Проект привода главного движения токарного станка на базе станка с ЧПУ модели 16М20Ф3141

Шпиндельный узел.spw

Гайка М24х7 ГОСТ1187-88
Гайка М38х18 ГОСТ1187-88
Гайка М56х18 ГОСТ1187-88
Кольцо 029-035-58-2-8
Кольцо 092-100-58-2-8
Кольцо 110-120-58-2-8
Кольцо 118-130-58-2-8
Кольцо 135-150-58-2-6
Кольцо 260-275-58-2-6
Кольцо 310-320-58-2-6
Манжета 45х65х10 ГОСТ 8752-79
Подшипник 310 ГОСТ 8338-80
Подшипник 211 ГОСТ 8338-80
Подшипник 3514 ГОСТ 5721-75
Подшипник 12310 ГОСТ 8328-75
Подшипник 12312 ГОСТ 8328-75
Подшипник 4-3182126К
Подшипник 4-3182132КЛ
Крышка проходная 230
Крышка проходная 370
Крышка глухая 28-130 ГОСТ 18511-73
Крышка глухая 62-120 ГОСТ 18511-73
Рым-болт М12 ГОСТ 4751-73
Шайба 10 65Г ГОСТ 6402-70
Шайба 12 65Г ГОСТ 6402-70
Шайба 14 65Г ГОСТ 6402-70
Шайба 24 ГОСТ 1872-89
Шайба 38 ГОСТ 1872-89
Шайба 56 ГОСТ 11872-89
Масло И-20А ГОСТ 20799-75

Станок16М30Ф3141.cdw

Технические характеристики
Наибольший диаметр заготовки
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки
Наибольшая масса устанавливаемой заготовки
Наибольшее перемещение рабочих органов с инструментом
Пределы частот вращения шпинделя
Мощность привода главного движения
Габаритные размеры станка (вместе с отдельно расположенными
Технические требоваия
А*- участок рабочего перемещения суппорта для каждой резцовой
равный 330 мм. Размеры для справок
Габариты рабочего пространства

Шпиндельный узел.cdw

Уровень шума не более 82 дБ.
Проверить поступление масла во все смазочные точки
дросселями обеспечить расход в линии смазывания 10 20 капель в
Рабочее давление гидроцилиндра переключения диапазонов-2 МПа.
*Зуб корригированный.

Спецификация-станок.spw

Привод поперечных подач
Привод продольных подач
Резцедержатель трехсторонний
СЕВ 2323-30 (производства НРБ)

моя курсовая.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Технологический факультет
Кафедра: «Технология машиностроения станки и инструменты»
на тему: "Проект привода главного движения токарного станка на базе станка с ЧПУ модели 16М30Ф3141»
Дисциплина: «Металлорежущие станки»
Специальность: 151001
Общее описание станка.
1.Область применения и тип производства.
2.Техническое предложение на проектируемый станок.
3.Выбор основных геометрических параметров станка.
Расчет режимов резания.
Определение передаточного числа и числа зубьев зубчатых колес.
Расчет коробки скоростей.
1.Расчет мощности на валах коробки скоростей.
2.Расчет крутящих моментов на валах коробки скоростей.
3.Определение модулей зубчатых колес коробки скоростей.
4.Определение геометрических параметров зубчатых колес.
5.Определение диаметров зубчатых колес.
Расчет ременной передачи.
Расчет шпиндельного узла.
Общее описание станка
Станок токарный патронно-центровой с ЧПУ модели 16М30Ф3141 предназначен для токарной обработки деталей в центрах и патроне с прямолинейным ступенчатым криволинейным профилем а также для нарезания резьбы.
Станок оснащен устройством числового программного управления (УПЧП) отечественного производства НЦ-31.
Станок изготовляется для нужд народного хозяйства.
Техническая характеристика и жесткость станка позволяет полностью использовать возможности быстрорежущего и твердосплавного инструментов при обработке черных и цветных металлов.
Класс точности станка II по ГОСТ 8-82.
Вид климатического исполнения УХЛ4 по ГОСТ 15150-69 но при этом нижнее значение температуры окружающего воздуха ±50 С.
Общий вид станка показан на листе 1.
Станина Станина цельнолитая на тумбах. Направляющие станины под каретку выполнены: передняя – призматическая задняя – плоская. Направляющие под заднюю бабку выполнены: передняя – плоская задняя – призматическая. Направляющие под каретку закалены. Внутри станины имеются наклонные люки (окна) для отвода стружки и охлаждающей жидкости. На левой тумбе сзади крепится электродвигатель главного привода.
Бабка шпиндельная Бабка шпиндельная установлена на левой (головной) части станины: передней опорой шпинделя является двухрядный роликоподшипник поз.2 работающий в паре с упорно-радиальным шарикоподшипником поз.3. Задней опорой является двухрядный роликоподшипник поз.4. Изменение частоты вращения шпинделя в пределах диапазона достигается изменением частоты вращения главного привода (электродвигателя постоянного тока). Переключение с одного диапазона на другой осуществляется за счет перемещения блока зубчатых колес.
Бабка задняя Бабка задняя поз.1 перемещается по направляющим станины на четырех радиальных шарикоподшипниках установленных в мостике поз.2. На направляющих станины задняя бабка закрепляется при помощи двух планок четырьмя болтами. Поперечное смещение корпуса бабки относительно мостика производится с помощью двух винтов и гайки установленной в мостике. Перемещение пиноли поз.3 осуществляется вручную и гидравлически. Управление гидроцилиндром производится посредством двух педалей.
Каретка Каретка снабжена призматической и плоской направляющими для продольного перемещения по станине и двумя плоскими для перемещения по ним поперечной ползушки с устройством для закрепления режущих инструментов. Защита направляющих станины под каретку осуществляется посредством скребков войлочных и резиновых уплотнений.
Пара винтовая (продольная) Пара винтовая (продольная) предназначена для продольного перемещения каретки по станине состоит из шариковой пары и двух опор. Правая опора используется для крепления электродвигателя привода продольных подач. Конструкция гайки винтовой пары позволяет производить регулировку зазора.
Резцедержатель четырехпозиционный. Поворот резцедержателя из исходного положения в заданное осуществляется посредством включения электродвигателя по программе. Движение от электродвигателя через зубчатую и червячную передачи передается винтовой полумуфте червячного колеса. При повороте полумуфты корпус резцедержателя под действием четырех пружин поднимается и расцепляется с мелкозубой муфтой закрепленной на основании. После расцепления резцедержатель поворачивается до заданного положения контролируемого одним из микропереключателей. При срабатывании одного из микропереключателей дается команда на реверс электродвигателя и соответственно корпуса резцедержателя. Корпус резцедержателя поворачивается до жесткого упора и затем зажимается в заданном положении что контролируется микропереключателем. В конструкции резцедержателя предусмотрена настройка поворот и зажим резцедержателя вручную. Для этого на валу червяка предусмотрено гнездо под ключ. Смазка трущихся поверхностей резцедержателя осуществляется вручную в защитном кожухе командоаппарата.
Пара винтовая (поперечная) Пара винтовая предназначена для перемещения ползушки по каретке и базируется в расточках корпуса каретки. Конструкция гайки винтовой позволяет регулировать зазор.
Фартук Фартук предназначен для конструктивной связи каретки и гайки винтовой с целью обеспечения перемещения каретки и ползушки с револьверными головками. Фартук крепится к нижней части каретки.
Упоры Упоры предназначены для подачи сигналов по пути от подвижных органов станка – каретки и ползушки по координатам Z и X. В комплект упоров по каждой координате входит линейка с пазами для кулачков кулачки и блок микропереключателей. По координате Х линейка с пазами крепится к ползушке блок микропереключателей установлен неподвижно на каретке. По координате Z линейка с пазами закреплена неподвижно на станине а электроконтактный переключатель перемещается вместе с фартуком. Упоры на линейке размещаются одинаково как по оси Х так и по оси Z. Упор 1 указывает нулевое положение подвижных органов. Упоры 2 и 3 предназначены для перемещения подвижных органов в минус или в плюс соответственно. Упоры 4 и 5 предназначены для ограничения перемещения подвижных органов в аварийном положении в минус или в плюс соответственно.
Ограждение зоны резания Ограждение зоны резания предназначено для защиты оператора от стружки брызг охлаждающей жидкости и включает в себя неподвижные щитки расположенные над задним стружкосборником станины и подвижным кожухом. Подвижный кожух перемещается на двух круглых направляющих штангах одна из которых крепится на промежуточных кронштейнах переднего корыта. На передней стенке кожуха имеется смотровое окно с защитной решеткой.
Охлаждение Охлаждение предназначено для подачи охлаждающей жидкости на режущий инструмент в зону резания и включает в себя гидробак с насосом механизм подвода к ползушке и подвижную систему трубопроводов на ползушке с устройствами регулировки количества подаваемой охлаждающей жидкости. Направление и расход эмульсии необходимо выбирать таким образом чтобы обеспечить наибольшее попадание СОЖ на режущий инструмент. Подвод охлаждающей жидкости к каретке и ползушке осуществляется посредством гибких шлангов расположенных в защитных кожухах.
Электротрубомонтаж Электротрубомонтаж по станку ведется в верхнем коробе. Электротрубомонтаж к каретке и ползушке осуществляется посредством гибких металлорукавов. Электрошкаф со станком соединяется верхней разводкой выполненной в соединительных коробах. Соединение устройства ЧПУ с электрошкафом производится шлангами и металлорукавами.
Привод продольных подач От высокомоментного электродвигателя вращение передается на винт продольной подачи. Вал электродвигателя соединяется с винтом компенсирующей муфтой.
Привод поперечных подач От высокомоментного электродвигателя через цилиндрические зубчатые колеса редуктора вращение передается на винт поперечных подач.
Борштанга Расточная борштанга предназначена для обработки внутренних поверхностей деталей типа тел вращения. На станке установлена стойка под расточную борштангу. Стойка жестко крепится винтами на ползушке каретки. Борштанга крепится в стойке и фиксируется от смещения посредством цилиндрического штыря. В паз борштанги устанавливается один инструмент. Подвод охлаждающей жидкости осуществляется через борштангу. Борштага со станком не поставляется а изготавливается потребителем в зависимости от размеров обрабатываемой детали.
Основные технические данные и характеристика станка 16М30Ф3141
Наибольший диаметр заготовки:
устанавливаемой над станиной мм
обрабатываемой над станиной мм
обрабатываемой над суппортом мм
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки мм
Наибольшая масса устанавливаемой заготовки кг
Высота устанавливаемого резца мм
Наибольшая масса оправки (блока) кг
Наличие накопителей инструмента
Количество инструментов одновременно устанавливаемых на станке
Время автоматической смены инструмента с
Наибольшее перемещение рабочих органов с инструментом мм - по оси Х
Дискретность задания перемещения мкм
- по оси Х (на радиус)
Точность одностороннего позиционирования мм
Количество одновременно управляемых формообразующих координат
Мощность привода главного движения кВт
Суммарная мощность установленных на станке электродвигателей кВт
Габаритные размеры станка (вместе с отдельно расположенными агрегатами) мм
Масса станка (вместе с отдельно расположенными агрегатами) кг
Шероховатость наружной цилиндрической поверхности после чистовой обработки
1. Область применения и тип производства
Областью применения токарного станка является мелкосерийное высокономенклатурное производство.
2.Техническое предложение на проектируемый станок
Для изготовления детали-представителя необходимо выполнить следующие операции: подрезка торцев центрование точение резьбонарезание.
На токарном патронно-центровом станке с ЧПУ модели 16М30Ф3141 можно выполнить все эти операции. На базе этого станка разрабатываем новый с более широким диапазоном частот вращения шпинделя.
3. Выбор основных геометрических параметров станка
Наибольший диаметр обработки Dma
Высота центров H=125 мм;
Наименьший диаметр обработки ;
Dmin 200 5 6 = 333 40мм
Принимаем Dmin=40 мм.
Расчет режимов резания
Таблица 1. - Значения скоростей резания рекомендуемых при токарной обработке деталей из конструкционных сталей
Материал инструмента
Наружное точение черновое
Наружное точение чистовое
Определение наибольшей и наименьшей частот вращения шпинделя:
Расчетную частоту вращения шпинделя можно определить по формуле:
где nmax nmin- предельные значения частот вращения шпинделя обмин.
Принимаем nрасч = 120 обмин = 2 обс
По нормали станкостроения выбираем =112 потому что такой знаменатель геометрического ряда применяется в автоматах где требуется точная настройка на заданный режим.
Определяем число скоростей шпинделя:
где Dкс – диапазон регулирования коробки скоростей
Определяем диапазон регулирования частот вращения шпинделя с постоянной мощностью:
Определение эффективной мощности потребной на резание:
где Мкр – крутящий момент на шпинделе Нм;
nрасч – расчетная частота вращения шпинделя обс.
Определяем крутящий момент на шпинделе по формуле:
где Рz – тангенциальная составляющая силы резания Н;
d – диаметр обрабатываемого изделия м.
d = 07Dmax = 07200 = 140мм = 014м.
где PZтабл – табличное значение тангенциальной составляющей
К1 К2 - коэффициенты
Мощность электродвигателя привода главного движения:
где – КПД коробки скоростей = 075 085
Предварительный подбор электродвигателя:
по каталогу выбираем двигатель постоянного тока 2ПФ180МУХЛ4:
- мощность Р = 9 кВт;
- нормальное напряжение U =440 В;
- номинальная частота вращения пном=750 обмин;
- максимальная частота вращения nma
- минимальная частота вращения пmin =100 обмин.
Определим диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью:
Определяем диапазон переключения в группе передач:
( пределы передаточных отношений в группе передач 025 ≤ i ≤2 )
Определим количество ступеней скорости механической коробки скоростей:
Определение передаточного числа и числа зубьев зубчатых колес коробки скоростей
Определим максимальную частоту вращения ²² вала задавшись значением i3 = 2:
Нанесем передаточное отношение i3 на график частот.
Задавшись передаточным отношением i0 = 05 найдем максимальную частоту вращения ² вала:
По графику определяем i1 и i2 .
Определим частоту вращения шпинделя при максимальной частоте вращения двигателя и минимальным передаточным отношением коробки скоростей:
Определим частоту вращения ²² вала при включении на шпинделе расчетной частоты:
При этом двигатель должен обеспечить частоту
Определим частоту вращения двигателя при включении пmin:
Выражаем передаточные отношения через знаменатель φ:
i1 = φ-2= 0797 – понижающая передача с I вала на II вал коробки.
i2 = φ-5 = 0567 - понижающая передача cо II вала на III вал (шпиндель).
i3 = φ+6= 2 - передача со II вала коробки скоростей на III вал (шпиндель).
Исходя из передаточного отношения определяем стандартные значения чисел зубьев зубчатых колес.
Таблица 2.- Значения чисел зубьев зубчатых колес.
Расчет коробки скоростей
Наиболее важными задачами которые должны решаться при расчете и конструировании коробок скоростей являются:
- увеличение нагрузочной способности деталей и надежности их работы;
- упрощение конструкции и технологии изготовления деталей повышение точности и плавности хода особенно тяжелонагруженных и быстроходных зубчатых передач;
- улучшение динамических свойств зубчатых колес валов и т.д.
Эти показатели и характеристики взаимосвязаны поэтому следует иметь в виду что улучшение одних показателей может вызвать ухудшение других.
1. Расчет мощности на валах коробки скоростей
Эффективная мощность резания Nэф= 6070 кВт.
Определим значения мощностей на валах коробки скоростей:
где зп = 095 – КПД зубчатой передачи;
пк = 0995 – КПД подшипников качения;
где рп = 0985 – КПД ременной передачи;
пк = 0995 – КПД подшипников качения.
Уточненный КПД коробки скоростей:
Мощность потребляемая электродвигателем:
2. Расчет крутящих моментов на валах коробки скоростей
3. Определение модулей зубчатых колес коробки скоростей
Для стальных прямозубых колес модуль определяется по формуле:
где пов- допускаемые напряжения по усталости поверхностных слоев;
N - мощность вала на котором расположено меньшее (ведущее) колесо кВт;
nрасч - расчетная частота вращения ведущего колеса при которой передается полная мощность обмин;
Z - число зубьев шестерни (малого ведущего колеса);
=07 16 при симметричном расположении шестерни и жестких валах;
к - коэффициент нагрузки. При предварительных расчетах можно принять к=12..14.
Модуль для передачи с передаточным отношением i = 0797:
Z = 42 – число зубьев шестерни;
к = 12- коэффициент нагрузки;
N = 7187 Вт – передаваемая мощность;
п = 120 обмин – расчетная частота вращения шестерни;
пов= 10 5Нсм2 – допускаемое напряжение по усталости поверхностных слоев;
Принимаем для данного зацепления т = 3мм.
Модуль для передачи с передаточным отношением i = 0567:
Z = 34 – число зубьев шестерни;
N = 6794 Вт – передаваемая мощность;
Принимаем для данного зацепления т = 4мм.
Модуль для передачи с передаточным отношением i = 2:
Z = 53 – число зубьев шестерни;
N = 6422 Вт – передаваемая мощность;
Принимаем для данного зацепления т = 25 мм.
4. Определение геометрических параметров зубчатых колес
По полученным значениям модулей рассчитываем геометрические параметры зубчатых колес.
Определим делительные диаметры по формуле Dд = тZ:
Z = 42 Dд = 3 42 = 126 мм
Z = 53 Dд = 3 53 = 159 мм
Z = 34 Dд = 4 34 = 136 мм
Z = 61 Dд = 4 61 = 244 мм
Z = 53 Dд = 25 53 = 1325 мм
Z = 26 Dд = 25 26 = 65 мм.
Определим диаметры вершин по формуле Dвер = Dд + 2т:
Z = 42 Dвер = 126 + 2 3 = 132 мм
Z = 53 Dвер = 159 + 2 3 = 165 мм
Z = 34 Dвер = 136 + 2 4 = 144 мм
Z = 61 Dвер = 244 + 2 4 = 252 мм
Z = 53 Dвер = 1325 + 2 25 = 1375 мм
Z = 26 Dвер = 65 + 2 25 = 70 мм.
Определяем диаметры впадин по формуле Dвп = Dд – 25т:
Z = 42 Dвп = 126 - 25 3 = 1185 мм
Z = 53 Dвп = 159 - 25 3 = 1515 мм
Z = 34 Dвп= 136 - 25 4 = 126 мм
Z = 61 Dвп = 244 - 25 4 = 234 мм
Z = 53 Dвп = 1325 - 25 25 = 12625 мм
Z = 26 Dвп = 65 - 25 25 = 5875 мм
Определим ширину зубчатого венца по формуле b = 10 m:
для первой пары зубчатых колес 4253 b = 10 3 = 30
для колес 3461 b = 10 4 = 40
для колес 5326 b = 10 25 = 25.
5. Определение диаметров валов
Предварительный расчет диаметров валов:
где Трасч – расчетный крутящий момент на валу Нм;
[] – допускаемые напряжения 15 30 МПа меньшее значение относится к входным валам а большее к выходным.
Принимаем диаметр вала d1 = 55 мм.
Принимаем диаметр вала d2 = 45 мм.
Расчет ременной передачи
Для передачи крутящего момента от электродвигателя к валу коробки скоростей используется зубчатая ременная передача.
N = 7333 кВт – мощность передаваемая ремнем;
п = 1850 обмин – частота вращения ведущего шкива;
i = 05 – передаточное отношение.
Предварительно выбираем модуль передачи: мм
Число зубьев ведущего шкива:
где D1 - диаметр ведущего шкива мм.
Окружная скорость ремня:
V = D1 n = 01 (185060) = 10 мс
Допускаемая удельная окружная сила передаваемая ремнем:
где [K]0 - допускаемая удельная сила Нмм; [K]0 = 30 Нмм;
Cp – коэффициент динамичности нагрузки и режима работы
qv 2 - центробежная сила возникающая при прохождении ремнем шкивов q = 0007.
[К] = 3017 - 0007·10 2 = 30 Нмм
Расчетная окружная сила передаваемая ремнем:
Ft = Nv = 733310 = 733 H.
Расчетная ширина ремня:
b ≥ Ft [К] = 73330 = 244 мм
Округляем до стандартного значения: b = 25 мм.
Параметры ведомого шкива:
D2 = 200 мм - диаметр ведомого шкива;
z2 = D2 m = 2005 = 40.
Межосевое расстояние передачи принимается из условия:
а = 05(200 + 100) +(2..3)· 5 = 160 165 мм.
Принимаем а = 170 мм.
Определим расчетную длину ремня в шагах:
где р - шаг ремня мм; для т = 5 р = 1571 мм.
Округляем до стандартного: Lр = 56
Окончательное значение а при выбранной длине ремня определяется как
Расчет шпиндельного узла
Шпиндельный узел металлорежущих станков предназначен для осуществления главного вращательного движения шпинделя с необходимой частотой вращения. В шпиндельных узлах выполняются закрепление и вращение заготовки и обеспечивается их заданное
положение по отношению к другим узлам станков.
Конструкция шпиндельного узла должна быть такой чтобы наряду с выполнением комплекса технологических команд достигалось сохранение точности вращения шпинделя исключающее осевое и торцовое биение а также суммарной жесткости всего узла для предотвращения деформирования. Конструктивная форма шпинделя определяется типом и назначением станка требованиями к его
точности условиями работы шпинделя способами закрепления в нем заготовки размещением элементов привода и типом применяемых опор.
Мощность привода главного движения Р = 9 кВт;
максимальная частота вращения шпинделя nma
расчетная частота вращения шпинделя nрасч = 120 обмин;
класс точности станка – П;
параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 20 мкм.
Шпиндельный узел должен обеспечить шероховатость Ra = 20 мкм. Заданную шероховатость обеспечивают все виды опор. В качестве опор выбираем подшипники качения как наиболее распространенные и позволяющие получить шероховатость Ra ≤ 20 мкм.
По выражению определяем диаметр шейки шпинделя под переднюю опору
Подставив заданные значения Р= 9 кВт получим d = 90 257 мм.
Примем d = 90 мм исходя из необходимости иметь достаточную жесткость шпинделя.
Параметр быстроходного узла: d · nmax = 90 ·1600 = 144·10 5мм · мин -1
Ориентировочные значения диаметров шпинделя находим по выражениям:
- диаметр шпинделя между опорами: dМ = 09 · d = 09 · 90 = 82 мм;
- диаметр шпинделя в задней опоре: dЗ = 08 · d = 08 · 90 = 72 мм;
- диаметр переднего конца шпинделя:
D1 = (105 12)d = (105 12) ·90 = 945 108 мм
Принимаем по ГОСТ D1 = 100 мм.
В соответствии с типом станка и наибольшим диаметром обработки по таблице выбираем максимальный диаметр фланца шпинделя D = 170 мм.
Диаметр сквозного отверстия предварительно принимаем
d0 = 05 · d = 05 · 90 = 45 мм.
Ориентировочно длину консольной части шпинделя принимаем равной b = 120 мм. Тогда расстояние между опорами а = 3b =3 · 120 = 360 мм.
Таблица 3.- Ориентировочные размеры шпиндельного узла
Список использованной литературы:
Проников А.С. Расчет и конструирование станков. - М.: Высшая школа 1967. - 431 с. ил.
Методические указания к выполнению курсового проекта по металлорежущим станкам "Расчет основных технических характеристик металлорежущих станков" Иванов В. К. Рохин В.Л.-Курган 1983.
Металлорежущие станки: Учеб. пособие для втузов. Н.С. Колев Л.В. Красниченко Н.С. Никулин и др.- 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение 1980. - 500 с.
Методические указания к выполнению курсового проекта по металлорежущим станкам "Особенности конструкций и кинематический расчет приводов главного движения станков с ЧПУ" Рохин В. Л.- Курган 2004.

Кинематика станка.cdw

Датчик обратной связи
Датчик нарезки резьбы
ВЕ-178 R; 1024 импоб
N=30кВт; п=4000 обмин
Двигатель ДЛП-П-22-4С1;
Датчик обратной связи
Граик мощностей Р и крутящих
моментов М на шпинделе
График частот вращения шпинделя
проектируемого станка
тип двигателя 2ПФ180МУХЛ4
мощность двигателя N = 9 кВт
Кинематическая схема привода
главного движения станка
Схема кинематическая принципиальная
станка аналога 16М30Ф3141