Проектирование и модернизация привода главного движения фрезерного станка

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Лысьвенский филиал Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Факультет: Высшего образования

Направление: 15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

ОТЧЁТ

по индивидуальной работе

Тема: «Проектирование и модернизация привода главного движения фрезерного станка»

Дисциплина: «Металлорежущие станки»

Выполнил

студент Умнов А.В.

Проверил

преподаватель Никитин С.П.

Лысьва 2018 г.



Введение

Постановка задачи: Разработать структуру привода главного движения в соответствии с заданными параметрами.

Для этого необходимо:

1. Выбрать прототип, описать особенности работы и краткую характеристику станка.

2. Произвести структурный анализ выбранного станка.

3. Выбрать структуры коробки скоростей, структурные формулы, построить структурную сетку.

4. Построить график частот вращения, определить передаточные отношения кинематических пар.

5. Рассчитать количество зубьев групповых передач.

6. Представить обновленную кинематическую схему станка.

Исходные данные:

1. Станок - широкоуниверсальный фрезерный станок.

2. Число частоты вращения шпинделя Z=24.

3. Знаменатель ряда геометрической прогрессии ц=1,26.

4. Особые условия - переборное устройство (сложенная структура).



Выбор прототипа, описание особенностей работы и краткая характеристика станка

Описание и особенности работы: Широкоуниверсальный фрезерный станок 6Т83Ш предназначен для выполнения разнообразных фрезерных, сверлильных и расточных работ цилиндрическими, торцевыми, концевыми, фасонными и другими фрезами. Применяются для обработки горизонтальных и вертикальных плоскостей, пазов, рамок, углов, зубчатых колес, спиралей, моделей штампов, пресс-форм и других деталей из стали, чугуна, цветных металлов, их сплавов и других материалов.

Станки оснащены хоботом, на котором установлена на котором установлены накладная и поворотная шпиндельные) с индивидуальной коробкой скоростей и отдельным приводом, обеспечивающими возможность обработки детали инструментом, установленным к рабочей поверхности стола практически под любым углом в любой плоскости. Характеристика широкоуниверсального станка 6Т83Ш приведены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика	Значение
Тип	Широкоуниверсальный
Размеры рабочей поверхности стола, мм	1600х400
Наибольшее перемещение стола, мм:
- продольное	1000
- поперечное	400
-вертикальное	420
Расстояние от оси горизонтального (торца вертикального) шпинделя до рабочей поверхности стола, мм	30-450
Расстояние от оси горизонтального шпинделя до направляющих хобота, мм	190
Пределы частот вращения шпинделя, мин-1:
-основного	31,5-1600
-накладной и поворотной головок	50-1600
Диапазон подач стола, мм/мин:
-продольных и поперечных	0-3150
-вертикальных	0-1300 (ускорен. 4000)
Наибольшая масса обрабатываемой детали (с приспособлением), кг	630
Мощность электро-двигателей приводов, КВт:
-основного шпинделя	11
-накладной и поворотной головок	3
-подач стола	3
Конус шпинделя по ГОСТ 30064-93
-основного	N50
-накладной и поворотной головок	N40
Угол поворота стола вокруг вертикальной оси, град.	-
Габаритные размеры станка, мм
- длина	2570
- ширина	2252
- высота	2040
Привод и электрооборудование
Количество электродвигателей на станке	5
Электродвигатель привода главного движения М1, кВт	11
Электродвигатель привода шпинделя поворотной головки М2, кВт	3,0
Электродвигатель насоса охлаждающей жидкости М3, кВт	0,125
Электродвигатель привода подач стола М4, кВт	3,0
Электродвигатель привода зажима инструмента, кВт	0,18
Суммарная мощность всех электродвигателей на станке, кВт	17,3
Масса станка, кг	4370

Структурный анализ проектируемого станка

Станок широкоуниверсальный консольно-фрезерный 6Т83Ш предназначен для выполнения разнообразных фрезерных работ, главным образом, при изготовлении металлических моделей штампов, пресс-форм для работ в условиях серийного и единичного производства. Станок предназначен для фрезерования всевозможных деталей из стали, чугуна и цветных металлов цилиндрическими, дисковыми, фасонными, угловыми, торцовыми, концевыми и другими фрезами. Возможность настройки станка на различные полуавтоматические и автоматические циклы позволяет успешно использовать станки для выполнения работ операционного характера в поточных и автоматических линиях в крупносерийном производстве. В станке используется горизонтальный шпиндель при обработке плоскостей торцовыми и цилиндрическими фрезами, возможна раздельная и одновременная работа обоими шпинделями имеется устройство для ограничения зазора в винтовой паре продольного перемещения стола.

На станке можно обрабатывать вертикальные и широкоуниверсальные плоскости, пазы, углы, рамки, зубчатые колеса и т. д. Для обработки различного вида поверхностей, а также крупногабаритных моделей, превышающих по своим размерам габариты стола, шпиндельная головка смонтирована на выдвижном хоботе и может поворачиваться под углом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

На станке предусмотрен горизонтальный шпиндель, который может быть использован при обработке плоскостей торцовыми и цилиндрическими фрезами. Предусмотрена как раздельная, так и одновременная работа двумя шпинделями. При установке серег, прилагаемых к станку, станок может быть использован как горизонтально-фрезерный. Для расширения возможностей станка, кроме серег, прилагается дополнительная накладная поворотная головка. Накладная головка позволяет обрабатывать крупногабаритные детали, а также производить простейшие расточные работы. Наличие механизма выборки люфта в винтовой паре продольной подачи стола позволяет производить встречное и попутное фрезерование как в простых режимах, так и режимах с автоматическими циклами.

Фрезерование зубчатых колес, разверток, контура кулачков и прочих деталей, требующих периодического или непрерывного поворота вокруг своей оси, производится на данных станках с применением делительной головки или накладного круглого стола. Смазка направляющих консоли и узла "стол -- салазки" осуществляется от плунжерного насоса централизованно. Благодаря эффективной смазке повышается долговечность работы этих узлов, обеспечивается более длительное сохранение первоначальной точности и сокращается время на обслуживание. Шероховатость обработанной поверхности Rz 20 мкм. Класс точности станка П. Технологические возможности станка могут быть расширены с применением делительной головки, поворотного круглого стола, накладной универсальной головки и других приспособлений.

Станок оснащен хоботом, на котором установлены накладная и поворотная шпиндельные головки (поворотная шпиндельная головка у станков 6Т82Ш-35, 6Т82Ш-36 и 6Т83Ш-35, 6Т83Ш-36) с индивидуальной коробкой скоростей и отдельным приводом, обеспечивающими возможность обработки детали инструментом, установленным к рабочей поверхности стола практически под любым углом в любой плоскости.

Особенности конструкции станка 6Т83Ш:

На станке возможна: работа в трёх режимах (автоматическом, толчковом и ручном);

· широкие диапазоны величин подач стола;

· быстросменное механизированное крепление инструмента;

· наличие механизма замедления подачи;

· устройство периодического регулирования величины зазора в винтовой паре продольной подачи;

· автоматическая смазка узлов;

· применение бесконтактных быстродействующих электромагнитных муфт в приводе подач;

· предохранительная муфта защиты привода подач от перегрузок;

· торможение шпинделя при остановке электромагнитной муфтой;

· повышенная точность станка за счет расположения винта поперечной подачи по оси фрезы;

· возможность перемещения стола одновременно по двум и трем координатам;

· возможность применения электродвигателя постоянного тока в приводе подач;

· возможная дальнейшая автоматизация станков за счет применения цифровой индикации и устройств оперативного управления

Технологические особенности конструкции станка 6Т83Ш:

· сверление и растачивание под любым углом

· обработка детали с 5 сторон с одной установки (с накладной головкой)

· возможность работы в автоматических циклах по 3 координатам, включая обработку (цикл) по рамке;

· замедление рабочей подачи в автоматическом цикле;

· возможность одновременной работы двумя шпинделями

Повышена долговечность станка и жесткость за счёт прямоугольных направляющих станины и консоли, снижено усилие подъёма консоли за счёт индивидуальной смазки винта вертикального перемещения, введены дополнительные устройства для защиты от разлетающейся стружки и эмульсии. Техническая характеристика и жесткость станков позволяют полностью использовать возможности быстрорежущего и твердосплавного инструмента. привод широкоуниверсальный фрезерный станок

Фрезерование - это процесс обработки резанием посредством кругового основного движения - резания - и любого, но направленного перпендикулярно к оси вращения инструмента движения подачи.

Ось вращения (движение резания) сохраняет свое положение относительно заготовки независимо от движения подачи (ось вращения совпадает с осью инструмента). Процесс фрезерования в соответствии с этим представляет собой прерывистый процесс снятия стружки; ритмично повторяющиеся перерывы съема стружки и колебания силы резания требуют хороших динамических свойств фрезерных станков.



Способы фрезерования

1. Обработка плоских поверхностей

Рисунок 1. 1.-заготовка, 2-инструмент

а) фрезерование плоскости цилиндрической фрезой,

б) фрезерование плоскости торцевой фрезой,

в) фрезерование двух плоскостей торцом и периферией цилиндрической фрезы.

2. Обработка круговых цилиндрических поверхностей.

Рисунок 2. 1.-заготовка, 2-инструмент

а) дисковой фрезой с зубьями на наружной цилиндрической поверхности

б) дисковой фрезой с зубьями на внутренней цилиндрической поверхности,

в) торцевой фрезой с широкими торцевыми режущими кромками



3. Изготовление винтовых поверхностей.

Рисунок 3. 1.-заготовка, 2-инструмент

а) дисковой фрезой,

б) пальцевой фрезой,

4. Обработка профильных поверхностей

Рисунок 4. 1.-заготовка, 2-инструмент

а) профильным инструментом,

б) круговое профильное фрезерование,



Настройка параметров

1. Фрезерование плоских поверхностей:

Рисунок 5.

Ф (В₁)-главное движение скорость резания,

Ф (П₂)-движение подачи,

Ф (П₃)-движение врезания,

В₁, П₂, П₃- элементарные движения составляющие каждое в отдельности простое движение формообразование.

· Путь - настраивается рабочим

· Скорость - коробкой скоростей

· Направление - коробкой подач (стол)

· Исходное положение - настраивается рабочим

2. Фрезерование паза:

Рисунок 6



Ф (В₁, П₃)-главное движение скорость резания,

Ф (П₂)-движение подачи,

В₁, и П₃- элементарные движения составляющие сложное движение формообразование.

· Путь и исходное положение - настраивается рабочим

· Скорость - коробкой скоростей

· Направление - коробкой подач

· Траектория - коробкой скоростей

Структурная схема широкоуниверсального фрезерного станка

Структурная кинематическая схема широкоуниверсального консольно-фрезерного станка приведена на рис. 4.2а.

В станке два привода главного движения. Более мощный горизонтальный шпиндель 6 получает движение В₁ от электродвигателя М1 через коробку скоростей iv₁.

Шпиндель поворотной головки 11 получает движение В₂ от автономного привода.

Привод подач содержит коробку подач is с электродвигателем М₃, механизмы для распределения движения между столом П₄, салазками П₃ и консолью П₅, передачу винт-гайка для перемещения каждого из этих узлов.

Вспомогательные движения. Ускоренное перемещение стола, салазок и консоли осуществляется от электродвигателя М₂ через is по более коротким кинематическим цепям.

Поворот шпиндельной головки (В6 и В7) осуществляется при наладке станка для получения необходимого взаимного



Рисунок 7

Выбор структуры коробки скоростей, структурной формулы, построение структурной сетки

Число частоты вращения горизонтального шпинделя Z=24, минимальную частоту вращения шпинделя принимаем самостоятельно, ориентируясь на прототип и на нормальный ряд частот вращения шпинделя - берем равной 100 об/мин.

Примем коробку скоростей с 3 группами передач.

Структурная формула для сложенной структуры будет иметь вид:

Коробка скоростей обеспечивает 24 частоты вращения шпинделя, что соответствует исходным данным.

· Уравнение перемещения:

n об/двиг= n об/шпин.

· Уравнение кинематического баланса

n шпинд.=n движ.

Предположем, что для изменения частот вращения шпинделя которые образуют геометрический ряд, в первую очередь будет переключатся Блок 2 во вторую Блок 1, в третью блок 3.

Запишем уравнение кинематического баланса для всех частот вращения шпинделя.

Структурная формула будет иметь вид:



Структурная сетка коробки скоростей

Построение графика частот вращения, определение передаточного отношения кинематических пар

График частот вращения, является видоизмененной структурной сеткой. Он показывает действительные значения частот передаточных отношений передач и частот вращения валов.

Для построения графика необходимо:

1. Конкретные частоты вращения шпинделя

2. Частоты вращения приводного вала (электродвигателя)

3. Кинематическая схема коробки скоростей

4. Структурная сетка

Расчёт частоты вращения шпинделя из исходных условий:

· Минимальную частоту вращения шпинделя принимаем самостоятельно, ориентируясь на прототип, и на нормальный ряд частот вращения шпинделя -т.к число скоростей оборотов шпинделя увеличивается с 18 у прототипа станка до 24, уменьшим минимальную частоту вращения горизонтального шпинделя до n_min= 12,5 об/мин.

· Знаменатель ряда геометрической прогрессии ц=1,12.



Примерная кинематическая схема коробки скоростей

Z4=Z11

Определение частных передаточных отношений кинематических пар:

передаточные отношения первой группы передач:

передаточные отношения второй группы передач:

передаточные отношения третей группы передач:

График частот вращения

Расчет чисел зубьев групповых передач

Расчет чисел зубьев производим методом наименьшего общего кратного.



Приближенные значения для наиболее распространенных знамена- телей ряда 1,26; 1,41 и 1,58 в виде правильных дробей .

Числа зубьев будут получаться целыми, если выбираемая сумма зубьев будет пропорциональна сумме, стоящей в знаменателе

Из графика частот вращения для первой группы передач имеем передаточные отношения:

Подбираем приближенное значение для каждого передаточного отноше- ния в виде правильной дроби

Находим суммы числителя и знаменателя у каждой дроби и находим наименьшее общее кратное, которое принимаем в качестве суммы чисел зубьев Sz = 8736. Принимаем в качестве суммы чисел зубьев Sz = 64

В станкостроении существует ряд ограничений на количество зубьев колес коробок скоростей и подач:

- число зубьев колеса не может быть меньше 18-20.

- число зубьев колеса не может быть больше 100 из условия ограничения габаритов передач.

- сумму чисел зубьев следует принимать как можно меньшей.

В нашем примере Sz принимаем 64.



Однако значения Z₃ и Z₄ вызовут отклонение в передаточном отношении i3 (21/43= 0,48 вместо требуемого 0,50). Поэтому сумму зубьев этих колес примем

Тогда

Значения Z₅ и Z₆ невызовут отклонение в передаточном отношении i3. Поэтому сумму зубьев этих колес оставляем

Однако значения Z₇ и Z₈ вызовут отклонение в передаточном отношении i3 (25/39= 0,64 вместо требуемого 0,62). Поэтому сумму зубьев этих колес примем

Тогда



Из графика частот вращения для второй группы передач имеем передаточные отношения:

Выбор оптимального варианта кинематики (структурной сетки и графика частот вращения) для механизмов со связанным колесом производится обычным методом.

Но при этом сумма чисел зубьев, выбранная для одной группы передач, будет накладывать ограничения на параметры второй группы передач. Поэтому эти группы передач должны оптимизироваться совместно

Задача оптимизации сводится к тому, что при определении числа зубьев связанного колеса и суммы чисел зубьев в обеих группах передач минимизируют радиальные габариты привода.

Математически это условие можно выразить следующим образом:

Во второй группе принимаем Sz=114

Из графика частот вращения для третьей группы передач имеем передаточные отношения:

В третьей группе принимаем равным 91



Обновленная кинематическая схема станка



Вывод

Изучили основные типы современных металлорежущего оборудования и тенденции его развития. Получили знания о конструкции, кинематике и принципах эксплуатации оборудования.

Приобрели навыки исследования кинематики станка. В ходе работы разработали структуру привода главного движения в соответствии с заданными параметрами. Выбрали прототип, описали особенности работы и краткую характеристику станка. Произвели структурный анализ выбранного станка.

Выбрали структуру коробки скоростей, структурную формулу, построили структурную сетку.

Построили график частот вращения, определили передаточные отношения кинематических пар. Рассчитали число зубьев групповых передач. Представили обновленную кинематическую схему станка.

Размещено на Allbest.ru

...