Разработка привода главного движения токарно-карусельного станка

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Первостепенное значение в ускоренном развитии индустрии имеет машиностроительная промышленность. Машиностроение является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов оборудования.

Важной задачей станкостроения является совершенствование конструкций металлорежущих станков в соответствии с современным уровнем достижений науки и техники и с целью увеличения степени автоматизации, максимального повышения качества и эффективности в производстве.

Совершенствование конструкций металлорежущих станков направлено на повышение производительности, точности обработки, уровня механизации и автоматизации, надежности и долговечности; расширения технологических возможностей станков; создания универсальных станков, оснащенных упрощенными устройствами ЧПУ и промышленными манипуляторами. Средствами активного контроля, соответствующей номенклатурой принадлежностей и приспособлений; использование широкой унификации и агрегатирования; внедрения систем адаптивного, числового и циклового программного управления и применение устройств автоматической смены инструментов и заготовок.

В настоящее время и в обозримом будущем потребуется создание новых моделей станков, станочных модулей, гибких производственных систем, поэтому будущие специалисты-станкостроители должны владеть основами конструирования станков и их важнейших узлов. Для успешного применения вычислительной техники при конструировании необходимо хорошо знать содержание процесса проектирования всех видов станочного оборудования, владеть методами его моделирования и оптимизации.

Достижения станкостроителей свидетельствуют о больших возможностях в дальнейшем развитии станкостроения и оснащения отечественного машиностроения новыми высокопроизводительными станками.

Задачей данного курсового проекта является разработка привода главного движения токарно-карусельного станка. Проект состоит из расчетной и графической частей. В расчетной части курсового проекта производится анализ конструкций и расчет передач, технических характеристик, различных устройств и механизмов привода главного движения. В графической части проекта представлен общий вид привода главного движения (свертка) и коробка скоростей (развертка).

1. Анализ конструкции современных металлорежущих станков аналогичных проектируемому

1.1 Описание конструкции и системы управления станка-прототипа

Карусельные станки применяются для обработки тяжелых деталей большого диаметра и сравнительно небольшой длины; на них можно производить почти все виды токарных работ. Горизонтальное расположение плоскости круглого стола (планшайбы), на котором крепится заготовка, значительно облегчает ее установку и выверку, что весьма затруднительно при обработке больших тяжелых заготовок на токарных станках.

Карусельные станки выпускаются одностоечными с планшайбой до 1,6 м и двухстоечные с более крупными планшайбами для обработки деталей диаметром до 16м и более.

По исходным данным к курсовому проекту:

Максимальный диаметр обработки Dmax=1250 мм;

Эффективной мощности резания Nv=20 кВт.

Прототипом для проектирования привода главного движения принимаем одностоечный токарно-карусельный станок модели 1512. Основные технические характеристики станка приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Технические характеристики станка модели 1512

Принятый станок предназначен для обработки изделий из черных и цветных металлов. На станке осуществляется цилиндрическое и коническое обтачивается и растачивание, торцевое точение с поддержанием ступенчато-постоянной скорости резания, сверление, зенкерование и развертывание. При применении специального приспособления и устройств, на станке можно производить: нарезание резьб, обработку конических поверхностей. Станок имеет полное дистанционное управление, осуществляемое с подвесного пульта. Значительная мощность электродвигателя привода главного движения, высокая жесткость базовых деталей позволяют производить на станке высокопроизводительную обработку резцами, оснащенными твердым сплавом на скоростных режимах резания.

Общий вид одностоечного токарно-карусельного станка показан на (рис. 1.1). Станина 1 жестко скреплена со стойкой 9, имеющей вертикальные направляющие для перемещения по ним траверсы 6 и бокового суппорта 10 с четырехместным резцедержателем 12. На станине на круговых направляющих расположена планшайба 2 для установки на ней обрабатываемых деталей или приспособлений. Коробка скоростей размещена внутри станины.

На горизонтальных направляющих траверсы может перемещаться вертикальный револьверный суппорт 5 с пятипозиционной револьверной головкой 4. Привод подач револьверного суппорта и бокового суппорта 70 осуществляется от коробок подач 7 и 11. Перемещения револьверного суппорта вручную производят маховичками 8, а бокового суппорта - маховичками 13. Управление станком осуществляется от пульта 3.

Рисунок 1.1 - Токарно-карусельный станок модели 1512

Кинематическая схема станка приведена на (рис. 1.2). Горизонтальная подача револьверного суппорта. От вала VIII планшайбы через передачу 28-27, конические передачи 26-25, 24-23, передачу 29-30 и конические пары колес 31 и 53 движение передается на вал XII коробки подач (показана отдельно наверху слева). От коробки подач вращение получает вал XX механизма суппорта и далее через зубчатые колеса 52 и винтовую пару 65 горизонтальную подачу получает револьверный суппорт. Вертикальная подача револьверного суппорта. От вала VIII планшайбы до вала XXI коробки подач вращение осуществляется по той же цепи: далее через конические зубчатые колеса 55-56, цилиндрическую пару колес 57, коническую пару 58 и винтовую пару 59 движение подачи получает револьверный суппорт. Горизонтальная подача бокового суппорта. Как и прежде, движение идет от вала VIII планшайбы до вала XII коробки подач, затем через коробку подач на вал XX и далее через зубчатые колеса 39-41 и винтовую пару 42 получает подачу боковой суппорт. Вертикальная подача бокового суппорта. От вала планшайбы до вала XII коробки подач движение идет по той же цепи, затем через коробку подач вращение получает вал XXI механизма суппорта и через конические зубчатые колеса 55 - 36 и винтовую пару 43 получает подачу боковой суппорт. Ускоренное перемещение оба суппорта получают от отдельного электродвигателя 104. Подъем и опускание траверсы осуществляются двумя ходовыми винтами 48-49 от электродвигателя 105. Поворот револьверной головки вертикального суппорта производится от электродвигателя 106 через зубчатые колеса 60 - 61-62 и червячную пару 63-64. Ручное перемещение револьверному суппорту сообщают от маховичков и 103, а боковому суппорту - от маховичков КМ и 101.

Рисунок 1.2 - Кинематическая схема станка модели 1512

2. Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла

2.1 Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла

В соответствии с требованиями к проектируемому приводу необходимо обеспечить:

- число диапазонов переключения частот, вращения шпинделя z=16;

- управление коробкой скоростей привода главного движения электромагнитными муфтами.

В соответствии с исходными данными (nmin=5 мин-1 и nmax=250 мин-1) определяем диапазон регулирования шпинделя.

В этом случае не получаем требуемого числа оборотов, поэтому принимаем стандартное значение знаменателя геометрического ряда: n = 1,41 и принимаем структурную сетку с перекрытием частот как наилучший вариант:

2.2 Построение и описание кинематической схемы

Привод главного движения состоит из электродвигателя-1, ременной передачи -2 и шестиваловой коробки скоростей- 3 (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема

2.3 Выбор электродвигателя

Зная эффективную мощность резания NV =20 кВт, а также КПД составляющих элементов коробки скоростей проектируемого станка:

зрем = 0,95…0,97 - КПД ременной передачи;

зз = 0,97…0,98 - КПД цилиндрической зубчатой передачи;

зп = 0,99 - КПД подшипника качения;

зк=0,96…097 - КПД конической зубчатой передачи;

Принимаем электродвигатель 4А200L8У3, имеющий номинальную мощность кВт, и частоту вращения n=730 мин-1.

2.4 Построение структурной сетки и графика частот вращения

При построении структурной сетки учитываем на основании предыдущих расчетов и обоснований.

Получаем число диапазонов переключения шпинделя z=16, притом четыре из них дублируются, т.е. фактическое число диапазонов получается z=12.

Рисунок 2.2 - Структурная сетка

График частот вращения строится для определения конкретных значений величин, которые показывают передаточные отношения всех передач привода и частот вращения валов привода.

Определяем промежуточные значения частот вращения, затем округляем полученные величины до стандартных значений в соответствии с нормальным рядом чисел в станкостроении.

n1 = nmin = 5,6 мин-1 n1 = 5,6 мин-1.

n2 = 7,89 мин-1 n2 = 8 мин-1.

n3 = 11,13 мин-1 n3 = 11,2 мин-1.

n4 = 15,69 мин-1 n4 = 16 мин-1.

n5 = 22,13 мин-1 n5 = 22,4мин-1.

n6 = 31,2 мин-1 n6 = 31,5 мин-1.

n7 = 44,01 мин-1 n7 = 45 мин-1.

n8 =62,04 мин-1 n8 =63 мин-1.

n9 = 87,48 мин-1 n9 = 90 мин-1.

n10 = 123,3 мин-1 n10 = 125 мин-1.

n11 = 173,9 мин-1 n11 = 180 мин-1.

n12 = 245,2 мин-1 n12 = 250 мин-1.

Построение графика частот представлено на (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 - График частот вращения

3. Расчет передач, устройств и механизмов проектируемого привода

3.1 Расчет зубчатых передач

Расчет будем производить для самой нагруженной пары зубчатых колес, которая передает наибольший крутящий момент, т.е. пара z19-z20.

Выбор материала:

Для шестерен, от которых требуется высокая износостойкость, принимаем сталь 40Х. Основные механические характеристики: твердость 269…302 НВ, в = 900 МПа, т = 750 МПа, термообработка - улучшение.

Принимаем материал колес - сталь 40Х. Основные механические характеристики: твердость 235…262 НВ, в = 900 МПа, т = 750 МПа, термообработка - улучшение.

Таблица 3.1 - Основные геометрические параметры зубчатых колес

Расчет валов привода

Проверочный расчет будем производить наиболее нагруженного пятого вала. Максимальный крутящий момент на валу T5=2654Нм, расчетное число оборотов вала n=63 мин-1 когда в зацеплении находятся зубчатые колеса Z17-Z18 c валом 4 и Z19-Z20 с шпинделем (6 вал).

Для построения эпюр определим окружную силу, радиальную силу и осевую действующую на опоры.

Составляем расчетную схему вала (Рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Схема к расчету вала

3.2 Обоснование конструкции шпинделя, выбор материала и термической обработки

Основанными требованиями, которые предъявляются к шпиндельным узлам, являются:

- точность вращения шпинделя, характеризующаяся радиальным и осевым биением переднего конца, оказывает сильное влияние на точность обрабатываемых деталей. Допустимое биение шпинделя универсального станка должна соответствовать государственным стандартам.

- жесткость шпиндельного узла характеризуется его деформациями под действием нагрузки. Допустимый угол поворота шпинделя в передней опоре, сопровождающийся неравномерным распределением нагрузки между телами качения подшипников, принимается равным 0,0001…0,00015рад. Угол поворота шпинделя под приводным зубчатым колесом допускается от 0,0008 до 0,0001 рад, а прогиб в этом месте не должен превышать 0,01m=0,01·3,5=0,035.

- виброустойчивость и износостойкость.

Допустимое радиальное перемещение переднего конца шпинделя под действием нагрузки не должно превышать 1/3 допуска на размер обрабатываемой на станке детали.

- Температурные деформации шпиндельного узла оказывают влияние на точность обработки и работоспособность опор. Для «Н» класса точности станка допустимая температура нагруженного кольца подшипника равна 70 0С.

Передний конец шпинделя служит для базирования и закрепления режущего инструмента. Передние концы выполняют по государственным стандартам. Точное центрирование и жесткое сопряжение инструмента или оправки со шпинделем обеспечиваются коническим соединением.

Вышеуказанные требования обеспечиваются правильным выбором материала и конструкции шпинделя, которая представлена на листе 2 графической части проекта.

В шпиндельных узлах современных станков в основном применяют подшипники качения. Для них характерны небольшие потери на трение и простые системы смазывания. Подшипники качения обеспечивают высокую точность вращения шпинделя и необходимую виброустойчивость, они надежно работают при изменении частоты вращения и нагрузок в широких диапазонах, удобны в эксплуатации.

3.3 Описание и расчет системы смазки шпиндельного узла и привода главного узла в целом.

В шпиндельных узлах современных станков в основном применяют подшипники качения. Для них характерны небольшие потери на трение и простые системы смазывания. Подшипники качения обеспечивают высокую точность вращения шпинделя и необходимую виброустойчивость, они надежно работают при изменении частоты вращения и нагрузок в широких диапазонах, удобны в эксплуатации. Для выбора зазоров в передней опоре применен сдвоенный роликовый подшипник с посадкой внутренней обоймы подшипника на коническую шейку вала шпинделя.

Для обеспечения устойчивой работы станка необходимо строго создать правила смазки и указания по обслуживанию смазочной системы, так как от этого зависит точность и долговечность работы механизмов станка. При недостаточной смазке и плохом качестве масел может произойти заседание трущихся частей станка. Перед пуском в станок заливается около 6 л масла марки ИПГ-30.

Станок управляется двумя самостоятельными гидросистемами. Гидростанция станочной части, управляющая гидрозажимом колоны, расположена в корпусе редуктора перемещения рукава, там же размещен гидробак емкостью 7 л, управляющая гидропанель с гидрораспределителем и клапаном давления. В нагнетающей магистрали насоса, установлен фильтр тонкой очистки масла с электровизуальной сигнализацией.

Механизмы, расположенные внутри сверлильной головки, смазываются автоматически от общей гидросистемы сверлильной головки. Остальные трущиеся элементы станка смазываются вручную. Смазка шпиндельных подшипников производится при помощи шприца.

Смазка станка смешанная: ручная - через пресс-масленки и централизованная - через шестеренчатый масляной насос. При централизованной смазке масляным насосом масло нагнетается через сетчатый фильтр, в три масляных распределителя, откуда подается к распылителю коробки скоростей, расположенного на верхней крышке коробки. Благодаря разбрызгиванию происходит смазка всех трущихся поверхностей. Смазка облегчена тем, что все валы расположены в вертикальном направлении, что в свою очередь способствует стеканию ее, и разбрызгиванию, за счет вращения колеси валов, и охвату всего внутреннего пространства коробки. Смазка, проходя через всю коробку, попадает в поддон, расположенный в нижней части коробки. Оттуда оно периодически сливается через маслосливную пробку.

Рисунок 3.2 - Схема смазки станка

Выводы

В данном курсовом проекте был разработан привод главного движения токарно-карусельного станка на примере токарно-карусельного станка 1512. Привод состоит из электродвигателя, клиноременной передачи и шестиваловой коробки. Был определен знаменатель геометрического ряда, выбран электродвигатель 4А200L8У3, имеющий номинальную мощность кВт, и номинальную частоту вращения n=730 мин-1, а также построены структурная сетка и график частот вращения. В данном курсовом проекте были произведены расчеты мощности привода и крутящих моментов на валах, зубчатых передач, валов, а также определено, что жесткость шпиндельного узла обеспечивается.

технический токарный станок

Литература

1. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Высш. шк., 1991. - 382с.: ил.

2. Курсовое проектирование деталей машин: Справ. пособие. Часть 1/ А.В. Кузьмин, Н.Н. Макейчик, В.Ф. Калачев и др. - Мн.: Выш. школа, 1982. - 208с., ил.

3. Курсовое проектирование деталей машин: Справ. пособие. Часть 2/ А.В. Кузьмин, Н.Н. Макейчик, В.Ф. Калачев и др. - Мн.: Выш. школа, 1982. - 334с., ил.

4. Санюкевич Ф.М. Детали машин. Курсовое проектирование: Учебное пособие - 2-е изд., испр. и доп. - Брест: БГТУ, 2004. - 488с.

5. Курмаз Л.В., Скобейда А.Т. Детали машин. Проектирование: Учеб. пособие - Мн.: УП “Технопринт”, 2001 - 290с.

6. Чернин И.М., Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин. 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Выш. Школа, 1978 - 472 с., ил.

Размещено на Allbest.ru