Проектирование коробки скоростей фрезерного станка

Содержание

Оглавление

Исходные данные

Особенности конструкции и фрезерных станков бесконсольного типа

Прототипы станков

Сравнение технических характеристик рассматриваемых станков

Технические характеристики выбираемого станка

Задачи на проектирование

Расчет предельных режимов резания для выбора двигателя

Кинематический расчет привода главного движения

Определение чисел зубьев передачи

Определение действительных частот

Кинематическая схема

Силовой расчет

Проектировочный расчет

Расчет предшпиндельного вала

Уточненный расчет предшпиндельного вала

Расчет вала 3 на прочность

Расчет шпоночных соединений

Расчет 3 вала на статическую прочность

Проверка подшипников на прочность

Расчет на прочность предшпиндельного вала

Система переключения скоростей

Выбор и описание системы смазки

Общее описание

Бесконсольные фрезерные станки (БФС) предназначены для обработки плоских и фигурных поверхностей корпусных деталей средних и больших размеров в разнообразных условиях основного производства машиностроительных предприятий.

Несущая система станков состоит из жестких деталей, развитой шпиндельной группы и главным приводов высокой мощности, обеспечивая возможность работы на оптимальных режимах резания любыми инструментами, в том числе из сверхтвердых материалов и керамики.

В направляющих подвижных узлов используются пары трения скольжения (закаленная сталь или чугуна – пластиковые накладки на подвижных узлах) по основным несущим граням и качения по боковым ориентирующим сторонам.

Привод главного движения осуществляется от асинхронного электродвигателя через ступенчатую коробку скоростей, либо от регулируемого электродвигателя через двух-, трех ступенчатый перебор. Мощные шпиндельные узлы имеют механизм гидравлической разгрузки.

В приводах подачи используют регулируемые двигатели в сочетании с шариковыми винтовыми передачами.

Классификация фрезерных станков

Фрезерные станки по назначению разделяют на станки:

- общего назначения.

- специализированные.

Фрезерные станки общего назначения:

1. - консольно-фрезерные.

А) горизонтально-фрезерные.

Б) вертикально-фрезерные.

В) универсальные горизонтально-фрезерные.

Г) широкоуниверсальные.

2. - безконсольно-фрезерные.

3. - продольно-фрезерные.

4. - карусельно-фрезерные.

Фрезерные станки специализированные:

1. – шлицефрезерные.

2. – резьбофрезерные.

3. - зубофрезерные.

4. - копировально-фрезерные.

4. - фрезерноотрезные.

Основные характеристики фрезерных станков

- число частот вращения – 18…24.

- диапазон частот вращения – 50…2000 об/мин.

- знаменатель ряда частот вращения ȹ- 1,41 .

- отклонение формы – 20…40 мкм.

- шероховатость поверхности Ra 2,5

Особенности компоновок бесконсольных фрезерных станков

Название «фрезерные станки со станиной постельного типа» или бесконсольные станки происходит от типа станины, на которой собирается весь станок. Неотъемлемым признаком этой конструкции является неизменное положение по высоте стола станка и, следовательно, заготовки. В отличие от фрезерных станков со станиной постельного типа у консольнофрезерных станков положение стола по высоте можно изменять. Особенностью внешнего вида фрезерных станков со станиной постельного типа является близкий к равнобедренному треугольнику их внешний контур, имеющий широкое основание и обеспечивающий оптимальную стабильность конструкции

Конструкция фрезерных станков со столом постельного типа обеспечивает доступность ко всем узлам станка и простоту обслуживания. Широкая опорная поверхность стола допускает установку заготовок большой массы. По расположению рабочего шпинделя различают фрезерные панки с горизонтальным и вертикальным шпинделями. Большинство фрезерных станков постельного типа могут быть оснащены взаимозаменяемыми фрезерными узлами того или другого вида, возможно создание комбинированных конструкций.

Перемещение фрезерного инструмента относительно заготовки осуществляется вдоль трех взаимно перпендикулярных координатных осей. Если вдоль осей перемещается инструмент, то по ДИН 66217 соответствующие направления перемещений обозначаются X, Y и Z. Ось Z принимается в направлении оси вращения инструмента. Если идти обусловленным путем, например от заготовки, а потом от инструмента к фундаменту станка, то перемещение вдоль координатных направлений подвижных узлов производится в последовательности, характерной для той или другой конструкции. Станина и постель станка жестко связаны между собой.

Перемещение заготовки вдоль одной, а инструмента вдоль двух осей: это семейство отличает то, что стол лежит прямо на постели, что создает особые преимущества для обслуживания станка, загрузки и снятия заготовок. Кроме того, влияние массы заготовки на информацию всего станка очень мало, в особенности при смене положения заготовки, если движение подачи осуществляется заготовкой. Это семейство может быть названо «фрезерные станки со столом».

Технологические операции вертикально-фрезерного станка

Фрезерные станки предназначены для обработки резанием с помощью вращающегося инструмента с одной или несколькими режущими кромками. В зависимости от условий взаимодействия режущих кромок с заготовкой возникают периодически изменяющиеся по величине и направлению силы резания. Вследствие этого при обработке на фрезерных станках возникают высокие статические и динамические нагрузки.

Говоря о классических моделях вертикально-фрезерных станков, без дополнительных функций, нестандартных комплектующих, они предназначены для выполнения таких технологических операций:

расточка;

фрезерование;

обработка торцов;

выборка пазов;

срезание металлического слоя;

сверление.

Точность выполнения задачи на таком оборудовании достаточно высока. В конструкции вертикально-фрезерного станка шпиндельная головка выступает в роли коробки скоростей, что можно расценивать как дополнительную особенность. Головка перемещается в вертикальном направлении вдоль направляющих стойки. По оси можно перемещать также шпиндель с гильзой.

Главный привод

Главный привод реализует большой диапазон частот вращения шпинделя при постоянной передаваемой мощности. В приводе главного движения в равной мере применяются двигатели постоянного тока с бесступенчатым регулированием и двигатели переменного тока с зубчатой коробкой, управляемой вручную или гидравлически.

Особенности

вБесконсольный станок отличается от консольного тем, что его крестовый стол монтируется на станине неподвижного типа. При этом его поверхность совершает движения исключительно в поперечном либо продольном направлении. Консольный вертикальный агрегат нередко неспособен фрезеровать тяжелые и крупные изделия, а вот бесконсольные установки справляются с ними без проблем. Кроме того, подачи у станков без консоли производятся двигателями, у которых выбор количества оборотов (передач) осуществляется бесступенчато.

Вертикально-фрезерный станок за счет своей достаточной жесткости и высокой мощности приводов, устанавливаемых на него, дает возможность работать с инструментом твердосплавного типа. Станки вертикального типа, как правило, отличает высокая мощность привода, которая в сочетании с твердосплавным инструментом создают очень продуктивный тандем.

Самое слабое звено в силовом контуре системы СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь) определяет допустимые режимы резания, которые могут быть приняты при обработке заготовки. Фрезерование наклонных, плоских, выпуклых и вогнутых сложных поверхностей, а также высокая точность повторения при позиционировании требуют высокой геометрической точности станка и беззазорного исполнения направляющих и приводов подач. Для достижения оптимальной шероховатости обрабатываемых поверхностей инструментальный шпиндель должен устанавливаться в опорах без зазоров в радиальном и осевом направлениях, не иметь биения в этих направлениях.

Для предотвращения и поглощения крутильных колебаний с целью обеспечения более высокой стойкости инструмента привод инструментального шпинделя должен осуществляться с максимальной равномерностью в обоих направлениях вращения и при реверсе. Этой цели удовлетворяет червячный привод или цилиндрическая зубчатая передача с допустимо малым зазором между зубьями и большим моментом инерции. При попутном фрезеровании устанавливаются некоторые особые требования относительно привода подачи стола и суппорта.

Этим требованиям в наибольшей степени отвечают следующие конструкции: привод зубчатой рейкой с двумя развернутыми одно относительно другого (для выборки радиального зазора в зацеплении) приводными зубчатыми колесами, т. е. разрезным зубчатым колесом с предварительным натягом; червячнореечная передача с предварительным натягом или гидростатическим подпором между витками червяка и зубьями рейки, а также шариковая винтовая пара с двойной предварительно-напряженной гайкой.

Движения в фрезерных станках

Для наиболее часто встречающихся исполнений трех основных типов станков характерными являются различие в расположении шпинделя относительно стола станка и в сообщении заготовке трех установочных движений посредством салазок, установленных на консоли. Кроме того, существуют исполнения станков, в которых с помощью консоли реализуются только вертикальное и продольное в отдельных случаях поворотное) перемещения. Поперечное перемещение выполняется подвижным шпиндельным блоком, скользящим по направляющим на станине.

Закрепление инструментов и их базирование.

Для закрепления инструмента используют конструкции крепления ИСО в сочетании с электрическим или гидромеханическим приводом зажима.

Расширение возможностей достигается путем применения специальных устройств:

- серьга хобота и промежуточная опора для фрезерной обработки.

- вертикально-фрезерная головка.

- поворотная фрезерная головка.

- универсальная поворотная фрезерная головка.

Закрепление заготовок и их базирование.

В качестве установочной базы используется стол станка. К столу заготовки крепят:

- с помощью шпонок или планок.

- стойками с винтовыми прихватами.

- специальными приспособлениями (УСП и т.д.).

- круглые поворотные столы.

- поворотные делительные столы.

- круглые столы с ЧПУ.

- делительные головки (УДГ).

Управление процессом обработки.

Все чаще станки с ручным управлением и центральным приводом заменяются станками с отдельными приводами и автоматизированным управлением. По уровню автоматизации можно выделить следующие виды управления:

- ручное управление с индикацией действительного положения стола.

- программное цикловое управление.

- программное числовое управление непосредственно с пульта станка.

- копировальные системы управления.