного станка с нормальной структурой и раздельной компоновкой включающий в себя трехступенчатую коробку переключения передач обеспечивающую наименьшую себестоимость .
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
В качестве детали-представителя выбрана деталь типа «петля» изготавливаемая на заводе «Стерлитамак М.Т.Е.». Эскиз представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Петля»
Материал заготовки Сталь 3 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. Сталь 45 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности:
Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: радиальное биение 0.002мм; перпендикулярность 0.01мм параллельность 0.01мм.
Допуски на размеры данного изделия выполняются по среднему классу точности так же присутствуют точные отверстия с допусками H7 H6.
Показатели базовой поверхности (Ra 0.8мкм плоскостность 0.01мм) детали обеспечивают точность установки и обработки. Максимальная ширина обработки Вmax= 50 мм. Минимальный диаметр dmin=4 мм.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование и сверление.
Таблица 1.1 – Базовая маршрутная технология изготовления детали-представителя
После анализа базового варианта маршрутной технологии были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 1.2.) Ставилась задача укрупнить операции сверления фрезерования и свести обработку к минимальному количеству установов и минимизировать количество задействованных при изготовлении единиц оборудования.
Таблица 1.2 – Модернизированная технология
Наименование операции
Сверлильно-фрезерная
Проектируемый станок
Технологический процесс механической обработки данной детали может быть сведен к двум установам и применению лишь одного станка – завода «Стерлитамак М.Т.Е.» модель 800V с ЧПУ.
Рассмотрим переходы выполняемые на проектируемом станке рис. 2.
Рисунок 2. Основные переходы обработки.
Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Исходные данные
Обрабатываемый материал и его характеристики
Наибольшая ширина фрезорования мм
Наибольшая (расчетная) глубина
режущей части инструмента
Фрезерование торцевое сверление нарезание резьбы
1. Основные технологические условия использования станка
К технологическим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики –конструкционная сталь 45 вm
-основные переходы обработки – фрезерование и сверление;
-характер обработки – чистовая с глубиной резания t = 05 мм чистовая с глубиной резания t = 1 мм;
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав;
-предельные диаметры обработки Bmax = 50 мм (фрезерование) dmin = 4 мм (сверление).
2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие минимальная скорость резанья- vmin максимальная подача - Smax и максимальная эффективная мощность резанья - Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному продольному точению материала c наибольшей прочностью – конструкционной стали (в = 700 МПа) и условия определяющие vmax – наиболее легкий режим обработки соответствующий чистовому фрезерованию материала с наименьшей прочностью – конструкционной стали (в = 300 МПа).
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Smax определим по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного фрезерования конструкционной стали при диаметре обработки dmax = 07 50=35 мм использовании твердосплавной фрезы и наибольшей глубине резания t = 15 мм Smax = 018 ммоб.
Наименьшая скорость резания для предварительного торцевого фрезерования конструкционной стали (в = 700 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 15 мм с наибольшей подачей Smax =018 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 41 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом торцевом фрезеровании конструкционной стали с наименьшей прочностью (в = 300 МПа) с учетом глубины резания tmax = 05 мм с наименьшей подачей Smin = 008 ммоб равна vmax = 382 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН». При предварительного торцевом фрезеровании конструкционной стали (в = 700 МПа) заготовки c диаметром D = 35 мм твердосплавной фрезой при t = 15 мм S = 018 ммоб V = 41 ммин эффективная мощность резания Nэф = 14 кВт.
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при торцевом фрезеровании):
где Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки.
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при сверлении):
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmaxVmin HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =14 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки при фрезеровании kп находится в пределах 105 11. Принимаем kп = 106;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель постоянного тока фирмы Siemens марки 1FK7064-5AF71 со следующими основными характеристиками:
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран станок вертикально фрезерный с ЧПУ модели 800V.
На данном станке имеется возможность обработки деталей с твердостью до HRC 65 что позволяет заменить операции шлифования и хонингования фрезерованием что значительно сокращает время обработки. Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Технические характеристики модуля главного движени и станка-аналога.
Наименование параметров
Диаметр поверхности стола мм
Точность позиционирования при непрерывном отсчете координат
Наибольшая масса обрабатываемой детали кг не более
Пределы частот вращения шпинделя мин -1
Номинальный крутящий момент на шпинделе Н м
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 800V проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Необходимые технические характеристики проектируемого модуля представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля.
Проектируемый модуль
Наибольший диаметр обработки dmax мм
Наименьший диаметр обработки dmin мм
Диапазон частот регулирования шпинделя (прутковый вариант) обмин
Мощность привода гл. движения кВт
На основании данной таблицы 2.3 мы получили необходимые технические характеристики проектируемого модуля.
Определение компоновок станка и модуля.
Выбрав за аналог станок 800V с учетом задачи изменим компоновку станка-анлога.
Рисунок 3. Компоновка проектируемого станка.
Для станка наиболее выгодно применение консольной компоновки. В этом случае станок занимает на 35 – 40 % меньшую площадь чем при портальной компоновке. Кроме того стол является неподвижным что обеспечивает высокую точность позиционирования. В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). Раздельная компоновка отличается выполнением коробки передач раздельно со шпиндельным узлом.
Предлагаемая компоновка проектируемого модуля предоставлена на рисунке 4.
Рис 4. Компоновка проектируемого модуля
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1 Основные переходы и схемы обработки.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование сверление (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Основные переходы и схемы обработки.
Метод формообразования
Состав исполнительных движений
Фрезерование торцевое
На станке-аналоге обработка ведется при постоянных значениях частоты вращения шпинделя и подачи.
2. Определение функциональных подсистем.
В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний. Это снижает шероховатость поверхности изготавливаемой детали. Также позволяет изменять частоту вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и работу при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.2 для сравнения приведены функциональные подсистемы как станка-аналога так и проектируемого модуля.
Таблица 4.2 Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ22 ТБ22 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП22]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения; ПМ - обеспечение перемещения;
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое О - остановка;
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения; 21 - требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
С учетом основных переходов и схемы обработки(таб. 4.1) функциональных подсистем(таб. 4.2) проектируемого модуля составлена его блок-схема (рис. 5).
Рисунок 5. Блок – схема проектируемого модуля.
В соответствии с этой блок-схемой составим структурную схему изображенную на рис. 6.
На Рис.6. показана структура модуля главного движения с учетом наименьшей себестоимости обработки деталей.
Рисунок 6. Структура модуля главного движения.
Структура данного модуля отличается от модуля станка – аналога введением дополнительных датчиков скорости температуры резания и дополнительный датчик углового положения.
Разработка кинематической схемы модуля
1 Определение параметров коробки передач
Диапазон регулирования привода:
где nmax=6000 обмин - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin=320 обмин - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота
2 Разработка кинематической схемы модуля
Для принятой компоновки модуля с раздельной коробкой передач определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную (рис. 7):
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной множительной структурой и раздельной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться раздельно с зубчатыми передачами. Выполненный по первому и второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты (три электромагнитные муфты на одном валу). Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будем вести дальнейшие расчеты.
Рисунок 7. Структурная сетка.
При окончательной разработке кинематической схемы привода возникает необходимость введения постоянных передач для уменьшения осевых и радиальных габаритов привода.
Разрабатываем принципиальную кинематическую схему привода рис.8.
Рисунок 8. Принципиальная кинематическая схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
Построение графика частот вращения шпинделя.
Рисунок 9. График частот проектируемого модуля.
3 Определение передаточных отношений чисел зубьев шестерен и диаметров уточнение кинематической схемы.
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений
Определяем числа зубьев представив передаточные отношения в виде простых дробей с условием что Szi>70 тогда:
Проверка кинематического расчёта.
Рисунок 10. Уточненная схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
4 Определение расчетных нагрузок.
Мощность на i-том валу равна:
где - коэффициент потери мощности на i-том валу.
где - КПД пары подшипников ;
- КПД зацепления зубчатой передачи
где - КПД зубчатого зацепления
Определяем максимальные моменты на валах:
Момент на i-том валу:
где - расчетная частота вращения i-того вала.
Проектные расчеты деталей.
1 Расчет допускаемых контактных напряжений для зубчатых колес.
Из условия оптимизации габаритов для всех зубчатых колес принимаем материал 20Х с последующей цементацией (HRC 56-62).
Так как НВ>350 то допускаемые контактные напряжения определяются по формуле
где - предел контактной выносливости по поверхности
n - коэффициент безопасности n=11.
Максимальное допускаемое напряжение изгиба равно
где - предел выносливости поверхности зуба по изгибу
- коэффициент долговечности ;
- коэффициент реверсивности нагрузки .
2 Предварительный расчет диаметров валов
В качестве материала для валов выбираем сталь 20Х
Минимальный диаметр вала определяем в зависимости от крутящего момента.
Округлили d1до стандартного значения
Округлили d2до стандартного значения .
Округлили d3до стандартного значения .
3 Расчет зубчатых передач
Параметры передач определяем по следующим формулам:
Геометрические параметры передач приведены в таблице 6.1.
Параметры передачи Таблица 6.1
Делительный диаметр di мм
Диаметр вершин dai мм
Диаметр впадин df1 мм
Окружная сила Fti Н
Межосевое расстояние awi мм
Ширина зубчатого венца b мм
4 Расчет ременной передачи Ip2
Расчет ременной передачи произведем по программе «Комплекс инженерных расчетов» разработанной МГТУ «СТАНКИН».
Передача вращения от коробки передач на вал шпинделя осуществляется поликлиновым ремнем.
4 Выбор компоновки привода.
Рассмотрим два варианта компоновки привода показанных на рисунках 11 и 12.
Рисунок 11. Первый вариант компоновки привода.
Рисунок 12. Второй вариант компоновки привода
Выбираем второй вариант компоновки привода проектируемого модуля. Так как коробка передач получиться более компактной (меньшие габаритные размеры) а также экономически выгодной при изготовлении корпуса (экономия материала).
Эскизы валов необходимы для наглядного представления порядка сборки узлов. На рисунке 13 изображен эскиз входного вала. Вал имеет шлицы на проход следовательно узел входного вала может быть собран.
Рисунок 13. Эскиз первого вала.
Рисунок 14. Эскиз второго вала.
Из рисунка 14 видно что выходной Вал имеет ступенчатую структуру следовательно узел вала может быть собран.
6 Схема свертки валов
Необходимость в свертке валов возникает в связи со стремлением уменьшить габаритные размеры коробки и сориентировать оси валов таким образом чтобы создать как можно лучшие условия работы . Свертка валов изображенная на рисунке 15 является приемлемой с точки зрения действия сил в зацеплениях зубчатых передач.
Рисунок 15. Схема свертки валов.
Проверочный расчет и уточнение конструкции.
1 Проверочный расчет выходного вала.
Исходя из свертки валов и действия результирующих сил необходимо проверить выходной вал на запас прочности как наиболее нагруженный.
Результирующая действия силы определяется по формуле:
где Т – крутящий момент на валу равный 3456 кНм;
di – диаметр соответствующего колеса на валу
α – угол зацепления равный 20 градусам.
Проекции результирующих сил на горизонтальную и вертикальную плоскость:
Реакции опор определяются следующим образом:
Сумма моментов относительно точки А в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле
Сумма моментов относительно точки А в вертикальной плоскости:
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Суммарные моменты в характерных точках определяется по формуле
Эпюры изгибающих моментов представлены на рисунке 16.
Рисунок. 16 – Эпюры изгибающих моментов
Промежуточный вал проверяем на прочность в месте посадки второго зубчатого колеса на шпонку.
Выбираем материал вала – Сталь 20Х со следующими характеристиками:
Результирующий изгибающий момент равен:
Крутящий момент на валу равен 3456 Нм.
Определяем напряжения изгиба:
Определяем напряжение кручения:
Принимаем что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу а напряжения кручения - по отнулевому тогда:
где и - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;
и - постоянные составляющие
При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяется по формуле:
- запас сопротивления усталости при изгибе;
- запас сопротивления усталости при кручении
где и - коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости
и - пределы выносливости
и - коэффициенты концентрации напряжений в
расчетном (опасном) сечении при изгибе и кручении соответственно
где и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений (для ступенчатых галтельных переходов) равные соответственно 235 и 21 соответственно
- коэффициент учитывающий наличие поверхностного упрочнения в нашем случае равный 1;
и - коэффициенты учитывающие размеры вала (масштабный фактор)
где d – диаметр вала.
и - коэффициенты учитывающие качество (шероховатость) поверхности
- коэффициент шероховатости равный 32
Вычисляем запас сопротивления усталости при изгибе по формуле (42)
Вычисляем запас сопротивления усталости при кручении по формуле (43)
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба по формуле
Так как результирующий коэффициент запаса прочности s = 41 можем сделать вывод что вал выдержит приложенные к нему нагрузки.
2 Проверочный расчет подшипников выходного вала
Из схемы действия сил на вал определим результирующее значение сил реакций опор по формуле
Опора В более нагружена поэтому проверочный расчет подшипников производится по ней. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку по формуле [2 с. 117]
где Fr – радиальная нагрузка равная 929 Н;
Fa – осевая нагрузка в нашем случае равна нулю;
X – коэффициент радиальной нагрузки X = 1;
Y – коэффициент осевой нагрузки Y = 0;
V – коэффициент вращения V = 1;
– температурный коэффициент ;
K – коэффициент безопасности K = 13.
Требуемую динамическую грузоподъемность определяли [2 с.118]
где – ресурс в часах равный 20000ч;
а – коэффициент учитывающий качество материала и условия эксплуатации принимали равным 07;
n – номинальная частота вращения промежуточного вала равная 800 обмин.
Допустимая грузоподъемность для подшипника 1000905 по ГОСТ 8338-75 равна Cr=732 кН. Так как то можно сделать вывод что данный подшипник подходит по грузоподъемности.
3 Проверочный расчет зубчатых передач.
Допускаемые контактные напряжения . Допускаемые напряжения изгиба
Проверочный расчет произведем по программе «Комплекс инженерных расчетов» разработанной МГТУ «СТАНКИН». В меню программы выберем «Проверочный расчет зубчатой передачи».
Расчет передач представлен на рисунках 17 – 19.
Рисунок 17. Результаты проверочного расчета передачи ip1-i1
Рисунок 18. Результаты проверочного расчета передачи i2
Рисунок 19. Результаты проверочного расчета передачи i3
Из проверочных расчетов зубчатых передач можно сделать вывод что рабочие напряжения в передачах не превышают допускаемые.
Запас прочности по контактным напряжениям найдем по формуле
Запас прочности по напряжениям изгиба найдем по формуле
4 Проверка шпоночного соединения
Проверка шпоночного соединения проводится на смятие по формуле согласно [1 с. 93]:
где - рабочая часть шпонки равная ;
Т – момент на валу равный 3456 Нмм;
h – высота шпонки равная 5 мм.
Допускаемое напряжение смятия для неподвижных соединений . Так как то соединение выдерживает нагрузку.
В ходе выполнения курсовой работы были разработаны элементы эскизного и технического проекта модуля главного движения станка с компьютерным управлением. Были определены технологическое назначение станка основные функциональные подсистемы модуля и его структура компоновка станка и модуля разработана кинематическая схема модуля. Данный модуль предназначен для обработки деталей типа петля при проектировании были учтены все основные поверхности которые могут включать в себя детали данного типа.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высш. шк. 1985 – 416с.
Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин М.: Машиностроение. 1988г.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. - 6-е издание переработано и дополнено. - М.: Машиностроение 1982. -736 с.
Проников А.С. Металлорежущие станки и автоматы – М.: Машиностроение. 1981г – 479с.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Т. 2. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд. - М.: Машиностроение 1986 год. 496 с.
Пакеты прикладных программ к подсистемам САПР металлорежущих станков. ЭНИМС СТАНКИН. М. 1985 – 2002.
«Справочник технолога-машиностроителя». В 2-х томах. Т. 2. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд. - М.: Машиностроение 1986 год. 496 с.
«Проектирование приводов главного движения и подачи металлорежущих станков» Методические указания Составители: Куликов Кудояров и др. Уфа УАИ 1988 42 с
.9. Пуш В.И. «Проектирование металлорежущих станков». М.: Машиностроение 1987 г. 293 с. ил.

Чертеж4.cdw

КММ басманов22 (Basmanov Artem's conflicted copy 2010-12-13).docx

Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя5
2 Уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя7
Определение основных технических характеристик модуля.10
1. Основные технологические условия использования станка11
2. Характерные сочетания технологических условий11
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности12
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля12
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков14
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка15
Определение компоновок станка и модуля.17
1. Определение компоновки станка.17
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.19
1 Основные переходы и схемы обработки.19
2. Определение функциональных подсистем.21
3. Разработка структуры проектируемого модуля.23
Разработка кинематической схемы модуля25
1 Определение кинематики проектируемого модуля.25
2 Определение кинематической схемы модуля28
3 Определение передаточных отношений30
4 Определение КПД и мощности на валах31
5 Предварительный расчет диаметров валов32
Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты деталей.33
1 Расчет допускаемых контактных напряжений33
2 Расчет зубчатых передач33
3 Расчет ременной передачи Ip235
4 Выбор компоновки привода.36
6 Схема свертки валов38
7 Проверочный расчет выходного вала39
8 Проверочный расчет подшипников выходного вала46
9 Проверочный расчет зубчатых передач.47
10. Проверка шпоночного соединения50
Список литературы.53
В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
В качестве детали-представителя выбрана деталь типа «петля» изготавливаемая на заводе «Стерлитамак М.Т.Е.». Эскиз представлен на рисунке 1.
Материал заготовки Сталь 3 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. Сталь 45 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности:
Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: радиальное биение 0.002мм; перпендикулярность 0.01мм параллельность 0.01мм.
Допуски на размеры данного изделия выполняются по среднему классу точности так же присутствуют точные отверстия с допусками H7 H6.
Показатели базовой поверхности (Ra 0.8мкм плоскостность 0.01мм) детали обеспечивают точность установки и обработки. Максимальная ширина обработки Вmax= 50 мм. Минимальный диаметр dmin=4 мм.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование сверление нарезание резьбы.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Петля»
2 Уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
Таблица 1.1 – Базовая маршрутная технология изготовления детали-представителя
После анализа базового варианта маршрутной технологии были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 1.2.) Ставилась задача укрупнить операции сверления фрезерования и свести обработку к минимальному количеству установов и минимизировать количество задействованных при изготовлении единиц оборудования.
Таблица 1.2 – Модернизированная технология
Наименование операции
Сверлильно-фрезерная
Проектируемый станок
Данным оборудованием может быть программируемый станок на базе станка-аналога завода «Стерлитамак МТ.Е.» модели 800V с ЧПУ. Технологический процесс механической обработки данной детали может быть сведен к двум установам и применению лишь одного станка – 800V.
Рассмотрим переходы выполняемые на проектируемом станке.
Рисунок 2. Основные переходы обработки.
Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Исходные данные
Обрабатываемый материал и его характеристики
Наибольшая ширина фрезорования мм
Наибольшая (расчетная) глубина
режущей части инструмента
Фрезерование торцевое сверление нарезание резьбы
Определение основных технологических условий использования модуля станка:
обрабатываемые материалы и их предельные характеристики:
конструкционные стали в = 355700 МПа;
основные переходы обработки:
- фрезерование сверление нарезание резьбы;
- чистовая с глубиной резания t = 05 мм;
вид материала режущей части инструментов – твердый сплав
Определение характерных сочетаний технологических условий:
vmах Smin и Nэфmax - наиболее тяжелый режим обработки соответствующей чистовому фрезерованию материала c наибольшей прочностью– конструкционной стали (в = 700 МПа).
1. Основные технологические условия использования станка
К этим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики –конструкционная сталь 45 вm
-основные переходы обработки – фрезерование и сверление;
-характер обработки – чистовая с глубиной резания t = 05 мм предварительная с глубиной резания t = 1 мм;
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав;
-предельные диаметры обработки Bmax = 50 мм (фрезерование) dmin = 4 мм (сверление).
2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие vmin Smax и Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному продольному точению материала c наибольшей прочностью – конструкционной стали (в = 700 МПа) и условия определяющие vmax – наиболее легкий режим обработки соответствующий чистовому фрезерованию материала с наименьшей прочностью – конструкционной стали (в = 300 МПа).
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Наибольшую подачу Smax определим по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного фрезерования конструкционной стали при диаметре обработки dmax = 07 50=35 мм использовании твердосплавной фрезы и наибольшей глубине резания t = 15 мм Smax = 018 ммоб.
Наименьшая скорость резания для предварительного торцевого фрезерования конструкционной стали (в = 700 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 15 мм с наибольшей подачей Smax =018 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 41 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом торцевом фрезеровании конструкционной стали с наименьшей прочностью (в = 300 МПа) с учетом глубины резания tmax = 05 мм с наименьшей подачей Smin = 008 ммоб равна vmax = 382 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН». При предварительного торцевом фрезеровании конструкционной стали (в = 700 МПа) заготовки c диаметром D = 35 мм твердосплавной фрезой при t = 15 мм S = 018 ммоб V = 41 ммин эффективная мощность резания Nэф = 14 кВт.
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при торцевом фрезеровании):
где Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки.
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при сверлении):
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmaxVmin HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =14 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки при фрезеровании kп находится в пределах 105 11. Принимаем kп = 106;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель постоянного тока фирмы Siemens марки 1FK7064-5AF71 со следующими основными характеристиками:
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран станок 800V.
Станок вертикально фрезерный с ЧПУ модели 800V. Также имеется возможность обработки деталей с твердостью до HRC 65 что позволяет заменить операции шлифования и хонингования фрезерованием что значительно сокращает время обработки. Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Наименование параметров
Диаметр поверхности стола мм
Точность позиционирования при непрерывном отсчете координат
Наибольшая масса обрабатываемой детали кг не более
Пределы частот вращения шпинделя мин -1
Номинальный крутящий момент на шпинделе Н м
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 800V проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка- аналога представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Проектируемый модуль
Наибольший диаметр обработки dmax мм
Наименьший диаметр обработки dmin мм
Диапазон частот регулирования шпинделя (прутковый вариант) обмин
Мощность привода гл. движения кВт
Определение компоновок станка и модуля.
1. Определение компоновки станка.
Выбрав за аналог станок 800V с учетом задачи изменим компоновку станка-анлога.
Рисунок 3. Компоновка проектируемого станка.
Для станка наиболее выгодно применение консольной компоновки. В этом случае станок занимает на 35 – 40 % меньшую площадь чем при портальной компоновке. Кроме того стол является неподвижным что обеспечивает высокую точность позиционирования. В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). Раздельная компоновка отличается выполнением коробки передач раздельно со шпиндельным узлом.
Рис 4. Компоновка проектируемого станка-модуля
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1 Основные переходы и схемы обработки.
Таблица 1. Основные переходы и схемы обработки.
Метод формообразования
Состав исполнительных движений
Фрезерование торцевое
Фрезерование концевое
2. Определение функциональных подсистем.
В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний. Это снижает шероховатость поверхности изготавливаемой детали. А также изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и работу при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.1 для сравнения приведены функциональные подсистемы как станка-аналога так и проектируемого модуля.
Таблица 4.1. Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ22 ТБ22 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП22]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения; ПМ - обеспечение перемещения;
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое О - остановка;
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
НБ - настройка скорости бесступенчатое
СТ - стабилизация скорости бесступенчатое
ИС - изменение скорости в процессе обработки бесступенчатое;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения; 21 - требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
Рисунок 5. Блок – схема проектируемого модуля.
Рисунок 6. Структура модуля главного движения.
На Рис.6. показана структура модуля главного движения с учетом наименьшей себестоимости обработки деталей. Структура данного модуля отличается от модуля станка – аналога введением дополнительных датчиков скорости температуры резания и дополнительный датчик углового положения.
Разработка кинематической схемы модуля
1 Определение кинематики проектируемого модуля.
Диапазон регулирования привода:
где nmax=6000 обмин - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin=320 обмин - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота
2 Определение кинематической схемы модуля
Для принятой компоновки модуля с раздельной коробкой передач определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную:
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной множительной структурой и раздельной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться раздельно с зубчатыми передачами. Выполненный по первому и второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты (три электромагнитные муфты на одном валу). Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будем вести дальнейшие расчеты.
Рисунок 7. Структурная сетка.
При окончательной разработке кинематической схемы привода возникает необходимость введения постоянных передач для уменьшения осевых и радиальных габаритов привода.
Разрабатываем принципиальную кинематическую схему привода.
Рисунок 8. Принципиальная кинематическая схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
Построение графика частот вращения шпинделя.
Рисунок 9. График частот проектируемого модуля.
3 Определение передаточных отношений
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений
Определяем числа зубьев представив передаточные отношения в виде простых дробей с условием что Szi>70 тогда:
Проверка кинематического расчёта.
Рисунок 10. Уточненная схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
4 Определение КПД и мощности на валах
Мощность на i-том валу равна:
где - коэффициент потери мощности на i-том валу.
где - КПД пары подшипников ;
- КПД зацепления зубчатой передачи
где - КПД зубчатого зацепления
Определяем максимальные моменты на валах:
Момент на i-том валу:
где - расчетная частота вращения i-того вала.
5 Предварительный расчет диаметров валов
В качестве материала для валов выбираем сталь 20Х
Минимальный диаметр вала определяем в зависимости от крутящего момента.
Округлили d1до стандартного значения
Округлили d2до стандартного значения .
Округлили d3до стандартного значения .
Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты деталей.
1 Расчет допускаемых контактных напряжений
Из условия оптимизации габаритов для всех зубчатых колес принимаем материал 20Х с последующей цементацией (HRC 56-62).
Так как НВ>350 то допускаемые контактные напряжения определяются по формуле
где - предел контактной выносливости по поверхности
n - коэффициент безопасности n=11.
Максимальное допускаемое напряжение изгиба равно
где - предел выносливости поверхности зуба по изгибу
- коэффициент долговечности ;
- коэффициент реверсивности нагрузки .
2 Расчет зубчатых передач
Параметры передач определяем по следующим формулам:
Геометрические параметры передач приведены в таблице 3.
Параметры передачи Таблица 3
Делительный диаметр di мм
Диаметр вершин dai мм
Диаметр впадин df1 мм
Окружная сила Fti Н
Межосевое расстояние awi мм
Ширина зубчатого венца b мм
3 Расчет ременной передачи Ip2
Передача вращения от коробки передач на вал шпинделя осуществляется поликлиновым ремнем.
4 Выбор компоновки привода.
Рассмотрим два варианта компоновки привода показанных на рисунках 11 и 12.
Рисунок 11. Первый вариант компоновки привода.
Рисунок 12. Второй вариант компоновки привода
Как наиболее приемлемый выбираем второй вариант компоновки привода проектируемого модуля. Свой выбор обосновываем более компактным расположением коробки передач (меньшие габаритные размеры) а также экономической выгодой при изготовлении корпуса (экономия материала).
Эскизы валов необходимы для наглядного представления порядка сборки узлов. На рисунке 13 изображен эскиз входного вала. Вал имеет шлицы на проход следовательно узел входного вала может быть собран.
Рисунок 13. Эскиз первого вала.
Из рисунка 14 видно что выходной Вал имеет ступенчатую структуру следовательно узел вала может быть собран.
Рисунок 14. Эскиз второго вала.
6 Схема свертки валов
Необходимость в свертке валов возникает в связи со стремлением уменьшить габаритные размеры коробки и сориентировать оси валов таким образом чтобы создать как можно лучшие условия работы . Свертка валов изображенная на рисунке 15 является приемлемой с точки зрения действия сил в зацеплениях зубчатых передач.
Рисунок 15. Схема свертки валов.
7 Проверочный расчет выходного вала
Исходя из свертки валов и действия результирующих сил необходимо проверить выходной вал на запас прочности как наиболее нагруженный.
Результирующая действия силы определяется по формуле:
где Т – крутящий момент на валу равный 3456 кНм;
di – диаметр соответствующего колеса на валу
α – угол зацепления равный 20 градусам.
Проекции результирующих сил на горизонтальную и вертикальную плоскость:
Реакции опор определяются следующим образом:
Сумма моментов относительно точки А в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле
Сумма моментов относительно точки А в вертикальной плоскости:
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Суммарные моменты в характерных точках определяется по формуле
Эпюры изгибающих моментов представлены на рисунке 16
Рисунок. 16 – Эпюры изгибающих моментов
Промежуточный вал проверяем на прочность в месте посадки второго зубчатого колеса на шпонку .
Выбираем материал вала – Сталь 20Х со следующими характеристиками:
Результирующий изгибающий момент равен:
Крутящий момент на валу равен 3456 Нм.
Определяем напряжения изгиба:
Определяем напряжение кручения:
Принимаем что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу а напряжения кручения - по отнулевому тогда:
где и - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;
и - постоянные составляющие
При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяется по формуле:
- запас сопротивления усталости при изгибе;
- запас сопротивления усталости при кручении
где и - коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости
и - пределы выносливости
и - коэффициенты концентрации напряжений в
расчетном (опасном) сечении при изгибе и кручении соответственно
где и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений (для ступенчатых галтельных переходов) равные соответственно 235 и 21 соответственно
- коэффициент учитывающий наличие поверхностного упрочнения в нашем случае равный 1;
и - коэффициенты учитывающие размеры вала (масштабный фактор)
где d – диаметр вала.
и - коэффициенты учитывающие качество (шероховатость) поверхности
- коэффициент шероховатости равный 32
Вычисляем запас сопротивления усталости при изгибе по формуле (42)
Вычисляем запас сопротивления усталости при кручении по формуле (43)
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба по формуле
Так как результирующий коэффициент запаса прочности s = 145 можем сделать вывод что вал выдержит приложенные к нему нагрузки.
8 Проверочный расчет подшипников выходного вала
Из схемы действия сил на вал определим результирующее значение сил реакций опор по формуле
Опора В более нагружена поэтому проверочный расчет подшипников производится по ней. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку по формуле [2 с. 117]
где Fr – радиальная нагрузка равная 929 Н;
Fa – осевая нагрузка в нашем случае равна нулю;
X – коэффициент радиальной нагрузки X = 1;
Y – коэффициент осевой нагрузки Y = 0;
V – коэффициент вращения V = 1;
– температурный коэффициент ;
K – коэффициент безопасности K = 13.
Требуемую динамическую грузоподъемность определяли [2 с.118]
где – ресурс в часах равный 20000ч;
а – коэффициент учитывающий качество материала и условия эксплуатации принимали равным 07;
n – номинальная частота вращения промежуточного вала равная 800 обмин.
Допустимая грузоподъемность для подшипника 1000905 по ГОСТ 8338-75 равна Cr=732 кН. Так как то можно сделать вывод что данный подшипник подходит по грузоподъемности.
9 Проверочный расчет зубчатых передач.
Допускаемые контактные напряжения . Допускаемые напряжения изгиба
Проверочный расчет произведем по программе «Комплекс инженерных расчетов» разработанной МГТУ «СТАНКИН». В меню программы выберем «Проверочный расчет зубчатой передачи».
Расчет передач представлен на рисунках 17 – 19.
Рисунок 17. Результаты проверочного расчета передачи ip1-i1
Рисунок 18. Результаты проверочного расчета передачи i2
Рисунок 19. Результаты проверочного расчета передачи i3
Из проверочных расчетов зубчатых передач можно сделать вывод что рабочие напряжения в передачах не превышают допускаемые.
Запас прочности по контактным напряжениям найдем по формуле
Запас прочности по напряжениям изгиба найдем по формуле
10. Проверка шпоночного соединения
Проверка шпоночного соединения проводится на смятие по формуле согласно [13 с. 93]:
где - рабочая часть шпонки равная ;
Т – момент на валу равный 3456 Нмм;
h – высота шпонки равная 5 мм.
Допускаемое напряжение смятия для неподвижных соединений . Так как то соединение выдерживает нагрузку.
В ходе выполнения курсовой работы были разработаны элементы эскизного и технического проекта модуля главного движения станка с компьютерным управлением. Были определены технологическое назначение станка основные функциональные подсистемы модуля и его структура компоновка станка и модуля разработана кинематическая схема модуля. Данный модуль предназначен для обработки деталей типа петля при проектировании были учтены все основные поверхности которые могут включать в себя детали данного типа.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высш. шк. 1985 – 416с.
Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин М.: Машиностроение. 1988г.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. - 6-е издание переработано и дополнено. - М.: Машиностроение 1982. -736 с.
Проников А.С. Металлорежущие станки и автоматы – М.: Машиностроение. 1981г – 479с.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Т. 2. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд. - М.: Машиностроение 1986 год. 496 с.
Пакеты прикладных программ к подсистемам САПР металлорежущих станков. ЭНИМС СТАНКИН. М. 1985 – 2002.
«Справочник технолога-машиностроителя». В 2-х томах. Т. 2. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд. - М.: Машиностроение 1986 год. 496 с.
«Проектирование приводов главного движения и подачи металлорежущих станков» Методические указания Составители: Куликов Кудояров и др. Уфа УАИ 1988 42 с
.9. Пуш В.И. «Проектирование металлорежущих станков». М.: Машиностроение 1987 г. 293 с. ил.

валы2.frw

свертка.frw

КММ басманов2.docx

В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
В качестве детали-представителя выбрана деталь типа «петля» изготавливаемая на заводе «Стерлитамак М.Т.Е.». Эскиз представлен на рисунке 1.
Материал заготовки Сталь 3 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. Сталь 45 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности:
Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: радиальное биение 0.002мм; перпендикулярность 0.01мм параллельность 0.01мм.
Допуски на размеры данного изделия выполняются по среднему классу точности так же присутствуют точные отверстия с допусками H7 H6.
Показатели базовой поверхности (Ra 0.8мкм плоскостность 0.01мм) детали обеспечивают точность установки и обработки. Максимальная ширина обработки Вmax= 50 мм. Минимальный диаметр dmin=4 мм.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование сверление нарезание резьбы.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Петля»
2 Уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
Таблица 1.1 – Базовая маршрутная технология изготовления детали-представителя
После анализа базового варианта маршрутной технологии были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 1.2.) Ставилась задача укрупнить операции сверления фрезерования и свести обработку к минимальному количеству установов и минимизировать количество задействованных при изготовлении единиц оборудования.
Таблица 1.2 – Модернизированная технология
Наименование операции
Сверлильно-фрезерная
Проектируемый станок
Данным оборудованием может быть программируемый станок на базе станка-аналога завода «Стерлитамак МТ.Е.» модели 800V с ЧПУ. Технологический процесс механической обработки данной детали может быть сведен к двум установам и применению лишь одного станка – 800V.
Рассмотрим переходы выполняемые на проектируемом станке.
Рисунок 2. Основные переходы обработки.
Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Исходные данные
Обрабатываемый материал и его характеристики
Наибольшая ширина фрезорования мм
Наибольшая (расчетная) глубина
режущей части инструмента
Фрезерование торцевое сверление нарезание резьбы
Определение основных технологических условий использования модуля станка:
обрабатываемые материалы и их предельные характеристики:
конструкционные стали в = 355700 МПа;
основные переходы обработки:
- фрезерование сверление нарезание резьбы;
- чистовая с глубиной резания t = 05 мм;
вид материала режущей части инструментов – твердый сплав
Определение характерных сочетаний технологических условий:
vmах Smin и Nэфmax - наиболее тяжелый режим обработки соответствующей чистовому фрезерованию материала c наибольшей прочностью– конструкционной стали (в = 700 МПа).
1. Основные технологические условия использования станка
К этим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики –конструкционная сталь 45 вm
-основные переходы обработки – фрезерование и сверление;
-характер обработки – чистовая с глубиной резания t = 05 мм предварительная с глубиной резания t = 1 мм;
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав;
-предельные диаметры обработки Bmax = 50 мм (фрезерование) dmin = 4 мм (сверление).
2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие vmin Smax и Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному продольному точению материала c наибольшей прочностью – конструкционной стали (в = 700 МПа) и условия определяющие vmax – наиболее легкий режим обработки соответствующий чистовому фрезерованию материала с наименьшей прочностью – конструкционной стали (в = 300 МПа).
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Наибольшую подачу Smax определим по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного фрезерования конструкционной стали при диаметре обработки dmax = 07 50=35 мм использовании твердосплавной фрезы и наибольшей глубине резания t = 15 мм Smax = 018 ммоб.
Наименьшая скорость резания для предварительного торцевого фрезерования конструкционной стали (в = 700 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 15 мм с наибольшей подачей Smax =018 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 41 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом торцевом фрезеровании конструкционной стали с наименьшей прочностью (в = 300 МПа) с учетом глубины резания tmax = 05 мм с наименьшей подачей Smin = 008 ммоб равна vmax = 382 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН». При предварительного торцевом фрезеровании конструкционной стали (в = 700 МПа) заготовки c диаметром D = 35 мм твердосплавной фрезой при t = 15 мм S = 018 ммоб V = 41 ммин эффективная мощность резания Nэф = 14 кВт.
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при торцевом фрезеровании):
где Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки.
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при сверлении):
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmaxVmin HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =14 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки при фрезеровании kп находится в пределах 105 11. Принимаем kп = 106;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель постоянного тока фирмы Siemens марки 1FK7064-5AF71 со следующими основными характеристиками:
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран станок 800V.
Станок вертикально фрезерный с ЧПУ модели 800V. Также имеется возможность обработки деталей с твердостью до HRC 65 что позволяет заменить операции шлифования и хонингования фрезерованием что значительно сокращает время обработки. Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Наименование параметров
Диаметр поверхности стола мм
Точность позиционирования при непрерывном отсчете координат
Наибольшая масса обрабатываемой детали кг не более
Пределы частот вращения шпинделя мин -1
Номинальный крутящий момент на шпинделе Н м
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 800V проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка- аналога представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля и станка-аналога.
Проектируемый модуль
Наибольший диаметр обработки dmax мм
Наименьший диаметр обработки dmin мм
Диапазон частот регулирования шпинделя (прутковый вариант) обмин
Мощность привода гл. движения кВт
Определение компоновок станка и модуля.
1. Определение компоновки станка.
Выбрав за аналог станок 800V с учетом задачи изменим компоновку станка-анлога.
Рисунок 3. Компоновка проектируемого станка.
Для станка наиболее выгодно применение консольной компоновки. В этом случае станок занимает на 35 – 40 % меньшую площадь чем при портальной компоновке. Кроме того стол является неподвижным что обеспечивает высокую точность позиционирования. В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). Раздельная компоновка отличается выполнением коробки передач раздельно со шпиндельным узлом.
Рис 4. Компоновка проектируемого станка-модуля
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1 Основные переходы и схемы обработки.
Таблица 1. Основные переходы и схемы обработки.
Метод формообразования
Состав исполнительных движений
Фрезерование торцевое
Фрезерование концевое
2. Определение функциональных подсистем.
В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний. Это снижает шероховатость поверхности изготавливаемой детали. А также изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и работу при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.1 для сравнения приведены функциональные подсистемы как станка-аналога так и проектируемого модуля.
Таблица 4.1. Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ22 ТБ22 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП22]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения; ПМ - обеспечение перемещения;
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое О - остановка;
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
НБ - настройка скорости бесступенчатое
СТ - стабилизация скорости бесступенчатое
ИС - изменение скорости в процессе обработки бесступенчатое;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения; 21 - требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
Рисунок 5. Блок – схема проектируемого модуля.
Рисунок 6. Структура модуля главного движения.
На Рис.6. показана структура модуля главного движения с учетом наименьшей себестоимости обработки деталей. Структура данного модуля отличается от модуля станка – аналога введением дополнительных датчиков скорости температуры резания и дополнительный датчик углового положения.
Разработка кинематической схемы модуля
1 Определение кинематики проектируемого модуля.
Диапазон регулирования привода:
где nmax=6000 обмин - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin=320 обмин - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота
2 Определение кинематической схемы модуля
Для принятой компоновки модуля с раздельной коробкой передач определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную:
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной множительной структурой и раздельной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться раздельно с зубчатыми передачами. Выполненный по первому и второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты (три электромагнитные муфты на одном валу). Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будем вести дальнейшие расчеты.
Рисунок 7. Структурная сетка.
При окончательной разработке кинематической схемы привода возникает необходимость введения постоянных передач для уменьшения осевых и радиальных габаритов привода.
Разрабатываем принципиальную кинематическую схему привода.
Рисунок 8. Принципиальная кинематическая схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
Построение графика частот вращения шпинделя.
Рисунок 9. График частот проектируемого модуля.
3 Определение передаточных отношений
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений
Определяем числа зубьев представив передаточные отношения в виде простых дробей с условием что Szi>70 тогда:
Проверка кинематического расчёта.
4 Определение КПД и мощности на валах
Мощность на i-том валу равна:
где - коэффициент потери мощности на i-том валу.
где - КПД пары подшипников ;
- КПД зацепления зубчатой передачи
где - КПД зубчатого зацепления
Определяем максимальные моменты на валах:
Момент на i-том валу:
где - расчетная частота вращения i-того вала.
5 Предварительный расчет диаметров валов
В качестве материала для валов выбираем сталь 20Х
Минимальный диаметр вала определяем в зависимости от крутящего момента.
где - допустимое напряжение на кручение=15 Нмм2.
Округлили d1до стандартного значения d1=12мм.
Округлили d1до стандартного значения .
Расчеты деталей модуля
1 Проектировочный расчет зубчатых передач
Из условия оптимизации габаритов для всех зубчатых колес принимаем материал 20Х с последующей цементацией (HRC 56-62).
Так как НВ>350 то допускаемые контактные напряжения определяются по формуле
где - предел контактной выносливости по поверхности
n - коэффициент безопасности n=11.
Максимальное допускаемое напряжение изгиба равно
где - предел выносливости поверхности зуба по изгибу
- коэффициент долговечности ;
- коэффициент реверсивности нагрузки .
2 Расчет зубчатых передач
2.1 Расчёт передачи iр1
Межосевое расстояние определили по формуле:
- принимаем равным 12
- рекомендуют принимать в промежутке
Принимаем ближайшее стандартное значение по СТ СЭВ310-76
Уточняем межосевое расстояние:
Уточнение геометрических параметров передачи:
Делительный диаметр:
По таблице П.37. выбираем седьмую степень точности изготовления зубчатых колес.
Выполняем проверочный расчет по контактным напряжениям .
Выполняем проверочный расчет по напряжениям изгиба.
считаем что принимаем
что допустимо. Условие прочности выполняется.
2.2 Расчёт передачи i1
Так как ; ; т.е. Z1=Z8 а Z2=Z7 следовательно все расчетные данные будут одинаковые .
2.3 Расчёт передачи i2
2.4 Расчёт передачи i3
Выполняем проверочный расчет по контактным напряжениям :
Выполняем проверочный расчет по напряжениям изгиба:
что допустимо. Условие прочности выполняется
3 Расчет ременной передачи Ip2
Передача вращения от коробки передач на вал шпинделя осуществляется поликлиновым ремнем.
Эскизы валов необходимы для наглядного представления порядка сборки узлов. На рисунке 9 изображен эскиз входного вала. Вал имеет шлицы напроход следовательно узел входного вала может быть собран.
Рисунок 9. Эскиз первого вала.
Из рисунка 10 видно что выходной Вал имеет ступенчатую структуру следовательно узел вала может быть собран.
Рисунок 10. Эскиз второго вала.
5 Схема свертки валов
Необходимость в свертке валов возникает в связи со стремлением уменьшить габаритные размеры коробки и сориентировать оси валов таким образом чтобы создать как можно лучшие условия работы . Свертка валов изображенная на рисунке 11 является приемлемой с точки зрения действия сил в зацеплениях зубчатых передач.
Рисунок 11. Схема свертки валов.
6 Проверочный расчет выходного вала
Исходя из свертки валов и действия результирующих сил необходимо проверить выходной вал на запас прочности как наиболее нагруженный.
Результирующая действия силы определяется по формуле:
где Т – крутящий момент на валу равный 716 кНм;
di – диаметр соответствующего колеса на валу
α – угол зацепления равный 20 градусам.
Проекции результирующих сил на горизонтальную и вертикальную плоскость:
Реакции опор определяются следующим образом:
Сумма моментов относительно точки А в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле
Сумма моментов относительно точки А в вертикальной плоскости:
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Суммарные моменты в характерных точках определяется по формуле
Эпюры изгибающих моментов представлены на рисунке 12
Рисунок .12 – Эпюры изгибающих моментов
Промежуточный вал проверяем на прочность в месте посадки второго зубчатого колеса на шпонку .
Выбираем материал вала – Сталь 20Х со следующими характеристиками:
Результирующий изгибающий момент равен:
Крутящий момент на валу равен 716 Нм.
Определяем напряжения изгиба:
Определяем напряжение кручения:
Принимаем что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу а напряжения кручения - по отнулевому тогда:
где и - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;
и - постоянные составляющие
При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяется по формуле:
- запас сопротивления усталости при изгибе;
- запас сопротивления усталости при кручении
где и - коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости
и - пределы выносливости
и - коэффициенты концентрации напряжений в
расчетном (опасном) сечении при изгибе и кручении соответственно
где и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений (для ступенчатых галтельных переходов) равные соответственно 235 и 21 соответственно
- коэффициент учитывающий наличие поверхностного упрочнения в нашем случае равный 1;
и - коэффициенты учитывающие размеры вала (масштабный фактор)
где d – диаметр вала.
и - коэффициенты учитывающие качество (шероховатость) поверхности
- коэффициент шероховатости равный 32
Вычисляем запас сопротивления усталости при изгибе по формуле (42)
Вычисляем запас сопротивления усталости при кручении по формуле (43)
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба по формуле
Так как результирующий коэффициент запаса прочности s = 145 можем сделать вывод что вал выдержит приложенные к нему нагрузки.
7 Проверочный расчет подшипников выходного вала
Из схемы действия сил на вал определим результирующее значение сил реакций опор по формуле
Опора В более нагружена поэтому проверочный расчет подшипников производится по ней. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку по формуле [2 с. 117]
где Fr – радиальная нагрузка равная 929 Н;
Fa – осевая нагрузка в нашем случае равна нулю;
X – коэффициент радиальной нагрузки X = 1;
Y – коэффициент осевой нагрузки Y = 0;
V – коэффициент вращения V = 1;
– температурный коэффициент ;
K – коэффициент безопасности K = 13.
Требуемую динамическую грузоподъемность определяли [2 с.118]
где – ресурс в часах равный 20000ч;
а – коэффициент учитывающий качество материала и условия эксплуатации принимали равным 07;
n – номинальная частота вращения промежуточного вала равная 800 обмин.
Допустимая грузоподъемность для подшипника 1000905 по ГОСТ 8338-75 равна Cr=732 кН. Так как то можно сделать вывод что данный подшипник подходит по грузоподъемности.

Спецификация.spw

Автоматическая коробка
Пояснительная записка
Крышка подшипника сквозная
Прокладка регулировочная
Прокладка уплотнительная
Мaнжета 1-30 х 47-1 4
Двигатель асинхронный
ААМ50В2ЕЭ У1.1 220 В
IM3081 ТУ16-510.566-82
Двигатель постоянного тока
Siemens 1FK7064-5AF71

Титульный лист.docx

Уфимский государственный авиационный технический университет.
Кафедра мехатронных станочных систем.
«Разработка модуля главного движения станка с числовым программным управлением»
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Конструирование мехатронных модулей»
(обозначение документа)

Чертеж.cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.

КММ басманов 18.docx

Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя6
Определение основных технических характеристик модуля.10
1. Основные технологические условия использования станка10
2. Характерные сочетания технологических условий11
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности11
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля12
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков13
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка14
Определение компоновок станка и модуля.16
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.18
1 Основные переходы и схемы обработки.18
2. Определение функциональных подсистем.19
3. Разработка структуры проектируемого модуля.21
Разработка кинематической схемы модуля23
1 Определение параметров коробки передач23
2 Разработка принципиальной схемы модуля26
3 Определение передаточных отношений чисел зубьев шестерен и диаметров уточнение кинематической схемы.28
4 Определение расчетных нагрузок.29
Проектные расчеты деталей.30
1 Расчет допускаемых контактных напряжений для зубчатых колес.30
2 Предварительный расчет диаметров валов31
3 Расчет зубчатых передач32
4 Расчет ременной передачи Ip234
4 Выбор компоновки привода.35
6 Схема свертки валов38
Проверочный расчет и уточнение конструкции.38
1 Проверочный расчет выходного вала.38
2 Проверочный расчет подшипников выходного вала45
3 Проверочный расчет зубчатых передач.47
4 Проверка шпоночного соединения49
Список литературы.52
В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда и следовательно возросли темпы прироста выпуска продукции.
Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ) робототехнологические комплексы (РТК) автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС) как станки с компьютерным управлением являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.
В данном курсовом проекте разработан привод главного движения многоцелевого мехатронного станка с нормальной структурой и раздельной компоновкой включающий в себя трехступенчатую коробку переключения передач обеспечивающую наименьшую себестоимость .
Анализ конструкции обрабатываемых деталей уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали – представителя
В качестве детали-представителя выбрана деталь типа «петля» изготавливаемая на заводе «Стерлитамак М.Т.Е.». Эскиз представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Петля»
Материал заготовки Сталь 3 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. Сталь 45 ГОСТ 14637-89 предел прочности МПа предел текучести МПа относительное удлинение % относительное сужение % твердость НВ 197-229. В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности:
Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: радиальное биение 0.002мм; перпендикулярность 0.01мм параллельность 0.01мм.
Допуски на размеры данного изделия выполняются по среднему классу точности так же присутствуют точные отверстия с допусками H7 H6.
Показатели базовой поверхности (Ra 0.8мкм плоскостность 0.01мм) детали обеспечивают точность установки и обработки. Максимальная ширина обработки Вmax= 50 мм. Минимальный диаметр dmin=4 мм.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование и сверление.
Таблица 1.1 – Базовая маршрутная технология изготовления детали-представителя
После анализа базового варианта маршрутной технологии были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 1.2.) Ставилась задача укрупнить операции сверления фрезерования и свести обработку к минимальному количеству установов и минимизировать количество задействованных при изготовлении единиц оборудования.
Таблица 1.2 – Модернизированная технология
Наименование операции
Сверлильно-фрезерная
Проектируемый станок
Технологический процесс механической обработки данной детали может быть сведен к двум установам и применению лишь одного станка – завода «Стерлитамак М.Т.Е.» модель 800V с ЧПУ.
Рассмотрим переходы выполняемые на проектируемом станке рис. 2.
Рисунок 2. Основные переходы обработки.
На рисунке 2 мы рассмотрел все основные переходы обработки которые выполняются на проектируемом станке.
Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Исходные данные
Обрабатываемый материал и его характеристики
Наибольшая ширина фрезорования мм
Наибольшая (расчетная) глубина
режущей части инструмента
Фрезерование торцевое сверление нарезание резьбы
1. Основные технологические условия использования станка
К технологическим условиям относятся:
-обрабатываемые материалы и их предельные характеристики –конструкционная сталь 45 вm
-основные переходы обработки – фрезерование и сверление;
-характер обработки – чистовая с глубиной резания t = 05 мм чистовая с глубиной резания t = 1 мм;
-вид материала режущей части инструментов – твердый сплав;
-предельные диаметры обработки Bmax = 50 мм (фрезерование) dmin = 4 мм (сверление).
2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия определяющие минимальная скорость резанья- vmin максимальная подача - Smax и максимальная эффективная мощность резанья - Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки который соответствует предварительному продольному точению материала c наибольшей прочностью – конструкционной стали (в = 700 МПа) и условия определяющие vmax – наиболее легкий режим обработки соответствующий чистовому фрезерованию материала с наименьшей прочностью – конструкционной стали (в = 300 МПа).
3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Smax определим по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали. Для предварительного фрезерования конструкционной стали при диаметре обработки dmax = 07 50=35 мм использовании твердосплавной фрезы и наибольшей глубине резания t = 15 мм Smax = 018 ммоб.
Наименьшая скорость резания для предварительного торцевого фрезерования конструкционной стали (в = 700 МПа) твердосплавным инструментом с учетом глубины резания t = 15 мм с наибольшей подачей Smax =018 ммоб согласно базе режимов равна vmin = 41 ммин.
Наибольшая скорость при чистовом торцевом фрезеровании конструкционной стали с наименьшей прочностью (в = 300 МПа) с учетом глубины резания tmax = 05 мм с наименьшей подачей Smin = 008 ммоб равна vmax = 382 ммин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН». При предварительного торцевом фрезеровании конструкционной стали (в = 700 МПа) заготовки c диаметром D = 35 мм твердосплавной фрезой при t = 15 мм S = 018 ммоб V = 41 ммин эффективная мощность резания Nэф = 14 кВт.
4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при торцевом фрезеровании):
где Vmin – минимальная скорость резания
dmax – максимальный диаметр обработки.
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при сверлении):
где vmax – максимальная скорость резания
dmin – минимальный диаметр обработки.
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax tmax dmaxVmin HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =14 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
где - к.п.д. привода ориентировочно = 08;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки при фрезеровании kп находится в пределах 105 11. Принимаем kп = 106;
По мощности электродвигателя выбрали двигатель постоянного тока фирмы Siemens марки 1FK7064-5AF71 со следующими основными характеристиками:
5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля был выбран станок вертикально фрезерный с ЧПУ модели 800V.
На данном станке имеется возможность обработки деталей с твердостью до HRC 65 что позволяет заменить операции шлифования и хонингования фрезерованием что значительно сокращает время обработки. Станок оснащен числовым программным управлением высокой точности что дает возможность производить комплексную обработку деталей в режимах программного управления.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Технические характеристики модуля главного движени и станка-аналога.
Наименование параметров
Диаметр поверхности стола мм
Точность позиционирования при непрерывном отсчете координат
Наибольшая масса обрабатываемой детали кг не более
Пределы частот вращения шпинделя мин -1
Номинальный крутящий момент на шпинделе Н м
6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений полученных для модуля станка-аналога которым был выбран 800V проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля.
Необходимые технические характеристики проектируемого модуля представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Необходимые технические характеристики проектируемого модуля.
Проектируемый модуль
Наибольший диаметр обработки dmax мм
Наименьший диаметр обработки dmin мм
Диапазон частот регулирования шпинделя (прутковый вариант) обмин
Мощность привода гл. движения кВт
На основании данной таблицы 2.3 мы получили необходимые технические характеристики проектируемого модуля.
Определение компоновок станка и модуля.
Выбрав за аналог станок 800V с учетом задачи изменим компоновку станка-анлога.
Рисунок 3. Компоновка проектируемого станка.
Для станка наиболее выгодно применение консольной компоновки. В этом случае станок занимает на 35 – 40 % меньшую площадь чем при портальной компоновке. Кроме того стол является неподвижным что обеспечивает высокую точность позиционирования. В качестве компоновки привода шпинделя принимаем раздельную компоновку (указано в задании на проектирование). Раздельная компоновка отличается выполнением коробки передач раздельно со шпиндельным узлом.
Предлагаемая компоновка проектируемого модуля предоставлена на рисунке 4.
Рис 4. Компоновка проектируемого модуля
Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
1 Основные переходы и схемы обработки.
Основные переходы проектируемые на данном станке: фрезерование сверление (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Основные переходы и схемы обработки.
Метод формообразования
Состав исполнительных движений
Фрезерование торцевое
На станке-аналоге обработка ведется при постоянных значениях частоты вращения шпинделя и подачи.
2. Определение функциональных подсистем.
В проектируемом модуле необходимо обеспечить изменение частоты вращения шпинделя в процессе резания с учетом колебаний шпиндельного устройства для исключения резонансных колебаний. Это снижает шероховатость поверхности изготавливаемой детали. Также позволяет изменять частоту вращения шпинделя в процессе резания с учетом диаметра обработки (при его непостоянстве) и оптимальной температуры резания для обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
Проанализировав состав исполнительных подсистем проектируемого станка его конструкцию кинематику и работу при выполнении перехода определили функциональные подсистемы модуля. В таблице 4.2 для сравнения приведены функциональные подсистемы как станка-аналога так и проектируемого модуля.
Таблица 4.2 Функциональные подсистемы станка-аналога и проектируемого модуля.
Проектируемый станок.
ПО1 [П11 УБ11 ТБ11 О11]
ПО1 [П11 УБ22 ТБ22 О11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ11]
РД1 [(ПО1) ВН11 РБ22]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП12]
ПМ1 [(ПО1) (РД1) (СД1) ВП22]
Функциональные подсистемы 2-го уровня служат для обеспечения параметров исполнительных движений.
Подсистемы 3-го уровня служат для обеспечения особенностей параметров движения при изготовлении детали.
ПО - обеспечение пуска и останова; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения; ПМ - обеспечение перемещения;
П - пуск УБ - ускорение бесступенчатое ТБ - торможение бесступенчатое О - остановка;
ВН - выбор направления
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
- программное управление
- программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
- требуемый цикл 12 - параметр определяющий величину перемещения 13 - параметр определяющий скорость движения; 21 - требуемые параметры движений и обеспечения наименьшей себестоимости обработки
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
С учетом основных переходов и схемы обработки(таб. 4.1) функциональных подсистем(таб. 4.2) проектируемого модуля составлена его блок-схема (рис. 5).
Рисунок 5. Блок – схема проектируемого модуля.
В соответствии с этой блок-схемой составим структурную схему изображенную на рис. 6.
На Рис.6. показана структура модуля главного движения с учетом наименьшей себестоимости обработки деталей.
Рисунок 6. Структура модуля главного движения.
Структура данного модуля отличается от модуля станка – аналога введением дополнительных датчиков скорости температуры резания и дополнительный датчик углового положения.
Разработка кинематической схемы модуля
1 Определение параметров коробки передач
Диапазон регулирования привода:
где nmax=6000 обмин - максимальная частота вращения на шпинделе
nmin=320 обмин - минимальная частота вращения на шпинделе
Диапазон регулирования с постоянной мощностью:
где b=4 - для многоцелевых станков
Диапазон регулирования с постоянным моментом:
Диапазон регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Тогда для выбранного электродвигателя:
Определение знаменателя ряда регулирования.
Первоначально знаменатель ряда принимается равным диапазону регулирования двигателя по полю с постоянной мощностью:
Расчетное число ступеней коробки:
Учитывая что число диапазонов регулирования должно быть целым расчетное число ступеней округляется в большую сторону и принимается равным 3.
При округлении числа ступеней коробки в большую сторону фактический знаменатель ряда уменьшается. Его значение уточняется:
Диапазоны регулирования привода уточняются по принятому окончательно значению знаменателя:
Уточнение частот электродвигателя:
Определение характерных частот вращения шпинделя.
где nр - расчетная частота
2 Разработка принципиальной схемы модуля
Для принятой компоновки модуля с раздельной коробкой передач определим несколько возможных вариантов структурных формул а затем выберем из них оптимальную (рис. 7):
В данном курсовом проекте поставлена задача спроектировать привод главного движения с нормальной множительной структурой и раздельной компоновкой а это значит что шпиндель будет располагаться раздельно с зубчатыми передачами. Выполненный по первому и второму варианту привод главного движения будет иметь большие осевые габариты. Таким образом третий вариант структурной формулы является более предпочтительным. По нему будем вести дальнейшие расчеты.
Рисунок 7. Структурная сетка.
При окончательной разработке кинематической схемы привода возникает необходимость введения постоянных передач для уменьшения осевых и радиальных габаритов привода.
Разрабатываем принципиальную кинематическую схему привода рис.8.
Рисунок 8. Принципиальная кинематическая схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
Построение графика частот вращения шпинделя.
Рисунок 9. График частот проектируемого модуля.
3 Определение передаточных отношений чисел зубьев шестерен и диаметров уточнение кинематической схемы.
По графику частот вращения определяем значения частных передаточных отношений
Определяем числа зубьев представив передаточные отношения в виде простых дробей с условием что Szi>70 тогда:
Проверка кинематического расчёта.
Рисунок 10. Уточненная схема разрабатываемого привода с раздельной компоновкой и нормальной структурой.
4 Определение расчетных нагрузок.
Мощность на i-том валу равна:
где - коэффициент потери мощности на i-том валу.
где - КПД пары подшипников ;
- КПД зацепления зубчатой передачи
где - КПД зубчатого зацепления
Определяем максимальные моменты на валах:
Момент на i-том валу:
где - расчетная частота вращения i-того вала.
Проектные расчеты деталей.
1 Расчет допускаемых контактных напряжений для зубчатых колес.
Из условия оптимизации габаритов для всех зубчатых колес принимаем материал 20Х с последующей цементацией (HRC 56-62).
Так как НВ>350 то допускаемые контактные напряжения определяются по формуле
где SH – коэффициент запаса прочности равный 11;
– предел контактной выносливости по поверхности зуба для расчетного материала равен 410 МПа;
ZN – коэффициент долговечности принимаем равным 16;
ZR – коэффициент влияния шероховатости принимаем равным 1.
ZV – коэффициент учитывающий влияние окружной скорости принимаем равным 1.
Максимальное допускаемое напряжение изгиба рассчитывается по формуле
где SF – коэффициент запаса прочности равный 17;
– предел выносливости для расчетного материала равен 240 МПа;
YN – коэффициент долговечности принимаем равным 1;
YA – коэффициент учитывающий влияние шероховатости равный 1.2;
YR – коэффициент учитывающий влияние реверса принимаем равным 1.
2 Предварительный расчет диаметров валов
В качестве материала для валов выбираем сталь 20Х
Минимальный диаметр вала определяем в зависимости от крутящего момента.
Округлили d1до стандартного значения
Округлили d2до стандартного значения .
Округлили d3до стандартного значения .
3 Расчет зубчатых передач
Параметры передач определяем по следующим формулам:
Геометрические параметры передач приведены в таблице 6.1.
Параметры передачи Таблица 6.1
Делительный диаметр di мм
Диаметр вершин dai мм
Диаметр впадин df1 мм
Окружная сила Fti Н
Межосевое расстояние awi мм
Ширина зубчатого венца b мм
4 Расчет ременной передачи Ip2
Расчет ременной передачи произведем по программе «Комплекс инженерных расчетов» разработанной МГТУ «СТАНКИН».
Передача вращения от коробки передач на вал шпинделя осуществляется поликлиновым ремнем.
4 Выбор компоновки привода.
Рассмотрим два варианта компоновки привода показанных на рисунках 11 и 12.
Рисунок 11. Первый вариант компоновки привода.
Рисунок 12. Второй вариант компоновки привода
Выбираем второй вариант компоновки привода проектируемого модуля. Так как коробка передач получиться более компактной (меньшие габаритные размеры) а также экономически выгодной при изготовлении корпуса (экономия материала).
Эскизы валов необходимы для наглядного представления порядка сборки узлов. На рисунке 13 изображен эскиз входного вала. Вал имеет шлицы на проход следовательно узел входного вала может быть собран.
Рисунок 13. Эскиз первого вала.
Рисунок 14. Эскиз второго вала.
Из рисунка 14 видно что выходной Вал имеет ступенчатую структуру следовательно узел вала может быть собран.
6 Схема свертки валов
Необходимость в свертке валов возникает в связи со стремлением уменьшить габаритные размеры коробки и сориентировать оси валов таким образом чтобы создать как можно лучшие условия работы . Свертка валов изображенная на рисунке 15 является приемлемой с точки зрения действия сил в зацеплениях зубчатых передач.
Рисунок 15. Схема свертки валов.
Проверочный расчет и уточнение конструкции.
1 Проверочный расчет выходного вала.
Исходя из свертки валов и действия результирующих сил необходимо проверить выходной вал на запас прочности как наиболее нагруженный.
Результирующая действия силы определяется по формуле:
где Т – крутящий момент на валу равный 3456 Нм;
di – диаметр соответствующего колеса на валу
α – угол зацепления равный 20 градусам.
Проекции результирующих сил на горизонтальную и вертикальную плоскость:
Реакции опор определяются следующим образом:
Сумма моментов относительно точки А в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле
Сумма моментов относительно точки А в вертикальной плоскости:
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Суммарные моменты в характерных точках определяется по формуле
Эпюры изгибающих моментов представлены на рисунке 16.
Рисунок. 16 – Эпюры изгибающих моментов
Промежуточный вал проверяем на прочность в месте посадки второго зубчатого колеса на шпонку.
Выбираем материал вала – Сталь 20Х со следующими характеристиками:
Результирующий изгибающий момент равен:
Крутящий момент на валу равен 3456 Нм.
Определяем напряжения изгиба:
Определяем напряжение кручения:
Принимаем что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу а напряжения кручения - по отнулевому тогда:
где и - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;
и - постоянные составляющие
При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяется по формуле:
- запас сопротивления усталости при изгибе;
- запас сопротивления усталости при кручении
где и - коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости
и - пределы выносливости
и - коэффициенты концентрации напряжений в
расчетном (опасном) сечении при изгибе и кручении соответственно
где и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений (для ступенчатых галтельных переходов) равные соответственно 235 и 21 соответственно
- коэффициент учитывающий наличие поверхностного упрочнения в нашем случае равный 1;
и - коэффициенты учитывающие размеры вала (масштабный фактор)
где d – диаметр вала.
и - коэффициенты учитывающие качество (шероховатость) поверхности
- коэффициент шероховатости равный 32
Вычисляем запас сопротивления усталости при изгибе по формуле (42)
Вычисляем запас сопротивления усталости при кручении по формуле (43)
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба по формуле
Так как результирующий коэффициент запаса прочности s = 249 можем сделать вывод что вал выдержит приложенные к нему нагрузки.
2 Проверочный расчет подшипников выходного вала
Из схемы действия сил на вал определим результирующее значение сил реакций опор по формуле
Опора В более нагружена поэтому проверочный расчет подшипников производится по ней. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку по формуле [2 с. 117]
где Fr – радиальная нагрузка равная 480 Н;
Fa – осевая нагрузка в нашем случае равна нулю;
X – коэффициент радиальной нагрузки X = 1;
Y – коэффициент осевой нагрузки Y = 0;
V – коэффициент вращения V = 1;
– температурный коэффициент ;
K – коэффициент безопасности K = 13.
Требуемую динамическую грузоподъемность определяли [2 с.118]
где – ресурс в часах равный 20000ч;
а – коэффициент учитывающий качество материала и условия эксплуатации принимали равным 07;
n – номинальная частота вращения промежуточного вала равная 800 обмин.
Допустимая грузоподъемность для подшипника 1000905 по ГОСТ 8338-75 равна Cr=732 кН. Так как то можно сделать вывод что данный подшипник подходит по грузоподъемности.
3 Проверочный расчет зубчатых передач.
Допускаемые контактные напряжения . Допускаемые напряжения изгиба
Проверочный расчет произведем по программе «Комплекс инженерных расчетов» разработанной МГТУ «СТАНКИН». В меню программы выберем «Проверочный расчет зубчатой передачи».
Расчет передач представлен на рисунках 17 – 19.
Рисунок 17. Результаты проверочного расчета передачи ip1-i1
Рисунок 18. Результаты проверочного расчета передачи i2
Рисунок 19. Результаты проверочного расчета передачи i3
Из проверочных расчетов зубчатых передач можно сделать вывод что рабочие напряжения в передачах не превышают допускаемые.
Запас прочности по контактным напряжениям найдем по формуле
Запас прочности по напряжениям изгиба найдем по формуле
4 Проверка шпоночного соединения
Проверка шпоночного соединения проводится на смятие по формуле согласно [1 с. 93]:
где - рабочая часть шпонки равная ;
Т – момент на валу равный 3456 Нмм;
h – высота шпонки равная 5 мм.
Допускаемое напряжение смятия для неподвижных соединений . Так как то соединение выдерживает нагрузку.
В ходе выполнения курсовой работы были разработаны элементы эскизного и технического проекта модуля главного движения станка с компьютерным управлением. Были определены технологическое назначение станка основные функциональные подсистемы модуля и его структура компоновка станка и модуля разработана кинематическая схема модуля. Данный модуль предназначен для обработки деталей типа петля при проектировании были учтены все основные поверхности которые могут включать в себя детали данного типа.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высш. шк. 1985 – 416с.
Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин М.: Машиностроение. 1988г.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. - 6-е издание переработано и дополнено. - М.: Машиностроение 1982. -736 с.
Проников А.С. Металлорежущие станки и автоматы – М.: Машиностроение. 1981г – 479с.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Т. 2. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд. - М.: Машиностроение 1986 год. 496 с.
Пакеты прикладных программ к подсистемам САПР металлорежущих станков. ЭНИМС СТАНКИН. М. 1985 – 2002.
«Справочник технолога-машиностроителя». В 2-х томах. Т. 2. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд. - М.: Машиностроение 1986 год. 496 с.
«Проектирование приводов главного движения и подачи металлорежущих станков» Методические указания Составители: Куликов Кудояров и др. Уфа УАИ 1988 42 с
.9. Пуш В.И. «Проектирование металлорежущих станков». М.: Машиностроение 1987 г. 293 с. ил.

Чертеж11.cdw

Необработанные наружные поверхности коробки передач покрыть
серой эмалью (ХВ 16) ТУ-6-10-1301-78
необработанные поверхности красной маслостойкой эмалью
ОСМ-3 ГОСТ 14299-78.
Залить в коробку масло И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88 в
колличестве 4 литров.
Проверить вручную плавность вращения валов.
Коробку передач обкатать без нагрузки при частоте вращения
быстроходного вала 4000 обмин.
После обкатки масло заменить.