Исполнение фрезерной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Конструкторская часть

Обзор существующих конструкций и элементов

Рисунок 1.1 Составные элементы фрезерной машины

Кнопка включения/выключения

Ручка

Основание

Фиксирующие винты параллельной направляющей линейки

Предохранительная защёлка

Цанговая гайка

Шпиндельный замок

Кнопка настройки глубины резания

Стопорный винт ограничителя глубины

Ограничитель глубины

Зажимающий рычаг

Шкала глубины резания

Регулятор скорости

Заглушка настройки высоты

Заглушка точной настройки глубины резания

Приспособление для удаления пыли

Разметка направляющей линейки

Отметка нуль

Направляющая линейка

Направляющая штанга

Барабан ограничителя глубины

Рассмотрим существующие конструкции. На рисунке 1.2 представлен простейший вариант конструктивного исполнения фрезерной машины. Она состоит из электродвигателя, двух ручек, двух направляющих перемещения в вертикальном направлении, а также линейки для установки глубины фрезерования.



Рисунок 1.2 Простейшее исполнение фрезерной машины

мультипликатор фрезерный резание

На рисунке 1.3 представлен конструктивный вариант исполнения кнопки включения/выключения. Данная конструкция представляет собой рычажный механизм.

Рисунок 1.3 Исполнения кнопки включения/выключения

На рисунке 1.4 и 1.5 представлены возможные варианты исполнения рычага в кнопке включения/выключения.



Рисунок 1.4 Рычаг кнопки включения/выключения с цилиндрическим (объёмным) профилем

Рисунок 1.5 Рычаг кнопки включения/выключения с плоским профилем

На рисунке 1.6 представлен вариант конструктивного исполнения фрезерной машины с каналом для отвода пыли выполненном в одной из направляющих.



Рисунок 1.6 Фрезерная машина с каналом отвода пыли в направляющей

Перспективной конструкцией является фрезерная машина с одной направляющей (рис. 1.7), являющейся продолжением основания (6) в виде трубы (4), внутри которой перемещается электродвигатель (2). Установка глубины резания осуществляется при помощи гайки (3). В данной фрезерной машине 2 ручки для удобной эксплуатации. В ручке (1) установлена кнопка включения. Ручка (5) для удобства в эксплуатации выполнена круглой формы. У этой ручки есть и второе предназначение - фиксация на заданной глубине электродвигателя. Имеется прямолинейная направляющая (7). Для установки инструмента (фреза) предусмотрен цанговый патрон (8).

В современных бытовых электромеханических приборах одной из основных частей является электродвигатель. В большинстве случаев применяются электродвигатели асинхронные и коллекторные, реже синхронные.

Существуют бесколлекторные электродвигатели постоянного тока (БДПТ), известные также как вентильные. Выполненные на основе постоянных магнитов, они обладают высоким КПД, малогабаритны, с частотой вращения ниже, чем у традиционно применяемых универсальных коллекторных двигателей (см. таблица 1.1).

Таблица 1.1 Характеристики электродвигателей

Наименование	Тип	P, Вт	n,мин-1	M, кг	Размер, мм	з,%
АИР56А4	А	120	1350	3,2	234хШ140	56
МУ-320	К	100	5500	1,38	100хШ56	90
УВ-052	УК	120	8000	2,2	152,5х118	62
BL 2205/22	Б	100	6500	0,35	22хШ28,2	98

(Обозначения: А- асинхронный, К- коллекторный, УК- универсальный коллекторный, Б - бесколлекторный )

Коэффициент полезного действия универсального коллекторного двигателя находится в диапазоне 40-60%.

Исходя из данных, приведённых в таблице 1 видно, что по всем параметрам наиболее компактным является БДПТ. В случае применения таких электродвигателей в бытовой технике, уменьшаются её габариты и масса. Кроме того, появляется возможность точного управления скоростью и моментом.

БДПТ (рисунок 1.8) - это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Данный тип двигателей был создан с целью улучшения свойств коллекторных электродвигателей постоянного тока.

Основными достоинства бесколлекторных двигателей:

- высокое быстродействие и динамика, точность позиционирования;

- широкий диапазон изменения частоты вращения;

- большая перегрузочная способность по току и моменту;

- большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов;

- низкий перегрев электродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками.

Коэффициент полезного действия некоторых моделей БДПТ может достигать 99%. При этом упрощается охлаждение двигателя, поскольку тепло, исходящее от ротора, незначительно. Охлаждение необходимо только для статора и, поскольку он является внешней структурой, легко реализуется. Упрощение схемы охлаждения также приводит к гибкой геометрии двигателя. Бесколлекторные машины с постоянным магнитом поддерживают намного более широкий диапазон соотношений размеров, чем стандартные двигатели. Возможны короткие, с большим диаметром и длинные, узкие машины, так же как и радиальные и аксиальные модели с воздушным зазором. Для торможения и реверса бесколлекторного электродвигателя необязательны дополнительный транзистор тормоза или мостовая схема реверса питания - достаточно лишь сдвигать фазы в обратной последовательности, включая обмотки на противоходе - а это ещё экономия транзисторов и улучшение параметров (мостовая схема из 4-х идентичных транзисторов обладает вдвое большим внутренним сопротивлением, чем один такой же в нереверсивной - однотактной схеме).



Рисунок 1.8 БДПТ

Также следует отметить, что немецкая компания Faulhaber Group выпустила линейку особо малых бесколлекторных двигателей. В рамках этой серии предлагаются двигатели диаметром от 1,9 до 5 мм. Для управления БДПТ необходимо электронное устройство - контроллер, которое достаточно просто может быть реализовано на современной элементной базе микро- и силовой электроники.

Проведя предварительное программирование, пользователь может давать команды приводу путем подачи логических сигналов на входы контроллера. Для цепей обратной связи с выхода контроллера можно получать сигналы энкодера и сигналы о состоянии двигателя.

Одна из последних новинок в ряду бесколлекторных сервоприводов - BG65S. Благодаря применению современных материалов для магнитной системы двигателя, удалость получить удвоенную мощность при сохранении прежних габаритов. Этот двигатель может комбинироваться с новым редуктором PLG 65, имеющим повышенный срок службы и увеличенные допустимые осевые и радиальные нагрузки на вал.

2. Расчет мощности резания

В данном разделе рассчитаем мощность резания. Для этого зададимся исходными данными:

- напряжение питания - 220В;

- частота тока - 50 Гц;

- скорость вращения инструмента - 9000 - 30000Об/мин;

- максимальный диаметр инструмента (фрезы) - 30мм;

- максимальная глубина резания - 30мм;

- цанговый патрон Ш 6 и 8мм;

- Подача - 4 - 20мм/сек.

Ведём расчёт на максимальную нагрузку (рисунок 2.1), т.е. скорость вращения n=30000Об/мин, ширина фрезерования B=20мм, глубина фрезерования H=30мм, подача U=4мм/сек=24мм/мин, обрабатываем берёзу.

Скорость резания v:

v= (р*D*n) / (6*104), м/с, где

D - диаметр вершин зубьев, в мм;

n - частота вращения фрезы, об/мин;

v= (3,14*30*30000) / (6*104) = 47,1м/с.

Мощность резания Nрез, Вт:

Nрез = (aпопр.*KT*B*H*U) / 60, где

KT - табличное значение удельной работы резани при фрезеровании [1] по таблицам 27, 28, 29, Дж / см3;

aпопр. - по таблице 4 [1];

B - ширина фрезерования, в мм;

H - глубина фрезерования, в мм;

U - скорость подачи, в мм/мин.

Nрез = (1,65*2*20*30*24) / 60 = 792 Вт.



Рисунок 2.1 Схема фрезерования

3. Выбор и обоснование привода

В современном электроинструменте бытового и промышленного назначения применяется электропривод на базе универсальных коллекторных двигателей постоянного тока. Это связанно с тем, что коллекторные двигатели малогабаритны и имеют высокие частоты вращения.

На сегодняшний день на рынке появились бесколлекторные двигатели постоянного тока, о которых говорилось в разделе 1.1. Из основных достоинств можно выделить компактные размеры, отсутствие коллекторного узла, высокий КПД (до 95-98%). В электроинструменте они пока не применяются.

В предыдущем разделе мы определили, что необходимая мощность резания равна 792 Вт, частота вращения инструмента (фрезы) равна 30000 мин-1. Бесколлекторные двигатели таких мощностей вращаются с частотами около 9000 - 13000 мин-1. Следовательно, существует необходимость применения мультипликатора. Мультипликатор -- механическое устройство, преобразующее и передающее крутящий момент повышающее угловую скорость выходного вала, понижая при этом его вращающий момент. Зададимся передаточным числом мультипликатора, равным 3.

Вычислим необходимый крутящий момент резания. Крутящий момент и мощность связаны между собой достаточно простой формулой:

Мкр = kN/n,

где k - коэффициент (9,55), N - мощность, n - частота вращения коленчатого вала.

Мкр = 9,55*792/30000=0,25212 Н*м;

Необходимый крутящий момент электродвигателя равен 0,75636 Н*м.

При частоте вращения электродвигателя 10000 мин-1,при использовании мультипликатора, номинальная мощность электродвигателя равна 850 Вт.

Выбираем двигатель EMAX GT 2826/05

Таблица 1.3 Характеристики электродвигателя

Наименование	Pmax, Вт	Габаритные размеры, мм	Присоединительные размеры, мм	Nmax, мин-1	m, гр
GT 2826/05	992	Ш35 l49,5	Ш5	12728	175

Тр1т0Расчет геометрических характеристик мультипликатора

Таблица 1.4.1 Геометрический расчет мультипликатора

Геометрический расчет конической передачи с прямыми зубьями
Наименование параметра	Ведущее колесо	Ведомое колесо
Исходные данные
Число зубьев	60	20
Модуль внешний окружной, мм	1
Межосевой угол	90°00'00"
Угол профиля исходного контура	20°00'00"
Коэффициент высоты головки зуба	1.000
Коэффициент радиального зазора	0.200
Коэффициент радиуса кривизны переходной кривой	0.200
Степень точности	7-C	7-C
Ширина зубчатого венца, мм	10.000
Коэффициент смещения	0.382	-0.382
Коэффициент изменения расчетной толщины зубьев	0.034	-0.034
Радиус закругления вершин резца, мм	0.304
Определяемые параметры
Число зубьев плоского колеса	63.246
Среднее конусное расстояние, мм	26.623
Внешнее конусное расстояние, мм	31.623
Угол делительного конуса	71°33'54"	18°26'05"
Передаточное число	0.333
Передаточное число эквивалентной передачи	0.333
Число зубьев эквивалентной шестерни	60.000
Нормальная толщина зуба в расчетном сечении, мм	1.883	1.259
Угол ножки зуба	1°28'55"	2°51'58"
Внешняя высота головки зуба, мм	1.382	0.618
Внешняя высота ножки зуба, мм	0.818	1.582
Внешняя высота зуба, мм	2.200	2.200
Угол конуса впадин	70°04'58"	15°34'06"
Угол конуса вершин	74°25'53"	19°55'01"
Средний делительный диаметр, мм	50.513	16.838
Внешний делительный диаметр, мм	60.000	20.000
Внешний диаметр вершин зубьев, мм	60.874	21.173
Расстояние от вершины до плоскости внешней окружности вершин зубьев, мм	8.689	29.805
Контролируемые и измерительные параметры
Постоянная хорда, мм	1.663	1.111
Высота до постоянной хорды, мм	1.079	0.416
Расстояние от внешнего торца до измерительного сечения, мм	0.000	0.000
Конусное расстояние до измерительного сечения, мм	31.623	31.623
Делительная толщина зуба по хорде в измерительном сечении, мм	1.883	1.258
Высота до делительной хорды зуба, мм	1.387	0.637
Отсутствие подрезания зуба шестерни	выполнено
Коэффициент перекрытия	1.821



Таблица 1.4.2 Расчет на прочность при действии максимальной нагрузки конической передачи с прямыми зубьями

Наименование параметра	Ведущее колесо	Ведомое колесо
Исходные данные
Число зубьев	60	20
Модуль внешний окружной, мм	1.000
Межосевой угол	90°00'00"
Степень точности	7-C	7-C
Марка материала	45	45
Твердость активных поверхностей зубьев, HRC	30	30
Расчетная нагрузка, Н*м	0.750
Число оборотов на ведущем колесе, об/мин	10000.000
Определяемые параметры
Окружная скорость в зацеплении, м/с	26.449
Расчет на контактную прочность
Коэффициент учитывающий распределение нагрузки	1.019
Удельная окружная сила, Н/мм	74.967
Коэффициент учитывающий динамическую нагрузку	25.773
Исходная сила, Н	29.695
Удельная расчетная окружная сила, Н/мм	244.281
Расчетное контактное напряжение, МПа	1600.759
Допускаемое контактное напряжение, МПа	1785.000	1785.000
Коэффициент запаса по контактным напряжениям	1.115	1.115
Расчет на прочность при изгибе
Коэффициент учитывающий распределение нагрузки	1.040
Удельная окружная сила, Н/мм	199.912
Коэффициент учитывающий динамическую нагрузку	65.743
Удельная расчетная окружная сила, Н/мм	201.062
Расчетное напряжение изгиба, МПа	317.932	314.289
Допускаемое напряжение изгиба, МПа	1058.000	1058.000
Коэффициент запаса по напряжениям изгиба	3.328	3.366



4. Расчет привода установки глубины

Для выбора микродвигателя привода зададимся стандартным значением частоты вращения. Это значение n1=3000Об/мин. Передаточное число передачи примем равным 6. Тогда частота вращения зубчатого колеса n2=500Об/мин.

,

где p=1 - шаг резьбы, np =1- число заходов.

Тогда V=8,3мм/мин. Определим мощность необходимого электродвигателя:

Вт

Выберем электродвигатель мощностью 10Вт, с частотой вращения 3000Об/мин.

Рассчитаем зубчатую передачу. В данном случае будем использовать зубчатую передачу с внутренним зацеплением. Как уже определили ранее, передаточное число зубчатой передачи равно 6. Модуль передачи примем равным 0,5. Тогда:

Делительный диаметр шестерни:

d1=z1*m,

где z1 - число зубьев шестерни. z1= 7; d1=7*0.5=3.5;

Диаметр вершин зубьев шестерни:

da1=d1+2m+x; da1=5.5мм;

Примем ширину зубчатого венца равной

b1=b2=6мм;

Делительный диаметр зубчатого колеса:

d2=z2*m; d2=42*0.5=21;

Диаметр вершин зубьев зубчатого колеса:

da2=d2+2m-x; da2=21мм;

Межосевое расстояние равно: aw=8.75.

5. Расчет надежности технического устройства по внезапным отказам при основном соединении элементов

Расчёт надёжности технического устройства будем производить по внезпнымным отказам при основном соединении элементов.

Выбор основных показателей надежности

Определим шифр изделия:

- по факторам конструктивного решения (класс 1) это изделие относится к ремонтируемым (подкласс 2);

-по факторам характера и режима использования по назначению (класс 2), относится к изделиям, эксплуатируемым до предельного состояния (подкласс 4) и используется в прерывистом (случайном) режиме (группа 3);

- по факторам последствий отказа (класс 3) оно относится к изделиям, у которых доминирующим фактором при оценке функциональных последствий отказа является отказ независимо от длительного простоя (подкласс 1).

Следовательно, классификационный шифр будет 2431.

Основными показателями надежности для классификационного шифра 2431 являются:

Щ- среднее значение параметра потока отказов за ресурс;

Т - наработка на отказ,

Т = 1 / Щ;

Тд - ресурс;

Тсл - срок службы.

Размещено на Allbest.ru

...