Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический институт

Кафедра конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Руководитель С.Н. Шатохин

Студент МТ12-06Б 050900922 Н.Л. Шаповалов

Красноярск 2016

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ детали
• 2. КОМПОНОВКА И КИНЕМАТИКА СТАНКА
• 3. Эскизная разработка шпиндельного узла станка
• 3.1 Анализ служебного назначения и технических условий
• 3.2 Анализ компоновок существующих станков и выбор оптимальной
• 3.3 Технологическое описание возможностей станка.(фотографию станка ИС)
• 4. ЭСКИЗНАЯ РАЗРАБОТКА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА СТАНКА
• 4.1 Эскизный чертеж общего вида шпиндельного узла станка
• 4.2 Расчет технических характеристик станка
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
• ВВЕДЕНИЕ

Металлообрабатывающие станки отличаются большим разнообразием типов, размеров и конструктивных решений. Число различных моделей только отечественных станков составляет более двух тысяч. На них обрабатывают детали с размерами от десятых долей миллиметра до нескольких десятков метров и массой от долей грамма до нескольких сотен тонн. Точность обработанных на станках деталей в наиболее ответственных случаях достигает десятых, а шероховатость поверхности - тысячных долей микрометра. В современном станкостроении находят применение новейшие достижения материаловедения и точной механики, электро- и гидропривода, электроники и вычислительной техники. Помимо режущих инструментов (резцы, сверла, фрезы, протяжки, шлифовальные круги и др.) для размерной обработки на станках используют электрические разряды, химические реакции, энергию ультразвука, лазерные и электронные лучи. Это и многое другое необходимо знать тем, кто обеспечивает эффективное применение современных металлообрабатывающих станков на машиностроительных предприятиях, конструирует узлы и детали различных машин и приборов, разрабатывает технологию их размерной обработки. Следует отметить, что на любом крупном промышленном предприятии, даже не машиностроительного профиля, эксплуатируется значительный парк металлорежущих станков, необходимых для изготовления и ремонта различного технологического оборудования и оснастки.

Цель курсового проекта - получить представление о конструкции станочного оборудования, его основных узлах и принципах их подбора.

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И НАСТРОЙКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

В данную часть входит контрольная работа из методического пособия «Кинематический анализ и настройка зубообрабатывающих станков», а также кинематическая схема разрабатываемого станка.

По заданному варианту из таблицы методического пособия мы определили параметры нарезаемого зубчатого колеса для обработки на зубофрезерном станке:

Таблица 1 - Исходные данные к варианту

Модуль нарезаемых зубьев m, мм	3,5
Число нарезаемых зубьев Z	78
Угол наклона нарезаемых зубьев в°	36°
Число заходов фрезы K	2

По кинематической схеме станка, приведенной на рисунке 1, описали кинематические цепи, для каждой определили расчетные движения конечных звеньев, составили уравнение кинематического баланса и рассчитали передаточное отношение органа настройки (коробки скоростей или гитары сменных зубчатых колес). Для органа настройки каждой кинематической цепи подобрали сменные зубчатые колеса с числом зубьев, отвечающих условию совместимости и рассчитанному передаточному отношению.



Рисунок 1 - Кинематическая схема зубофрезеррного станка модель 5E32

Последовательность расчета:

1) Для гитары главной кинематической цепи (Рисунок 2) подобрать из набора сменных зубчатых колес Ж_см = 18, 20, 23, 27, 30 (2 шт.), 33, 37, 40, 42 сменные колеса с числом зубьев А и В, которые при условии совместимости А + В = 60 с погрешностью не более 3ч5% соответствуют необходимому передаточному отношению = А / В ? , где V = 30ч40 м/мин - скорость резания, d_фр = 50ч100 мм - диаметр модульной червячной фрезы.

= А / В ? =35*1000/(1440*3,14*75*0,13125)=0,78

P_V ==0.13125

V = 30ч40 м/мин = 35 м/мин

d_фр = 50ч100 мм = 75 мм

Ближайшее по значению передаточного числа пара колес - А=27;
В=33 => А/В=0,8

Рисунок 2 - Главная кинематическая цепь

2) Для гитары кинематической цепи обката и деления (Рисунок 2) подобрать из набора сменных зубчатых колес Ж_см = 23, 24 (2 шт.), 25(2 шт.), 30, 33, 34, 35, 36(2 шт.), 37, 40, 41, 43, 45, 43 (2 шт.), 50, 53, 55, 57, 53, 59, 60, 61, 62, 67, 70, 73, 75, 79, 30, 33, 85, 90, 92, 95, 97, 93, 100, 101, 103, 127, 157 сменные колеса с числом зубьев a₂, b₂, c₂ и d₂, которые при числе зубьев дополнительных сменных колес l / f = 54/54 точно соответствуют необходимому передаточному отношению = a₂•c₂/(b₂•d₂) = .

= a₂•c₂/(b₂•d₂) = =2/(78*)=

l / f = 54/54

Pz ==

Наиболее соответствующая передаточному отношению пары колес - a₂=40; с₂=45; b₂=30; d₂=39;

Рисунок 3 - Кинематическая цепь обката и деления

3) Для гитары кинематической цепи вертикальных подач (Рисунок 4) подобрать из набора сменных зубчатых колес, указанного в п. 2, сменные колеса с числом зубьев a и b, которые с погрешностью не более 3ч5% соответствуют необходимому передаточному отношению , где ? (0,15ч0,25)·m - вертикальная подача

= 0.875/(10*)=0,011

? (0,15ч0,25)·m=0.25*3.5=0.875

P_В ===8,33

Наиболее соответствующая передаточному отношению пара колес - a=23; b=127; с=24; d=157.



Рисунок 4 - Кинематическая цепь вертикальных подач

4) Для гитары кинематической цепи угла наклона зуба подобрать из набора сменных зубчатых колес, указанного в п. 2, сменные колеса с числом зубьев a₁, b₁, c₁ и d₁, которые точно соответствуют необходимому передаточному отношению

=0,73*10/(3,14*3,5*78*0,792)=6,83

По результатам расчетов подбираем a₁=90; с₁=92; b₁=36; d₁=36;

Рисунок 5 - Кинематическая цепь угла наклона зуба

2. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ СТАНКА С ЧПУ

С помощью программы CIMCO Edit запрограммируем траекторию обработки детали, с использованием команд позиционирования, стандартных циклов сверления, цикла сверления глубоких отверстий, с помощью G и M кодов.

Рисунок 6 - Схема детали

Текст программы:

%

O13067;

G21 G40 G49 G80 G90;

G00 G43 H01 Z10.;

T01 M06;

M08;

G00 X4.5 Y81.;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3;

G91 X8.5 L11;

X-8.5 Y-7.5 L1;

X-8.5 L9;

Y-7.5;

X8.5 L5;

X34. L1;

X-85. Y-7.5 L1;

X8.5 L2;

X-17. Y-7.5 L1;

G80;

G90;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3;

X4.5 Y51. L1(delete);

G72 I12. J-40. L5;

G80;

G00 X72.5 Y51.5;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3;

G71 I22.5 J-90. K-35. L3;

G71 I22.5 J-90. K35. L4;

G80;

G90;

G00 X72.5 Y19.5;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3 L1;

G80;

G00 X30.68 Y36.28;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3 L0;

G70 I22. J20. L6;

G80;

M05;

T02 M06;

G43 H02 Z10.;

M03 S2500;

G00 X4.5 Y81.;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3;

G91 X8.5 L11;

X-8.5 Y-7.5 L1;

X-8.5 L9;

Y-7.5;

X8.5 L5;

X34. L1;

X-85. Y-7.5 L1;

X8.5 L2;

X-17. Y-7.5 L1;

G80;

G90;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3;

X4.5 Y51. L1;

G72 I12. J-40. L5;

G01 Z10.;

M05;

T03 M06;

G43 H03 Z10.;

M03 S2500;

G00 X72.5 Y51.5;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3;

G71 I22.5 J-90. K-35. L3;

G71 I22.5 J-90. K35. L4;

G80;

G00 X30.68 Y36.28;

G82 Z-2. R2. F50. P0.3 L0;

G70 I22. J20. L6;

G80;

G01 Z10.;

M05;

T04 M06;

G43 H04 Z10.;

M03 S2500;

G01 Z10.;

G00 X72.5 Y51.5;

G83 Z-11. Q3. R2. F50. P0.3 L1;

G01 Z10.;

M05;

T05 M06;

G43 H05 Z10.;

M03 S2500;

G12 I7. K12. Q3. F1000. D01 Z-11.;

G01 Z10.;

M05;

T06 M06;

G43 H06 Z10.;

M03 S5000;

G85 X72.5 Y51.5 Z-11. R1. F100. L1;

G01 Z10.;

M05;

T07 M06;

G43 H07 Z10.;

M03 S5000;

G76 X72.5 Y51.5 Z-11. R1. Q0.1 P0.3 F100. L1;

G80.;

G01 Z10.;

M05;

T08 M06;

G43 H08 Z10.;

G00 X71.5 Y19.5;

G83 Z-11. Q3. R2. F50. P0.3 L1;

G91;

X25.5 Y60. L1;

G80;

G01 Z10.;

M05;

T09 M06;

G43 H09 Z10.;

G84 Z-11. R1. J2. F100. L1;

G91;

X-25.5 Y-60. L1;

G80;

G90;

G00 X0.Y0.;

M05;

T10 M06;

G43 H10 Z10.;

M03 S5000;

G01 Z-1. F500.;

X108.;

Y40.;

X0.;

Y80.;

X150.;

Z10.;

M09

M30;

Полученную программу запустим на стойке HAAS (рисунок 7) и рассмотрим траекторию обработки детали (Рисунок 8).

Рисунок 7 - Текст программы на стойке HAAS



Рисунок 8 - Траектория обработки на стойке HAAS

3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ детали

3.1 Анализ служебного назначения и технических условий

Перед тем как выбирать тип станка, нам необходимо проанализировать деталь которую нам необходимо обрабатывать.

Корпус редуктора является базовой деталью, на которую монтируют отдельные сборочные единицы и детали, такие как вал и червяк, обеспечивая требуемую точность относительного расположения между собой.

Корпусная деталь должна иметь требуемую точность, обладать необходимой жесткостью и виброустойчивостью, что обеспечивает требуемое относительное положение соединяемых деталей и узлов, правильность работы передачи и отсутствие вибраций.

Корпус редуктора (рисунок 9) должен обеспечивать точность относительного положения червяка и червячного колеса.

Базирование валов осуществляется по главным отверстиям. Поверхности главных отверстий корпуса совместно с поверхностями торцов образуют комплекты вспомогательных баз корпуса.

Технические требования можно определить по:

1. Точность относительного положения вспомогательных конструкторских баз.

a_w=125±0.02мм

2. Точность относительного положения вспомогательных конструкционных баз отсутствуют.

3. Точность основных отверстий:

диаметральных размеров

отверстий под опоры червяка Ш72Н7(^+0,03)

отверстий под опоры вала червячного колеса Ш104Н7(^+0,03)

геометрической формы не заданы

Параметры шероховатости

Точность геометрической формы и качества плоских поверхностей

Параметры шероховатости:

Плоскость основания

Торцы основных отверстий

Неуказанные скругления не более 5мм.

Неуказанные предельные отклонения размеров:

отверстий - Н14

валов - h-14

остальных ±IT14/2

Нам необходимо разработать технологический процесс создания корпуса. Чертеж корпуса с заданными параметрами указан в приложении А. Как мы видим на чертеже, нам необходимо обеспечить отклонения формы и положения поверхностей корпуса, выдержать заданные размеры с указанным квалитетом и шероховатость.

Выполняем следующие технологические задачи:

1. Корпус разъёмный, вылитый из серого чугун СЧ18. Изготавливается по ГОСТ 1412-85.

2. Диаметры основных отверстий: под посадку подшипников - выполнять по 7-му классу точности и шероховатость по 5-му классу (Ra 3.2), овальность (нецилиндричность) отверстий под подшипники 0,02мм. Несоостность отверстий под опоры червяка и опоры вала в пределах 0,05мм. Неперпендикулярность осей отверстий 0,03мм на 300мм.

3. Торцы под крышки подшипников выполнять по 3му классу точности и шероховатость по 5му классу (Ra 3.2). Неперпендикулярность торцов под крышки подшипников червяка к отверстию под червяк 0,05 мм. Неперпендикулярность торца под крышку подшипника вала к отверстию под щит 0,05 мм. Плосконость торцов под подшипники 0,025 мм.

4.Шероховатость резьбовых отверстий - Ra 3.2. Отверстия под фундаментные болты шероховатостью Ra 25.

6. Установочная поверхность лап выполнять по 4му классу точности и шероховатость по 5-му классу (Ra 3,2).

Для осуществления формы и размеров чертежа корпуса, необходимо: растачивание отверстий под подшипники; фрезерование торцов под крышки подшипников и крышку корпуса; сверление отверстий под винты, установочные болты; нарезание метрической резьбы.

Рисунок 9 - Чертеж корпуса червячного редуктора

3.2 Анализ компоновок существующих станков и выбор оптимальной

Многоцелевые станки (МС) предназначены для выполнения большого числа различных технологических операций без переустановки заготовки. Они имеют многокоординатную систему ЧПУ, инструментальный магазин, устройства для автоматической смены инструментов и заготовок, системы диагностирования и контроля обработанных деталей и инструментов. Они имеют высокую жесткость, точность и производительность обработки, могут выполнять черновую и чистовую обработку.

Станки с горизонтальной компоновкой позволяют обрабатывать с нескольких сторон детали, имеющие большое число гладких, ступенчатых и резьбовых отверстий, плоских поверхностей и сложных контуров.

Главным исходным условием для выбора компоновки МС является его кинематическая структура. Последовательность расположения подвижных узлов станка относительно инструмента, заготовки и неподвижного узла предопределяет основу компоновки. Помимо основных движений в станке, необходимых по условиям формообразования, на компоновку станка влияют также установочные перемещения, необходимые для настройки станка и осуществления различных вспомогательных операций.

Компоновки горизонтальных фрезерно-сверлильно-расточных МС рассмотрены на рисунке 10.

Рисунок 10 - Компоновка горизонтальных фрезерно-сверлильно-расточных МС

Компоновки а,б - наиболее распространены компоновки с крестовым столом, выполняющим двухкоординатное позиционирование обрабатываемой детали, и шпиндельной бабкой, вертикально перемещающейся по неподвижной стойке

Компоновки в, г, д, е - компоновки с однокоординатным и двух координатным перемещением стойки

Компоновки ж, з - компоновки, в которых поперечное движение совершает шпиндельная бабка. Позволяют относительно просто решать вопросы уборки стружки и защиты направляющих.

Компоновка и - компоновка аналогичная консольно-фрезерным станкам

Компоновки к, л - компоновки, где рабочая поверхность расположена вертикально, обеспечен беспрепятственный отвод стружки и охлаждающей жидкости.

Достоинства компоновки, в которой обрабатываемые детали закрепляют на горизонтальной плоскости стола, обращенной вниз, благодаря чему обеспечиваются удобство установки детали и возможность ее обработки с пяти сторон.

Станки с крестовым столом менее металлоемки, однако в случае применения удлиненного стола возникают трудности в обеспечении точности его перемещения. На станках со столом и стойкой, которые перемещаются только по одной координате, легче достичь необходимой точности, так как стол не имеет консольных участков, и взаимное влияние перемещений по разным координатам исчезает. Станки с неподвижным столом и крестовой стойкой более удобны для встраивания в гибкие производственные системы, так как при неподвижном столе проще обеспечить стыковку с устройством автоматической смены обрабатываемых деталей, сбор и отвод стружки.

Выбор возможных вариантов станков, для обработки корпусной детали.

Исходя из данных предыдущего раздела, производим выбор станков токарного типа.

Сравним три станка, горизонтального обрабатывающего центра ИР-500, Обрабатывающий центр DECKEL DC40, Горизонтальный обрабатывающий центр с ЧПУ TAJMAC-ZPS H500 и Горизонтально-фрезерный обрабатывающий центр Haas EC-1600.

Рассмотрим их поподробнее. Многоцелевой станок ИР5ООМФ4 предназначен для сверления, зенкерования, развертывания, растачивания отверстий в корпусных деталях, фрезерования по контуру, нарезания резьбы метчиками. Помимо автоматической смены инструментов; станок имеет автоматическую смену столов-спутников. Станок имеет трехкоординатную контурно-позиционную систему управления для вертикального перемещения шпинделя перпендикулярно к оси перемещения стола и параллельно оси шпинделя перемещения стойки со шпиндельной бабкой.

Обрабатывающий центр DECKEL DC40 предназначен для выполнения фрезерных, сверлильных, расточных и резьбонарезных операций на корпусных и плоских заготовках или на заготовках сложной конфигурации.

Высокопроизводительный горизонтальный обрабатывающий центр с ЧПУ TAJMAC-ZPS H500 - универсальный станок, предназначенный для комплексной обработки деталей плоской и коробчатой формы с нескольких сторон за один установ.

Горизонтально-фрезерный обрабатывающий центр Haas EC-1600 3-х осевой, удлиненного типа, способен резать легированную сталь, нержавеющую сталь, чугун и высоко никелевые сплавы, одновременно обеспечивая скорость, необходимую для алюминиевых сплавов.

Для того что бы принять решение в выборе станков, нам необходимо их сравнить по техническим параметрам. Данные сравнительного анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1 сравнительный анализ станков.

Критерий	Наименование станка
	ИР-500	DECKEL DC40	TAJMAC-ZPS H500	Haas EC-1600
Изображение
Габариты рабочего стола:
Максимальная нагрузка на стол (кг)	700	800	800	4536
Максимальная длина (мм)	500	500	500	1626
Максимальная ширина (мм)	500	630	500	914
Мощность электродвигателя главного движения (кВт)	14	7,5-22	12	22,4
Кол-во мест в магазине станка (шт)	30	40	56	12
Точность позиционирования по осям (мм): Х/Y Z	0.018/0.015 0.022	0,005	0,01	0,0076
Перемещения по осям:
Ось Х (перемещение поперечное стола)	800	630	750	1626
Ось Y (Перемещение вертикальное шпиндельной бабки)	500	500	700	1270
Ось Z (Перемещение продольное стойки)	500	630	770	813
Максимальная скорость быстрых перемещений:
продольных, (м/мин)	8-10	15	50	15,2
поперечных, (м/мин)			50	12,7
Шпиндель:
Частота оборотов шпинделя (мин-1)	21,2-3000	16-6000	8000	7500
Наибольший крутящий момент, Нм	700	62	367	460
Габаритные размеры станка:
Длинна (мм)	4450	2390	4097	1626
Ширина (мм)	4655	3840	2540	1270
Высота (мм)	3100	2870	2737	813
Масса станка (кг)	11370	9500	14000	4536
Цена:
Рубли	995000	900000	1570000	146650995
Доллары (на 25 января 2016)	16365.13	14802,63	25822,37	241202,22

Наиболее выгодным по параметрам нам подходит обрабатывающий центр ИР-500, его габариты, ценовая характеристика, и основные технические параметры удовлетворяют нашему запросу, поэтому принимаем его за прототип нашего станка.

3.3 Технологическое описание возможностей станка.(фотографию станка ИС)

ИР-500МФ4 многооперационный горизонтальный обрабатывающий центр (рисунок 11) - сверлильно-фрезерно-расточной станок с числовым программным управлением (ЧПУ), автоматической сменой инструмента (АСИ) и сменой обрабатываемых деталей предназначен для высокопроизводительной обработки корпусных деталей массой до 700 кг из конструкционных материалов от легких сплавов до высокопрочных сталей.

Рисунок 11 - Изображение многоцелевого станка модели ИР500МФ4 (компас)

Широкий диапазон частоты вращения шпинделя и скоростей подач позволяет производить сверление, зенкерование, развертывание, растачивание точных отверстий, связанных координатами, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьбы метчиками.

Наличие поворотного стола, устанавливаемого с высокой точностью (±5 с через 5°), расширяет технологические возможности станка, позволяет обрабатывать соосные отверстия консольным инструментом.

Повышенная степень точности станка (класс П) обеспечивает обработку отверстий по 7, 8 квалитетам точности с шероховатостью поверхности Ra 2,5 мкм.

Высокая степень автоматизации вспомогательных функций станка включает автоматическую смену инструмента и обрабатываемых деталей, позволяет встраивать его в автоматическую линию с управлением от ЭВМ.

Все узлы станка смонтированы на жесткой Т-образной станине, которая является общим основанием.

Лобовая бес консольная шпиндельная бабка расположена внутри портальной стойки.

Устройство автоматической смены инструмента с инструментальным магазином барабанного типа монтируется на верхнем торце стойки.

Все базовые детали имеют обребренную конструкцию и обеспечивают максимальную жесткость и виброустойчивость при высокопроизводительной обработке, гарантируют длительное сохранение точности.

Жесткий шпиндель с диаметром под передним подшипником 105 мм и конусом № 50 изготовлен из цементированной стали с высокой поверхностной твердостью (HRC 62). Шпиндель монтируется в отдельном корпусе на прецизионных роликовых и упорно-радиальном шариковом подшипниках, что обеспечивает оптимальную точность, жесткость и виброустойчивость.

Гидромеханическое устройство зажима инструмента в шпинделе гарантирует надежность и быстродействие крепления режущего инструмента с усилием 1250 кг.

Привод шпинделя станка осуществляется двухступенчатой коробкой скоростей от электродвигателя постоянного тока мощностью 14 кВт. В диапазоне 21 -- 174 об/мин на шпинделе обеспечивается постоянный момент, а в диапазоне 182...3000 об/мин -- постоянная мощность.

Автоматическая ориентация шпинделя с управлением от ЧПУ и механической фиксацией расширяет технологические возможности станка, позволяет производить целую серию технологических циклов, в которых необходимо отвести резец от рабочей поверхности, не повреждая изделие.

Перемещение подвижных узлов по осям X, У, Z осуществляется от высоко моментных электродвигателей с постоянными магнитами, которые через упругие муфты высокой жесткости непосредственно соединены с прецизионными шариковыми винтовыми парами, обладающими нагрузочной способностью, жесткостью и долговечностью.

Силовое удержание узлов при резании осуществляется следящим приводом, что исключает необходимость применения зажимных устройств.

Совершенные электроприводы подач обеспечивают постоянное (до 0,2 с) время разгона и торможения, а, следовательно, и минимальное время обработки запрограммированных перемещений.

Позиционирование осуществляется одновременно по трем координатным осям X, Y, Z.

В подвижных узлах станка применена система комбинированных направляющих, состоящих из прецизионных роликовых опор качения, установленных с предварительным натягом, и антифрикционного полимерного материала, обладающего низким коэффициентом трения и высокой демпфирующей способностью, что гарантирует высокую точность позиционирования, устойчивость станка при резании на максимальных режимах обработки. Направляющие изготовлены из высококачественной закаленной стали и отшлифованы с высокой точностью и чистотой поверхности. станок шпиндельный червячный редуктор

Телескопическая защита, установленная на всех координатных перемещениях, надежно защищает направляющие и шариковые винтовые пары от попадания стружки и смазочно-охлаждающей жидкости и обеспечивает длительное сохранение точности станка. Непосредственно шариковые винты и накладные направляющие снабжены специальными средствами для защиты их от попадания стружки и грязи.

Встроенный поворотный индексируемый стол перемещается по отдельной станине, которая крепится на общем основании (станине станка).

Поворотный стол имеет 72 позиции через 5°. Установка стола происходит в автоматическом режиме.

Применение в качестве индексирующего элемента специальной муфты с торцовыми зубьями в сочетании с гидравлическим устройством зажима стола гарантирует точность поворота и надежность фиксации.

Для установки и крепления деталей на поверхности плиты-спутника имеется сетка для резьбовых отверстий.

Устройство автоматической смены инструментов, расположенное вне рабочей зоны, состоит из вращающегося инструментального магазина барабанного типа с кодированными гнездами емкостью на 30 инструментов и манипулятора.

Выбор инструмента в любой последовательности с последующей гидромеханической фиксацией инструментального магазина осуществляется во время механической обработки.

Цикл смены инструмента происходит в следующем порядке:

1. Магазин поворачивается для поиска инструмента

2. Манипулятор делает движение вверх, захватывает инструмент за оправку и, выдвигаясь вдоль оси, вытаскивает оправку из гнезда, затем перемещается вниз и назад вдоль оси

3. Шпиндельная бабка движется вверх в позицию смены инструмента, автооператор в конце хода захватывает отработавший инструмент

4. Происходит смена инструмента, для этого оператор совершает ход вперед, поворот на 180°, ход назад

5. Шпиндельная бабка опускается в рабочую позицию, а автооператор переносит отработавший инструмент в свое гнездо магазина

6. Автооператор опускается, чтобы не мешать повороту магазина при поиске следующего инструмента.

Так как основная часть перечисленных действий происходит во время обработки, то непосредственно на смену инструмента в шпинделе затрачивается 6 с.

Магазин получает вращение от высоко моментного электродвигателя М4 (N=2,8 кВт, n = 1500 мин-1) с возбуждением от постоянных магнитов через зубчатую пару.

Номера гнезд магазина закодированы; в корпусе магазина установлены упоры, воздействующие на конечные выключатели, осуществляющие отсчет поворота при поиске необходимого гнезда.

Двух захватный автооператор имеет механизмы поворота, вертикального перемещения и выдвижения, работающие от гидросистемы станка (соответствующие гидроцилиндры на схеме не показаны). Поворот происходит от реечной передачи m=3 мм. Контроль крайних положений сборочных единиц и управление циклом автоматической смены инструментов осуществляется бесконтактными конечными выключателями.

Устройство смены стола-спутника. Автоматическая смена плит-спутников обеспечивает работу станков в автоматическом режиме, исключая из технологического цикла обработки время на установку и снятие деталей.

Накопитель столов-спутников. Отдельно стоящее гидромеханическое поворотное (на 180°) устройство, установленное у станка справа, служит для загрузки-разгрузки, ориентации и фиксации плиты-спутника на поворотном столе станка.

Работа гидравлических механизмов на станке обеспечивается аксиально-поршневым насосом переменной производительности с автоматическим регулированием расхода масла (Qmax=46 л/мин, Рmax = 60 кг/смІ), что гарантирует быстродействие исполнительных органов (автоматической смены инструментов) и уменьшает нагрев рабочей жидкости.

Управление гидроцилиндрами всех рабочих органов вспомогательных движений производится при помощи блочной гидроаппаратуры.

В гидросистеме станка встроен гадроаккумулятор с эластичным мешком, что обеспечивает уравновешивание шпиндельной бабки. Масло гидросистемы охлаждается в теплообменнике с воздушным охлаждением.

Пневмоистема станка предназначена для обдува воздухом конусов, шпинделя и инструмента, базовых платиков поворотного стола и базовых поверхностей столов-спутников при их автоматической смене. Работа пневмосистемы осуществляется автоматически с управлением от системы ЧПУ переключением воздухораспределителей.

Смазка всех трущихся деталей станка и подшипников шпинделя -- автоматическая централизованная дозированная от отдельной установки; шестерен и подшипников главного привода -- непрерывная циркуляционная от отдельного насоса, расположенного в гидростанции.

В станке предусмотрены подача жидкой и распыленной смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания и сток в отдельно стоящий бак по сигналу с ЧПУ. Зона резания имеет ограждение для защиты оператора и окружающей среды от разбрызгивания эмульсии.

Устройство автоматической уборки стружки исключает затраты рабочего времени на уборку стружки вручную и облегчает условия труда рабочего-станочника.

Основные технические характеристики станка ИР-500МФ4.

Наименование параметра
Основные параметры станка
Класс точности по ГОСТ 8-82	П
Размеры рабочей поверхности стола (длина х ширина), мм	500 х 500
Перемещение поперечное стола (ось X), мм	800
Перемещение вертикальное шпиндельной бабки (ось Y), мм	500
Перемещение продольное стойки (ось Z), мм	500
Вращение индексируемого поворотного стола (ось B), град	5° 72 поз.
Наибольший диаметр сверления в стали, мм	40
Наибольший диаметр растачиваемого отверстия, мм	160
Наибольший диаметр торцовой фрезы, мм	160
Точность позиционирования по осям X/ Y, мм	0.018/ 0.015
Точность позиционирования по осям Z, мм	0.022
Рабочая подача по осям X, Y, Z, мм/мин	1..2000
Скорость быстрых установочных перемещений по осям X, Y, Z, м/мин	8..10
Наибольшее допустимое усилие подачи стола и стойки по осям X, Z, Н	8000
Наибольшее допустимое усилие подачи шпиндельной бабки (вертикальное) по оси Y, Н	4000
Расстояние от оси шпинделя до стола, мм	50..550
Модель устройства ЧПУ	2С45-65
Количество управляемых координат	3
Количество одновременно управляемых координат при линейной/ круговой интерполяции	3/3
Рабочий стол
Максимальная нагрузка на стол (по центру), кг	700
Количество резьбовых отверстий на поверхности стола	25
Диаметр резьбовых отверстий на поверхности стола, мм	М20
Усилие зажима поворотного стола, кН	40
Шпиндель
Частота вращения шпинделя, об/мин	21.2..3000
Количество скоростей шпинделя	89
Наибольший крутящий момент, Нм	700
Конус шпинделя для крепления инструмента 7:24	50
Магазин инструмента
Количество инструмента в магазине	30
Время смены инструмента, с	6
Время смены инструмента от стружки к стружке, с	16,2..21,2
Максимальный диаметр рядом стоящего инструмента, мм	125
Максимальный диаметр свободно стоящего инструмента, мм	160
Максимальная длина инструмента от торца шпинделя, мм	300
Масса инструментальной оправки с инструментом, кг	20
Устройство смены столов-спутников
Время смены столов-спутников, с	45
Электрооборудование и привод
Количество электродвигателей на станке	12
Электродвигатель постоянного тока привода главного движения, кВт	14
Электродвигатели привода подач (X, Y, Z, B) и магазина, кВт	2,8
Электродвигатель насоса гидростанции, кВт	5,5
Электродвигатель вентилятора гидростанции, кВт	0,12
Электродвигатель вентилятора шпинделя, кВт	0,12
Электродвигатель насоса смазки шпиндельной бабки, кВт	1,1
Электродвигатель насоса смазки направляющих, кВт	0,02
Электронасос охлаждающей жидкости Мощность, кВт	0,12
Суммарная мощность всех электродвигателей на станке, кВт	35
Габариты и масса станка
Габариты станка (длина ширина), мм	4450 х 4655
Габариты станка (высота), мм	3100
Масса станка, кг	11370

Кинематическая схема станка.

Принципиальная кинематическая схема -- это такая схема, на которой показана последовательность передачи движения от двигателя через передаточный механизм к рабочим органам машины (например, шпинделю станка, режущему инструменту, ведущим колёсам автомобиля и др.) и их взаимосвязь.

На кинематических схемах изображают только те элементы машины или механизма, которые принимают участие в передаче движения (зубчатые колёса, ходовые винты, валы, шкивы, муфты и др.) без соблюдения размеров и пропорций.

Стандарты, регламентующие условные обозначения и выполнение кинематических схем:

· ГОСТ 2.770-68 (2000) ЕСКД. Обозначения условные графические на схемах. Элементы кинематики.

· ГОСТ 2.703-2011. ЕСКД. Правила выполнения кинематических схем

При развитии машиностроения в прошлом веке за отсутствием нынешних технологий, регулировали обороты шпинделя путем переключения передач в коробке передач.

Рассмотрим кинематическую схему станка ИР-500МФ4 (Рисунок 11)



Рисунок 11 - Кинематическая схема станка ИР-500МФ4

Главное движение -- вращение шпинделя с закрепленным в нем инструментом. Вращение шпинделя обеспечивается электродвигателем M1 постоянного тока типа 2ПФ-80Г мощностью 14 кВт (номинальная частота вращения 1000 об/мин, номинальное напряжение 220 В). Изменение частоты вращения шпинделя обеспечивается регулированием двигателя и двухступенчатой коробкой скоростей. Для переключения механических диапазонов служит подвижный блок зубчатых колес 23 -- 56, который может входить в зацепление с шестернями z = 33 или 2= 66, закрепленными на общей ступице и связанными со шпинделем зубчатой муфтой, размещенной в отверстии ступицы. Подвижный блок может занимать два положения, соответствующие первому и второму диапазону. Блок перемещается гидроцилиндром и вилкой (на схеме не показаны) . При включении первого механического диапазона возможно получение частоты вращения шпинделя в пределах 21,2 -- 1000 об/мин при большом постоянном крутящем моменте 700 Нм. Второй диапазон обеспечивает частоту вращения шпинделя 1000 - 3150 об/мин при постоянной мощности 14 кВт. Изменение направления вращения достигается реверсированием электродвигателя.

Движения подачи в станке:

· по оси X - перемещение стола с заготовкой;

· по оси Y - вертикальное перемещение шпиндельной бабки;

· по оси Z - горизонтальное перемещение стойки.

Перемещение шпиндельной бабки (по оси Y ), стойки (по оси Z) и стола (по оси X) обеспечивается одинаковыми высокомоментными электродвигателями М2 -- М4 с возбуждением от постоянных магнитов. Мощность каждого двигателя 2,8 кВт (при n = 1000об/мин)

Установленные электродвигатели позволяют без применения коробки подач получать рабочую подачу по любой из координат в пределах 1 -- 2000 мм/мин и быстрые установочные перемещения со скоростью 8000 или 10 000 мм/мин (последняя зависит от принятой системы ЧПУ).

Наибольшая сила подачи стола и стойки 8 кН, шпиндельной бабки 4 кН. Такие же электродвигатели использованы для вращения поворотного стола 1 (двигатель М5) инструментального магазина 3 (двигатель М6).

4. Эскизная разработка шпиндельного узла станка

4.1 Эскизный чертеж общего вида шпиндельного узла станка

Точность и производительность обработки на станках в значительной мере зависит от шпиндельного узла, передающего движение закрепленному в нём инструменту или обрабатываемой заготовке. В связи с этим к шпиндельным узлам станков предъявляются следующие основные требования:

- точность вращения (определяется биением переднего конца шпинделя);

- жесткость (определяется упругой деформацией переднего конца шпинделя под действием приложенных к нему сил);

- виброустойчивость (предъявляется к шпинделям скоростных станков, особенно предназначенных для выполнения отделочных операций);

- износостойкость опорных поверхностей и посадочных мест для крепления патронов, инструмента и др.

Указанные требования обеспечиваются правильным выбором матери-ала, конструкции шпинделя и его опор.

Шпиндель изготовлен из стали 18ХГТ, с последующей цементацией объемной закалкой и отпуском до твердости HRC 56ч60.

Рисунок 06 - Шпиндельная бабка

Шпиндельная бабка состоит из:

1- Отжимное устройство;

2- Шкив малый

3- Шкив

4- Подшипник роликовый

5- Корпус

6- Гайка

7- Стопорное устройство

8- Подшипник шариковый

9- Шпиндель

10- Устройство регулирования

4.2 Расчет технических характеристик станка

Конструктивная форма шпинделя зависит от типа и назначения станка, требований к точности, частоте вращения и условиям работы шпинделя, способа закрепления в нем инструмента или заготовки, размещения элементов привода и применяемых опор.

Размеры шпинделей станков нормальной точности, устанавливаемых в опорах качения, желательно выбирать так, чтобы расстояние между опорами равнялось четырем-пяти диаметрам шпинделя в передней опоре. Длина консольной части, шпинделя должна быть минимальной.

Диаметр имперически принимаем 80мм.

Ориентировочные размеры шпинделя:

l = (4...6)d_п = 5*80= 400 мм

l - межопорное расстояние;

d_п - диаметр шейки под передний подшипник;

Рисунок 07 - Кинематическая схема шпинделя

Показатель быстроходности

k=(3,5-5)*10⁵ мм*мин^-1 примем 4*10⁵ мм*мин^-1

Диаметр шпинделя в задней опоре считаем по формуле 1

d_зо=(0.8-0.9)*d мм (1)

d_зо=(0.9)*150=135 мм

Вылет передней консоли шпинделя

a = d = 150 мм

Межопорное расстояние шпинделя считаем по формуле 2

l=(2.5-3.5)*a (2)

l=3*150=450 мм

Шпиндели, как правило, рассчитываются на жесткость при изгибе и лишь для тяжело нагруженных шпинделей произво-дится проверочный расчет на прочность.

Исходные данные:

n_дв= 6000 об/мин

N=15 Квт

Рассчитываем осевые моменты инерции

Далее рассчитываем жесткость при воздействии на шпиндель силы резания , и изгибающей силы от ременной передачи. Прогиб представлен ниже (мм)

Затем находим суммарный прогиб шпинделя (мм)

Проверяем, является ли прогиб допустимым.

?=0,06 мм

Анализируя результаты , приходим к выводу что прогиб фактический меньше допустимого.

Рассчитываем податливость и жесткость шпиндельного узла

Сравнивая полученные результаты с графиком наибольшей достижимой жесткости шпиндельного узла. (Рисунок 08)

Рисунок 08 - Графиком наибольшей достижимой жесткости шпиндельного узла

Видим что полученный результат близок к допустимому но не выходит за допустимые пределы.

Расчет на виброустойчивость должен обеспечить отсутствие резонанса частот собственных и вынужденных колебания шпиндельного узла.

Расчёт частоты собственных колебаний

Полученный результат входит в допустимый диапазон 250-600 ГЦ.

Поскольку у нас токарный станок то частота вынужденных колебаний зависит от частоты вращения шпинделя.

Из условий отсутствия резонанса необходимо что бы

Условие удовлетворяется. Резонанс отсутствует.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проекта нами был произведен выбор прототипа, методом сравнения аналогов, и разработка станка Ш15Н4х18х18Л12 для механической обработки детали. Улучшенная кинематика станка позволяет увеличить обороты шпинделя. Благодаря этому есть возможность обрабатывать мягкие материалы. Выполнили эскизную разработку общего вида станка, что позволяет наглядно оценить его дизайнерскую концептуальность и технологическую функциональность.

Был рассчитан шпиндельный узел с автоматической сменой инструмента на жесткость и виброустойчивость. Благодаря этому сформулированы критерии для приобретения запчастей и узлов шпиндельной бабки, что позволяет ускорить ремонт станка на производстве.

Список использованной литературы

1. Изготовление червячного редуктора : http://writer5.ru/warm/Promyshlennost,_proizvodstvo/236277.htm дата обращения (10.11.15)

2. Технология изготовления червяков и червячных колес: http://refwin.ru/4133503540.html дата обращения (10.11.15)

3. Расчет сборочных и технологических размерных цепей И.С. Солонин, С.И. Солонин г.1980

4. Производство и промышленные технологии: http://5fan.ru/wievjob.php?id=7480 дата обращения (24.11.15)

5. Сборка зубчатых и червячных передач: http://stroy-technics.ru/article/sborka-zubchatykh-i-chervyachnykh-peredach дата обращения (24.11.15)

6. В.Е. Авраменко, Е.Г. Зеленкова. Технология машиностроения. Нормирование сборочных операций. - Красноярск, г.2007.

7. В.И. Анурьев . Справочник конструктора - машиностроителя. Том3. - Москва 2001г.

8. П.И. Орлов. Основы конструирования. Справочно - методическое пособие. Том 3. - Москва г.1977

Размещено на Allbest.ru

...