• RU
  • icon На проверке: 30
Меню

Спроектировать токарно-винторезный станок

  • Добавлен: 25.01.2023
  • Размер: 1 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Спроектировать токарно-винторезный станок

Состав проекта

icon
icon
icon Развёртка коробки скоростей.cdw
icon Свертка коробки скоростей.bak
icon Шпиндельный узел.cdw
icon Свертка коробки скоростей.cdw
icon Кинематическая схема токарно-винторезного станка.cdw
icon Пояснительная записка.doc
icon

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Развёртка коробки скоростей.cdw

Развёртка коробки скоростей.cdw

icon Шпиндельный узел.cdw

Шпиндельный узел.cdw

icon Свертка коробки скоростей.cdw

Свертка коробки скоростей.cdw

icon Кинематическая схема токарно-винторезного станка.cdw

Кинематическая схема токарно-винторезного станка.cdw
Кинематическая схема
токарно-винторезного
График частот вращения

icon Пояснительная записка.doc

Министерство образования Республики Беларусь
УО «Полоцкий государственный университет»
По основам конструирования машин
Тема: «Спроектировать токарно-винторезный станок»
Литературный и патентный обзор станков аналогичных проектируемому5
Синтез и описание кинематической структуры станка9
Определение технических характеристик станка10
Выбор и описание компоновки станка12
Проектирование и описание кинематической схемы станка13
Динамические прочностные и другие необходимые расчёты проектируемых узлов20
Описание конструкции спроектированных узлов29
Описание системы смазки спроектированных узлов30
Описание системы управления станком31
Список использованной литературы33
Курсовое проектирование металлорежущих станков является важным этапом в подготовке инженеров механиков по специальности «Технология машиностроения металлорежущие станки и инструменты» и преследует цель научить студента правильно использовать в практической конструкторской работе полученные теоретические знания развить навыки и применения вычислительной техники при проектировании.
В данном курсовом проекте предстоит спроектировать токарно-винторезный станок. Данный тип станка является универсальным. Назначение станка – наружное и внутреннее точение нарезание правой и левой метрической дюймовой модульной и питчевой резьб одно- и многопроходных резьб с нормальным и увеличенным шагом торцевой резьбы и т.д. Станок применяется в единичном и мелкосерийном производстве.
Основные задачи решаемые при выполнение при выполнение проекта включают изучение и анализ существующих аналогичных решений обоснование выполняемых разработок на всех этапах проектирования в том числе на разработку оригинальных конструкций. При этом предлагается максимальное использование справочной литературы ГОСТов типовых решений и вычислительной техники.
Литературный и патентный обзор станков аналогичных проектируемому
Braun Hans-D Mashinenfabrik Berthold Hermle AG -№95104209.61
Заявлено 10.03.98 опубл. 15.09.99
«Технология машиностроения»
Werkzeugmash Jlg Herbert
№19715000.4 – Заявка. Германия
Заявк. 11.04..97 Опубл. 22.10.98
Braun Mashinenfabrik Berthold Hermle
Заявлено 10.03.98 опубл. 13.10.99
Tomas Volker Harzbecker Christian
Заявка №19740208.9 Германия
Заявлено 12.09.97 Опубликовано 25.03.99
Hagstrom A Quantax Machine
Заявлена 16.06.2000 Опубликовано 20.09.2000
Yamazaki Mazak Fukumura Sadami
Устройство для ротационной обработки отверстий.
Бурский В.А.; Бел. оптико-механич. Оборудование(Бел ОМО)
Устройство для сверления радиальный отверстий на токарном станке
Monnet Th Заявка 2804890 Франция.
Заявлено 14.02.2000 Опубликовано 17.08.2001
02-14А.200П Токарный станок. Заявка 0941790 ЕПВ МПК6 В23 В306 Braun Hans-D Mashinenfabrik Berthold Hermle AG -№95104209.61
Патентуальный станок предназначен для 5-координатной обработки вращающимся и не вращающимся инструментом сложных деталей из пруткового материала. На продольных направляющих станины установлен суппорт на котором располагаются два суппорта. На одном суппорте смонтирована револьверная головка а на другом выполнены вертикальные направляющие под вертикальный суппорт. На последнем через поворотное устройство установлена шпиндельная головка с приводом для приводного инструмента. Бабка изделия смонтирована на станине на поворотном вокруг вертикальной оси устройстве. Рядам с ней располагается пиноль откидной задней бабки с центрам. На станке смонтирован магазин системы автоматической смены приводного инструмента.
01.-14А 209П Токарный станок. Заявка 1036617 ЕПВ МПК7 В23 В100 В23 В306. Quantax Machine Tools AB Hagstrom Allan(Karllson Leif Karl Gunnar) №00850046.4
Предложен способ обработки для образования на детали поверхности которая в сечение проходящее через ось Y вокруг которой деталь вращается в процессе обработки имеет профиль с варьируемым расстоянием r до оси Y причём варьирование величины rбольше чем разность между радиальными расстояниями до концевых точек профиля. В токарном станке по этому способу инструменту сообщается перемещение вдоль первой линии посредствам первого приводного устройства и вдоль второй линии посредствам второго приводного устройства. При таком способе обработки исключаются дефекты которые обычно возникают на поверхности при изменении направлении требуемого при точении такой поверхности. В соответствии с таким способом линии первого и второго перемещений и ось вращения Y взаимно ориентированы так что перемещение инструмента приводимыми устройствами осуществляются однонаправлено.
09-14А.214П Устройство для ротационной обработки отверстий. Патент 3801 Беларусь МПК7 В23 В3500. Бел. оптико-механич. Оборудование Бурский В.А. №19990539.
Предложенное устройство включают корпус первый и второй ротационные режущие инструменты установленные на подшипниках с возможностью вращения. Оба режущих элементов установлены на общей оси в цилиндрической втулке размещённой в корпусе выполненном в виде вилки охватывающий цилиндрическую втулку с возможностью поворота посредством осей жестко соединённых с цилиндрической втулкой и фиксация. Расстояние от торцовой плоскости первого режущего элемента снимающего припуск на чистовую обработку до осей на величину снимаемого вторым режущим элементом припуска. Передняя поверхность первого режущего элемента выполнена выпуклообразной замкнутой треугольного профиля а на передней поверхности второго режущего элемента выполнены рифления.
Технологические возможности проектируемого типа станков.
Операции выполняемые на токарно-винторезном станке и соответствующие им методы формообразования:
Метод формообразования
Формообразующие движения
Экономические параметры обработки
Предельные режимы резания
Обтачивание наружное продольное
Резец проходной прямой
Обтачивание наружное конических поверхностей
Резец проходной широкий
Обтачивание торцов и уступов
Резец проходной отогнутый
Прорезание конавок и отрезание
Резец прорезной или обрезной
Растачивание отверстий
Сверление зенкерование отв.
Сверло зенкер развёртка
Нарезани наружн. и внутр. резьбы
Фасонное обтачивание
Основные технические характеристики токарных станков близких по типоразмеру:
Наибольший диаметр устанавливаемой над станиной в мм.
Расстояние между центрами в мм.
Диаметр отверстия шпинделя
Число скоростей шпинделя
Частота вращения шпинделя обмин
Число ступеней подач
Подачи на один оборот в мм:
Шаг нарезаемой резьбы:
дюймовой(число ниток на 1)
Мощность электродвигателя в кВт
В качестве станка-прототипа выбираю токарно-винторезный станок 1К62 исходя из анализа его кинематики и технических характеристик.
Синтез и описание кинематической структуры станка
Структурная схема станка
Формообразование обеспечивается вращательным движением заготовки (В1) по цепи: электродвигатель 1 – шпиндель 2 со звеном настройки iv и поступательным движением инструмента (П1 и П2) по цепи: шпиндель 2 – ходовой вал 4 (при точении) или шпиндель – ходовой винт 3 (при нарезании резьбы) со звеньями настройки ir и iКП. Внутренняя связь элементарная кинематическая пара – шпиндель – передняя бабка.
Главным движение в станке является вращение шпинделя которое он получает от электродвигателя 1 через клиноременную передачу со шкивами и коробку скоростей.
Определение технических характеристик станка
Определение предельных расчётных диаметров:
Для вычисления предельных значений частоты вращения шпинделя необходимо определить предельные расчётные диаметры Dmax и Dmin:
для токарных станков:
D – максимальный диаметр над станиной
Определение режимов резания.
Определим режимы резания для трёх операций выполняемых на токарно-винторезном станке.
Продольное точение проходным резцом.
Максимальная глубина резания соответствует черновой обработке и по возможности принимается равной всему припуску на обработку или большей его части.
Минимальная глубина резания относится к чистовой обработке.
Выбираем резец с сечением державки 12х25 мм.
Материал режущей части – твёрдый сплав.
Максимальная подача для токарных станков соответствует черновому точению жестких заготовок из наиболее легко обрабатываемого материала.
Минимальная подача – чистовому точению:
Smin=013 ммоб (при r=08)
Предельные значения частоты вращения шпинделя определяются по формулам:
Прорезание канавки и отрезание
Растачивание отверстий:
tmax=5 мм tmin=02 мм
где K=09 – поправочный коэффициент при растачивании
Выбор и описание компоновки станка
Прототипом проектируемого станка является токарно-винторезный станок модели 1К62 поэтому выбираем аналогичную компоновку проектируемого станка.
Станина станка установлена на передней и задней тумбах несёт на себе все основные узлы. Слева на станине размещена передняя бабка. В ней имеется коробка скоростей со шпинделем на переднем конце которого закреплён патрон. Справа установлена задняя бабка. Её можно перемещать вдоль направляющих станины и закреплять в зависимости от длины деталь на требуемое расстояние от передней бабки. Режущий инструмент (резцы) закрепляют в резцедержателе суппорта.
Продольная и поперечная подачи суппорта осуществляется с помощью механизмов расположенных в фартуке и получающих вращение от ходового вала или ходового винта. Первый используют при точении второй – при нарезании резьбы. Величину подачи суппорта устанавливают настройкой коробки подач. В нижней части станины имеется корыто куда собирается стружка и стекает охлаждающая жидкость.
Проектирование и описание кинематической схемы станка
Кинематический расчёт привода главного движения
Диапазон регулирования частот вращения шпинделя:
Число ступеней скорости шпинделя:
j - знаменатель геометрического ряда частот вращения. Для универсальных станков рекомендуется j=126 и j=141.
Выбираем стандартный ряд частот вращения:
Уточняем значение диапазона регулирования:
Определяем тип структуры привода:
при где в приводах главного движения С=8 для прямозубых колёс
- условие выполняется следовательно структура привода простая.
Определяем число групп переключения и порядок расположения и переключения и порядок расположения и переключения групп:
Для Z=18 принимаю 3 группы: Z=3×3×2
Формула структуры привода:
Осуществимость принятого варианта структуры привода по диапазону регулирования группы проверяем для последней в порядке переключения группы по условию:
- условие выполняется
График частот вращения
Кинематическая схема привода главного движения
Расчёт параметров кинематической цепи
Привод главного движения
Определение численных значений передаточных отношений:
Определяем число зубьев для данных передач коробки скоростей
Число зубьев недопустимо малы т.к. Zmin≥1820 поэтому увеличим их в 4 раза:
Увеличим числа зубьев в 2 раза:
Увеличим числа зубьев в 6 раз:
3 Определяем фактический ряд чисел частот вращения и сравниваем его со стандартным рядом:
Dдоп=(j-1)×10=(126-1)×10=26%
Уравнение кинематической цепи УКЦ
В результате проверочных расчётов фактическое значение n не намного расходится от стандартного.
Кинематический расчёт резьбонарезной цепи для нарезания резьбонарезной цепи для нарезания метрических резьб с шагом r=1 24 мм.
В данном типе станка применяется механизм подачи без подбора сменных колёс.
В кинематическую схему кроме гитары a-b; c-d включают звенья настройки обеспечивающие ряд передаточных отношений в данном случае это механизм Нортона и множительный механизм обычно удваивающие подачи.
Тогда 1об iпiгiнiмквtв= кнtн
Передаточное отношение механизма Нортона при нарезание метрической резьбы:
где Сн – постоянная кинематической цепи
При нарезании метрических резьб с различным шагом в выражении iн меняется только числитель.
Расположим заданные размеры резьбы таким образом чтобы по горизонтали шаги удваивались.
Рассчитываем числа зубьев в механизме Нортона. Передаточное отношение постоянных колёс обычно равно единице тогда при нарезании метрических резьб:
Задамся С=6 и первым колесо механизма Нортона Z16=32 тогда на основании формулы:
Принимаем число зубьев подвижного колеса Z23=Z16=32
Передаточное отношение по гитаре сменных колёс можно определить на основе таблицы для любой резьбы:
Задаёмся шагом винта:
об iпiгiнiмквtв= кнtн
iг=16=1060=24515=40802575
Динамические прочностные и другие необходимые расчёты проектируемых узлов
Частота вращения на валах
Угловые скорости на валах привода
Определяем мощности на валах
РII=110990988=1024 кВт
РIII=10240990983=944 кВт
РIV=9440990982=89 кВт
где =099 – КПД пары подшипников
=098 – КПД цилиндрической прямозубой передачи
Определяем передаваемые крутящие моменты
ТI=РII=110001507=73 Нм
ТII=РIIII=102401047=938 Нм
ТIII=РIIIIII=9440659=1432 Нм
ТIV=РIVIV=8900209=4258 Нм
ТV=РVV=8500105=8095 Нм
Расчёт зубчатых передач
1. Выбор материалов и термообработки.
Выбираю материал для шестерён: сталь 45 термообработка – улучшение НВ 230:
для колеса: сталь 45 термообработка – улучшение НВ 200.
2. Определение размеров передач и колёс.
Определяем размеры венцов колёс:
da4=d4+2m=54+23=60 мм
d`a4=d`4+2m=162+23=168 мм
da7=d7+2m=54+23=60 мм
d`a7=d`7+2m=216+23=222 мм
df4=d4-25m=54-253=465 мм
d`f4=d`4-25m=162-253=1545 мм
df7=d7-25m=54-253=465 мм
d`f7=d`7-25m=216-253=2085 мм
Ширина венцов колёс:
Принято Ка=495 КН=102
Допускаемое напряжение
В результате аналогичных расчётов получаем
3. Проверка на выносливость по контактным напряжениям
Определяем окружные скорости
Удельная расчётная окружная сила:
КНα=1 – для прямозубой передачи
Расчётные контактные напряжения
Условие контактной прочности для Z4-Z`4 выполняется
Условие контактной прочности для Z7-Z`7 выполняется
Основные размеры и характеристики зубчатых колёс
Ширина зубчатых венцов мм
Предварительный расчёт валов
Т – крутящий момент Нмм
[к] – допускаемое напряжение при кручении МПа
Выходной конец вала электродвигателя dI=28 мм
Принимаем dIII=32 мм
Для валов выбираем материал: Сталь 40Х ГОСТ 4543-71
Термическая обработка: закалка+высокий отпуск НВ 230-285.
Основной расчёт валов
Для проверки возьмём наиболее нагруженный вал IV на котором размещены тройной блок зубчатых колёс и два одиночных колеса.
Окружное усилие в зацепление
Радиальное усилие в зацеплении
Определяем опорные реакции:
а) вертикальная плоскость
МА=0; -Fr1195+Fr2255-RBY325=0
MB=0; -RAY325+Fr1130-Fr270=0
-436-1893+5677-3318=0
б) горизонтальная плоскость
МА=0; Ft1195-Ft2255+RBX325=0
MB=0; -RAX325-Ft1130+Ft270=0
-1294-5257+1577-9219=0
Строим эпюры изгибающих моментов
М2=1294195=25103 Нмм
Результирующие изгибающие моменты
Суммарные реакции опор
Эквивалентные моменты
Подбор подшипников качения
Диаметры шеек вала IV под подшипники были определены в предварительном расчёте валов и приняты d=40 мм.
Принимаем подшипник средней серии имеющий С=183 кН
Монтажные размеры подшипника:
D=65 мм d=40 мм В=12 мм r=2 мм
Проверка прочности шлицевого соединения
Шлицевое соединение d-8х42х46
Проверка прочности на смятие производится по уравнению:
D – наружный диаметр шлица
d – внутренний диаметр
l=60 – длина ступицы блока
Прочность соединения обеспечена т.к. см[см]
Расчёт вала на выносливость
Коэффициент запаса усталостной прочности:
где а и а – переменные составляющие циклов
m и m – постоянные составляющие
а и а – предел выносливости при изгибе и кручение с симметричном знакопеременном циклом
и – масштабный фактор для нормальных напряжений и напряжений кручения
– коэффициент влияния на предел усталости состояния поверхности вала
и – коэффициенты отражающие состояние и влияние постоянной составляющей цикла напряжений на величину предела выносливости
k и k – эффективные коэффициенты концентрации напряжений
а и а определяются при симметричном чикле
W – момент сопротивления по изгибу
=144 – поправочный коэффициент
k=169; =1; =084; =005; m=0
k=225; =1; =078; =005; m=0
а= m=Мк2Wк=68000281615=417 МПа
При одновременном действие напряжений изгиба и кручения коэффициент запаса прочности определяется
Отсюда делаем вывод:
Условие запаса прочности по изгибу и кручению выполняется.
Описание конструкции спроектированных узлов
В данном курсовом проекте необходимо было спроектировать токарно-винторезный станок максимальный диаметр детали над станиной у которого 400 мм.
Коробка скоростей представляет тобой совокупность передач при помощи которых можно передать 18 частот вращения начиная от 50 мин-1 до 2500 мин-1. В коробке скоростей установлены шлицевые валы на которые насажены единичные и блочные передачи. Всего в коробке два блока состоящих из трёх колёс и один блок состоящих из двух колёс и восьми одиночных колёс. В коробке также расположен шпиндель на конце которого закрепляется патрон.
Также в курсовом проекте спроектирована резьбонарезная цепь для нарезания метрической резьбы с шагом t=1 24 мм.
Для этого рассчитан механизм Нортона который состоит из семи колёс. Механизм расположен в коробке подач.
Так как компоновка станка не отличается от компоновки станка – прототипа то все остальные конструктивные элементы и узлы взяты из него.
Описание системы смазки спроектированных узлов
Основное назначения системы смазки коробки скоростей и коробки подач сводится к уменьшению потерь мощности на трение сохранению точности работы предотвращению вибрации снижению интенсивности износа трущихся поверхностей а также к предохранению их от заедания задирав и коррозии.
В качестве смазочных материалов для подшипников возможно применение масла индустриального 20 (веретенное 3) или турбинного 30 (турбинное УТ) т.к. диаметры валов под подшипники не превышают 60 мм а число оборотов составляет 2500 мин-1.
В качестве смазочных материалов для зубчатых передач применяют жидкие минеральные масла. Выбор сорта минерального масла производится в зависимости от условий работы коробки скоростей и коробки подач передаваемой мощности окружной скорости в зацепление а также температуры масла в картере коробок.
Также значение имеет вязкость чем она меньше тем выше окружная скорость т.к. в спроектированной коробке скоростей окружная скорость не превышает 25 мс то принимаем масло цилиндровое 24 (вискозин).
Кроме вязкости масла на выбор смазки зубчатых колёс большое влияние оказывает его маслянистость – способность образовывать на поверхности трение прочные абсорбированные плёнки с пониженным сопротивление сдвига.
Учёт маслянистости при выборе масла обеспечивает минимальный износ зубчатых передач т.к. удельное давление при скорости 25-5 мс составляет 1-5 кгмм2 то выбранный сорт масла цилиндровое 24 (вискозин) удовлетворяет нашим условиям.
Все передачи и подшипники расположенные в общем корпусе целесообразно обслуживать от одно централизованной системы смазки что позволяет применить один и тот же смазочный материл.
В спроектированном станке применяем картерную систему смазки когда масло из общей ванны увлекается и разбрызгивается зубчатыми передачами образующийся при этом туман смазывает размещённые внутри коробки подшипники и передачи. Кроме того масло стекая по стенкам корпуса также попадает на подшипники качения. Зубчатое колесо разбрызгивающее масло не должно быть слишком глубоко погружено в ванну т.к. излишне высокий уровень заливки масла приводит к потерям мощности и перегреву всей системы. Зубчатые цилиндрические колёса достаточно нагружать в масло наполовину высоты зуба.
Описание системы управления станком
Главным движение в станке является вращение шпинделя которое он получает от электродвигателя мощностью №11 кВт через клиноременную передачу со шкивами 140 мм и 280 мм и коробку скоростей. Вращение шпинделя осуществляется по следующей цепи зубчатых колёс: 28-44 или 32-40 или 36-36 на вал III затем через колёса 18-51 28-44 или 40-32 движение передаётся на вал IV а затем через зубчатые передачи либо 18-72 либо 60-30 движение передаётся на шпиндель V. Переключая блоки колёс можно получить 18 вариантов зацепления.
Движение подачи: механизм подачи сообщает движение суппорту по четырём кинематическим цепям: винторезной продольной и поперечной подачи быстрого перемещения.
Движение на вал IV передаётся колёсами 45-45 или 60-60 далее проходит через гитару сменных колёс и попадает на механизм Нортона который включает семь колёс затем в зависимости что нужно получить на выходе необходимо включить муфту. В данном курсовом проекте необходимо разработать резьбонарезную цепь для нарезания метрической резьбы поэтому рассмотрим вид движения:
Со шпинделя V через зубчатые колёса 60-60 движение передаётся на вал VI затем через колёса 42-42 и через колёса 35-35 движение передаётся на механизм Нортона через муфту колеса 35-28 28-35 15-48Ю суммирующий механизм и муфту движения передаётся на ходовой винт через гайку закреплённую в фартуке.
Продольная и поперечная подачи осуществляются путём ряда зубчатых колёс и блоков на ходовой вал.
Токарно-винторезные станки классифицируются по основным размерам: наибольшему диаметру обрабатываемой детали над станиной D наибольшей длине обрабатываемой детали L.
По весовым характеристикам токарные станки делятся на лёгкие до 500 кг (D=100÷200) средние до 4 тонн (D=250÷500 мм) тяжёлые – до 15 т. (D=1600÷4000 мм) крупные – более 15 т. (D=630÷1250 мм).
Спроектированный станок относится к средним станкам до 4 тонн т.к. диаметр обрабатываемой детали над станиной 400 мм.
По точности различают станки нормальной точности – Н повышенной точности – П высокой точности – В особо высокой точности – А особо точные – С.
Станком-прототипом данного спроектированного станка является токарно-винторезный станок 1К62.
На спроектированном станке могут выполняться следующие операции:
обтачивание наружных цилиндрических и конических поверхностей и внутренних поверхностей
обтачивание торцов прорезание канавок отрезание
сверление зенкерование развёртывание отверстий
нарезание наружной и внутренней резьбы резцом
На станке можно нарезать метрические резьбы с шагом t=1 24 мм.
Список использованной литературы
Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ по МРС ч. I и II. Москва. Машиностроение. 1974 г.
Данилов В.А.”Методические указания к курсовому проекту по курсу МРС” 1977 г.
Кузьмин”Конструирование деталей машин”
Государственный стандарт ЕСКД.
Свирщевский Ю.И.”Расчет и конструирование коробок скоростей и подач.” 1976 г.
Анурьев В.И.”Справочник конструктора-машиностроителя”. Москва. Машиностроение. 1974 г.
Кучер А.М.”МРС. Основы конструирования и расчет.”Ленинград. 1970 г.
Режимы резания металла. Справочник. Москва. 1972 г.
up Наверх