Проектирование привода главного движения токарно-винторезного станка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Восточно- Сибирский государственный университет технологий и управления»

Кафедра «ТММСиК»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Металлорежущие станки»

Проектирование привода главного движения токарно-винторезного станка

Разработал: студент 4 курса З.О.

специальности КТОМП

Янчук Д.В.

шифр: 3Б42135

Проверил к.т.н. Хабалтуев Ю.Н.

Улан-Удэ 2015

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является основой технического и научного прогресса в различных отраслях производства. Совершенствование машиностроения связано с развитием станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов оборудования

Современное машиностроение предъявляет высокие технико-экономические требования к показателям станков:

- максимальная производительность при обеспечении заданной точности и шероховатости обработанной поверхности;

- точность работы, которая зависит от геометрической и кинематической точности станка, температурных деформаций станка, жесткости деталей и стыков, износа деталей и возможности его компенсации, правильности установки и эксплуатации станка, конструкции и точности зажимных приспособлений и т. д.;

-простота, легкость и безопасность обслуживания и управления, удобство ремонта.

Важнейшим направлением развития современного станкостроения является автоматизация, которая включает комплекс мероприятий (технических, организационных и др.), позволяющих вести производственные процессы без непосредственного участия человека.

Повышение точности в машиностроении поставило перед станкостроителями серьезные задачи в области создания высокоточных станков. Требования к прецизионным станкам с каждым годом растут. В станках применяют новые элементы: направляющие качения, гидростатические и аэростатические направляющие, гидростатические и аэростатические опоры в шпиндельных узлах, передачи винт-гайка качения и гидростатические передачи винт-гайка, различные демпфирующие устройства и многое другое.

В современном станкостроении характерно максимальное использование нормализованных и стандартных узлов и деталей, развитие метода агрегатирования и создание гамм станков в виде нормального ряда типоразмеров с максимальной стандартизацией узлов и деталей.

Значительный вклад в машиностроение вносит развитие станков с ЧПУ. На базе многооперационных станков, оснащенных промышленными роботами, системами измерения, складирования решаются вопросы комплексной автоматизация изготовления деталей.

Токарные станки делятся на универсальные и специализированные. Универсальные станки предназначены для выполнения самых разнообразных операций: обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических, фасонных и торцовых поверхностей; нарезания наружных и внутренних резьб; отрезки, сверления, зенкерования и развертывания отверстий. На специализированных станках выполняют более узкий круг операций, например, обтачивание гладких и ступенчатых валов, прокатных валков, осей колесных пар железнодорожного транспорта, различного рода муфт, труб и т. п. Универсальные станки подразделяются на токарно-винторезные и токарные. Токарные станки предназначены для выполнения всех токарных операций, за исключением нарезания резьбы резцами.

Наша промышленность выпускает различные модели токарных и токарно-винторезных станков -- от настольных до тяжелых. Наибольший диаметр обрабатываемой поверхности на советских станках колеблется от 85 до 5000 мм, при длине заготовки от 125 до 24 000 мм. Некоторые токарно-винторезные станки оснащаются копировальными устройствами, которые позволяют обрабатывать сложные контуры без специальных фасонных резцов и комбинированного расточного инструмента, а также значительно упрощают наладку и подналадку станков.

Основным параметром токарно-винторезного станка является наибольший диаметр D, обрабатываемой заготовки над станиной. Зазор между горизонтальной плоскостью направляющих и диаметром обрабатываемой заготовки D -- не более 0,04D. Диаметр D приблизительно равен удвоенной высоте центров станка.

ГОСТ 440--57 предусматривает ряд размеров токарно-винторезных станков с значениями D от 100 до 6300 мм, построенными по закону геометрической прогрессии со знаменателем ? = 1,26 (с небольшими округлениями).

Другим основным параметром станка является наибольшее расстояние между его центрами, которое определяет наибольшую длину обрабатываемой детали. Оно определяется при сдвинутой (без свешивания с направляющих) в правое крайнее положение задней бабке. Станки с одним и тем же наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки могут иметь различное межцентровое расстояние в пределах, предусмотренных ГОСТом 440--57. Например, станки с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм выполняются с наибольшим расстоянием между центрами 700, 1000 и 1400 мм. Для большинства тяжелых токарных станков наибольшее расстояние между центрами не регламентировано.

Важным размером станка является также наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом D1. Он должен быть не меньше, чем предусмотрено в ГОСТе 440--57.Кроме этих основных параметров токарно-винторезных станков, ГОСТ 440--57 устанавливает наибольшее число оборотов шпинделя, наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя, размер центра шпинделя (номер конуса Морзе или метрического), наибольшую высоту резца и наибольший допустимый вес станка (без электрооборудования).

Исходные данные:

Размеры: Нц= 150

Обрабатываемый материал: сталь конструкционная

Материал инструмента: Т15К6

Vmax= 120 м/мин.

Описание конструкции и системы управления станка -- прототипа проектируемого.

Станок универсальный токарно-винторезный модели 1К62 предназначен для выполнения самых разнообразных токарных работ, в том числе для нарезания резьб: метрической, дюймовой, модульной, питчевой и архимедовой спирали с шагом 3/8", 7/16"; 8; 10 и 12 мм. Условия эксплуатации --УХЛ-4 по ГОСТ 15150--69.

Токарно-винторезный станок 1К62 может использоваться для обработки закаленных заготовок, так как шпиндель станка установлен на специальных подшипниках, обеспечивающих его жесткость. Токарная обработка разнообразных материалов может производиться с ударной нагрузкой без изменения точности обработки.

Высокая мощность главного привода станка, большая жесткость и прочность всех звеньев кинематических цепей главного движения и подач, виброустойчивость, широкий диапазон скоростей и подач позволяют выполнять на токарно-винторезном станке 1К62 высокопроизводительное резание твердосплавным и минералокерамическим инструментом.

Станок 1К62 относится к лобовым токарным станкам, т.е. позволяет обрабатывать относительно короткие заготовки большого диаметра.

Конструкция задней балки токарного станка позволяет осуществлять поперечное ее смещение, благодаря чему на станке может осуществляться обработка пологих конусов. Есть возможность соединения задней балки и нижней частью суппорта с помощью специального замка, что иногда требуется при сверлении задней балкой и использовании механического перемещения балки от суппорта.

На токарный станок 1К62, могут устанавливаться следующие люнеты: подвижный, диаметр установки которого 20-80мм, и неподвижный, его диаметр установки 20-130мм.

Зубчатые колеса, служащие для передачи движения от передней бабки к коробке передач, на станке 1К62 являются сменными.

Продольное перемещение каретки станка 1К62 может быть ограничено специальным упором, устанавливаемым на передней полке станины. Таким образом, при установленном упоре, скорость движения суппорта не может превышать 250мм/мин.

Максимальный диаметр заготовки при установке над станиной - 400мм. Максимальный диаметр прутка, который возможно обработать на токарном станке 1К62 - 45мм. Станок 1К62 имеет 23 скорости вращения шпинделя (минимальная - 12,5 об/мин, максимальная - 2000 об/мин).

В качестве главного привода применен короткозамкнутый асинхронный двигатель, мощность которого 10кВт при скорости 1450 об/мин. Регулировка скорости вращения шпинделя, а так же величин продольной и поперечной передачи суппорта осуществляется благодаря переключению шестерней коробки скоростей (для регулировки скорости шпинделя и подач суппорта используются разные рукояти управления).

Для обеспечения быстрого перемещения суппорта в токарно-винторезном станке 1К62 используется дополнительный асинхронный двигатель. Его мощность 1,0кВт при скорости вращения 1410 об/мин.

Токарный станок 1К62 оснащен тепловыми реле, которые осуществляют защиту двигателей от длительных перегрузок, а также плавкими предохранителями, которые являются защитой от коротких замыканий.

Особенности конструкции токарного станка 1К62 (он отличается надежностью, прочностью, виброустойчивостью, оснащен главным приводом высокой мощности), позволяют в равной степени использовать станок, как для скоростного, так и для силового резания.

В конструкции токарного станка 1К62 для установки шпинделя предусмотрены специальные подшипники, благодаря чему обеспечиваются требуемая жесткость и высокая точность обработки заготовок. По ГОСТу 8-82 токарный станок 1К62 относится к классу точности Н. Точность обработки будет обеспечена даже в режиме ударных нагрузок.

Токарный станок 1К62, благодаря отличному сочетанию качества и надежности работы, а также неприхотливости при обслуживании, является одним из самых популярных на мелкосерийном и единичном производствах.

На токарном станке может использоваться трехкулачковый самоцентрирующий патрон диаметром 250мм или четырехкулачковый патрон, диаметр которого 400мм.

Токарно-винторезный станок 1К62 отличает превосходное сочетание качества работы и неприхотливость в обслуживании.

Общий вид токарно-винторезного станка 1К62

На рисунке показан токарно-винторезный станок 1К62. Станина 1, установленная на передней 2 и задней 3 тумбах, несет на себе все основные узлы станка. Слева на станине размещена передняя бабка 4, В ней имеется коробка скоростей со шпинделем, на переднем конце которого закреплен патрон 5. Справа установлена задняя бабка 6. Ее можно перемещать вдоль направляющих станины и закреплять в зависимости от длины детали на требуемом расстоянии от передней бабки. Режущий инструмент (резцы) закрепляют в разцедержателе суппорта 7.

Продольная и поперечная подачи суппорта осуществляются с помощью механизмов, расположенных в фартуке 8 и получающих вращение от ходового вала 9 или ходового винта 10. Первый используют при точении, второй -- при нарезании резьбы. Величину подачи суппорта устанавливают настройкой коробки подач 11. В нижней части станины имеется корыто 12, куда собирается стружка и стекает охлаждающая жидкость.

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА, РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

скорость резание привод шпиндель

1.1 Определение основных технических характеристик привода

1.1.1 Определение предельных скоростей резания

По справочнику технолога-машиностроителя выбираем минимальную и максимальную скорости обработки стали конструкционной твердыми сплавами Т15К6:

Vmax = 120 Vmin = 40 соответствует условию

D= 2*Нц

D=300

=0,8*D

=240

из соотношения:

=60

Из справочника Косилова А.Г. - Справочник технолога-машиностроителя. т.2:

Постоянная и показатели степени x, y, n для конкретных (расчетных) условий обработки для каждой из составляющих силы резания.

При условии Vmax = 120 выбираем значения коэффициентов и показателей степени в формулах для составляющих вид обработки: наружное продольное точение резцами =300 x=1,0 y=0,75 n=-0,15 t-глубина резания t= 2 мм.

Поправочный коэффициент представляет собой произведения ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания.

,

где численные значения приведены в таблице 23 страница 275, также выбираем максимальные значения, выбираем согласно ГОСТ 18877-73 для Т15К6

=45,=1,0

=0, =1,1

=0, =1,0

Из таблицы 9 страница 264 выбираем:

показатель степени n при определении составляющей силы резания при обработке резцами: n= =1; = 750 МПа, соответственно:

=1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поправочный коэффициент = (1*1*1,1*1)=1,1

Подачу S выбираем из таблицы 11 страница 266, принимаем S=0,3мм/об

=10*300****1,1=10*300*2*0,4*0,48*1,1 1267 Н

Максимальная и минимальная частоты вращения шпинделя:

nmin = = =

nmax = = =

выбираем из нормальных чисел:

nmin =

nmax =

1.1.2 Расчет числа ступеней регулирования скорости шпинделя. Выбор значения знаменателя ряд чисел оборотов

Зададимся значением знаменателя геометрического ряда числа оборотов шпинделя:

Примем ? = 1,26

Найдём диапазон регулирования частот вращения:

Промежуточные частоты вращения шпинделя:

n1	n2	n3	n4	n5	n6	n7	n8	n9	n10	n11	n12
50	63	80	100	125	160	200	250	320	400	500	630

Зная диапазон регулирования частот и знаменатель геометрического ряда числа оборотов

Найдем число степеней, где z - количество ступеней чисел оборотов шпинделя.

Примем z=12

Кинематическая схема



Упрощенная кинематическая схема

Показана упрощенная кинематическая схема. Структура состоит из трех групп: а, b, c, при этом группа а состоит из трех передач (Z1 Z2, Z3 Z4 и Z5 Z6), группа b из двух передач (Z7 Z8 и Z9 Z10)и группа c из двух передач (Z11 Z12 и Z13 Z14).

Обозначим число передач в группе буквой Р, тогда Pa = 3, Pb = 2 и Pc = 2. Число ступеней вращения шпинделя Z определяется как произведение числа передач каждой группы, последовательно расположенных в структуре:

Z = Pa Pb Pc = 3 2 2 = 12.

1.2 Назначение структурной формулы привода

Z=12 -2 группа

3 возможных конструктивных вариантов

Выберем z=3*2*2 с веерообразной структурой, т.е. z =31*23*26



Структурная сетка

1.3 Расчет передаточных отношений групповых передач

Определим передаточное отношение в каждой группе передач по формуле:

условие по расчету.

Примем, что группа Pa будет переключаться первой, соответственно группа Pb - второй и группа Pc- третьей.

Обозначим частные передаточные отношения в каждой группе:

для первой группы;

для второй группы;

для третьей группы.

Пусть частота вращения вала I будет nmin, тогда, последовательно переключая группу Pa, при минимальных частных передаточных отношениях в группе Pb и Pc получаем на шпинделе следующие частоты вращения:

n1 = nmin *

n2 = nmin *

n3 = nmin *

Для получения следующих частот вращения необходимо в соответствии с принятым вариантом переключения в группе Pb включить пару с передаточным отношением , оставив группу Pc в неизменном положении, и, снова переключая группу Pb, получаем:

n4 = nmin *

n5 = nmin *

n6 = nmin *

Следующие 6 частот вращения получаются аналогично, только в группе Pc необходимо включить пару с передаточным отношением:

n7 = nmin *

n8 = nmin *

n9 = nmin *

n10 = nmin *

n11 = nmin *

n12 = nmin *

Определим отношение передаточных отношений в группах. Для группы Pa

Для группы Pb

Для группы Pc

Таким образом, отношение частных передаточных отношений в каждой группе составляет геометрическую прогрессию со знаменателем

Показатель степени называется характеристикой группы. Для группы Paх = 1. Эта группа называется основной. Она переключается первой и постоянна при изменении частот вращения. Для группы Pbх = 3, для группы Pcх = 6. Группа Pb называется первой переборной, группа Pc - второй переборной. Значение характеристики группы связа-но с принятым вариантом переключения. В нашем случае хa = 1, хb = 3; хc = PaPb = 3 2 = 6, т. е. характеристика переборных групп определяется как произведение числа передач в группах, кинематически- предшествующих рассматриваемой группе. В общем случае:

хm = Pa Pb … Pm-1.

Характеристика группы в структурных формулах записывается в виде индекса к обозначению групп передач:

z= Pхa* Pхb* Pхc*……* Pхm

В нашем случае: z =31*23*26

При кинематических расчетах используют величину, называемую диапазоном регулирования передаточных отношений группы R. Это отно-шение максимального передаточного отношения в группе к минимальному:

R =

Для основной группы Pa

R =

Для первой переборной группы Pb

R =

Для второй переборной группы Pc

R =

1.4 Подбор электродвигателя

Определяем необходимую мощность привода главного движения :

Nэ =2,5 кВт

Берем среднее значение коэффициента полезного действия привода : ?=0,8.

Определяем необходимую мощность двигателя :

Nэ/д 2,5 кВт

Зная необходимую мощность привода главного движения, выбираем электродвигатель: АИР 100 L4.

1.5 Построение графика чисел оборотов

График частот вращения служит для определения частных и общих передаточных отношений. Для его построения должны быть известны: 1)знаменатель геометрического ряда частот вращения:

2) частоты вращения шпинделя от n1 = nmin до nz = nmax; 3)частота вращения приводного электродвигателя nэ;

4) кинематическая схема коробки скоростей, включая одиночные передачи (зубчатые, ременные передачи).

Добавив гибкую связь (ременную передачу) между электродвигателем и валом I.

Порядок построения графика частот вращения:

1. Строят исходную сетку графика так же, как и исходную сетку для структурной сетки, однако количество вертикальных линий может быть больше числа частот вращения шпинделя. Это необходимо, чтобы частота вращения электродвигателя располагалась в преде-лах исходной сетки.

Перед валом I изображают «О» вал электродвигателя.

2. Наносят значения частот вращения на последний вал (на шпинде-ле) коробки скоростей, выбранные по ГОСТ 8032 56 «Предпочти-тельные ряды частот вращения». Допустим, в примере задано: nmin = n1 = 50 мин-1;nmax = n12 = 630 мин-1; = 1,26; nэ =1410 мин-1.

3. На линию вала электродвигателя наносят значения частот вращения приводного электродвигателя.

4. Ременной передачей «вписывают» частоту вращения электродвигателя в ряд частот вращения шпинделя. В нашем случае это точка в пересече-нии вала I и частоты n = 630 мин-1.

5. Определяют общее минимальное передаточное отношение коробки скоростей Jmin, выразив его через знаменатель геометрической прогрессии:

Jmin

6. Общее минимальное передаточное отношение Jmin разбивают на частные минимальные отношения imin каждой группы передач, помня при этом, что, а также, что частные минимальныепередаточные отношения от вала I к последнему валу должны уменьшаться:

Jmin

На графике частот вращения частные минимальные передаточные отношения изображаются в виде лучей, проходящих через 3 и 4 клетки влево (понижающие передаточные отношения).

7. В соответствии со структурной сеткой производят окончательное построение графика частот вращения.

8. По графику определяют все передаточные отношения:

р.п

в основной группе Ра :

в первой переборной группе Рb:

во второй переборной группе Рc:

Общее максимальное передаточное отношение коробки скоростей:

1.6 Расчет чисел зубьев шестерен

При расчете чисел зубьев групповых передач исходим из постоянства межосевого расстояния и числа зубьев. Воспользуемся следующими формулами:

Zx = 2z0*a/(a+б) z'x = 2z0*б/(a+б)

2z0 = KE

Emin = zдоп*(а+б)/(К*а)

где Zx, z'x -- числа зубьев ведущего и ведомого звеньев;

2z0 - сумма чисел зубьев сопряженных колес;

a- числитель передаточного отношения;

б - знаменатель передаточного отношения;

К - наименьшее кратное сумм (а+б);

Е -- целое число;

zдоп= 20 -- минимальное число зубьев.

в основной группе Ра :

Следовательно:

а+б = 7+11=18 в+г = 4+5=9 д+е = 1+1=2

Отсюда: К =18

Определим числа зубьев сопряженных колес:

Z1 = К* а/(а+б) = 18*7/(7+11) = 7 z'1=K* б/(а+б) = 18*11/(7+11)=11

Z2 = К* в/(в+г) = 18*4/(4+5) = 8 z'2 = К* г/(в+г) = 18*5/(4+5) =10

Z3 = К* д/(д+е) = 18*1/(1+1) = 9 z'3 = К* е/(д+е) = 18*1/(1+1) = 9

Так как число зубьев маленькое, домножаем на 4:

Z1=28; z1'=44

Z2=32; z2'=40

Z3=36; z3'=36

в первой переборной группе Рb:

Следовательно:

а+б = 1+3=4 в+г = 7+11=18

Отсюда: К =18

Определим числа зубьев сопряженных колес:

Z1 = К* а/(а+б) = 18*1/(1+3) = 5 z'1=K* б/(а+б) = 18*3/(1+3)=13

Z2 = К* в/(в+г) = 18*7/(7+11) = 7 z'2 = К* г/(в+г) = 18*11/(7+11) =11

Так как число зубьев маленькое, домножаем на 4:

Z1=20; z1'=52

Z2=28; z2'=44

во второй переборной группе Рc:



Следовательно:

а+б = 7+11=18 в+г = 8+5=13

Отсюда: К =18

Определим числа зубьев сопряженных колес:

Z1 = К* а/(а+б) = 18*7/(7+11) = 7 z'1=K* б/(а+б) = 18*11/(7+11) =11

Z2 = К* в/(в+г) = 18*8/(8+5) 11 z'2 = К* г/(в+г) = 18*5/(8+5) 7

Так как число зубьев маленькое, домножаем на 4:

Z1=28; z1'=44

Z2=44; z2'=28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Проектирование металлорежущих станков. Тарзиманов Г. А. - М.: Машиностроение, 1972г. -311с

2. Проектирование и расчет металлорежущих станков . Гуртяков А.М. - Томск, 2011г. 136 с.

3. Проектирование приводов главного движения металлорежущих станков . Киреев Г.И. - Ульяновск, 2007г. 47 с.

4. ГОСТ 18877-73г. и ГОСТ-8032-56г.

5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. -М.: Машиностроение, 1985г. 496с.

Размещено на Allbest.ur

...