Фрезерные станки составляют значительную долю в общем объеме металлорежущего оборудования. На некоторых предприятиях фрезерные станки составляют примерно пятую часть от всего заводского парка станков. На фрезерных станках выполняют весьма широкий круг работ, что обеспечивается разнообразием конструкций и кинематики станков, а также инструмента. Типы и модели фрезерных станков отличаются назначением, конструкцией, кинематикой, размерами, уровнем автоматизации и степенью точности.

Достижение и сохранение в течение длительного времени высокой производительности и точности фрезерных станков является важной экономической задачей, которую можно решить совершенствованием конструкций станков, отдельных его элементов, их правильной эксплуатацией, своевременным и технически грамотным обслуживанием.

1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи

1.1 Основные направления развития современных станков

Организационно-экономические и технологические условия использования металлорежущих станков (МС) и станочных систем (СС) у потребителей очень разнообразны. Однако все многообразие потребительских свойств сводится к четырем обобщающим показателям, инвариантным для любого производства: производительность, точность, переналаживаемость (технологический диапазон использования), надежность.

Эффективность современных МС и СС при их высокой стоимости может быть обеспечена только в условиях интенсивной эксплуатации с максимальным использованием фонда рабочего времени. При встраивании станка в автоматизированную систему необходимым условием повышения эффективности станка является его работа в непрерывном режиме с минимальным участием человека. Все четыре основных показателя потребительских свойств связаны между собой конструкцией, технологией, а также организацией и экономикой.

1.1.1 Увеличение производительности

Увеличение производительности -- главная задача при создании любых МС и СС. Оно оценивается сокращением штучного времени tшт для конкретных изделий и операций применительно к специальным и специализированным станкам, и для типового набора изделий и операций -- для универсальных станков.

Штучное время вычисляется по формуле:

, (1.1)

где tоп = tо + tв - оперативное время;

tо - основное время, затрачиваемое на непосредственное выполнение технологических операций;

tв - вспомогательное время, затрачиваемое на установку и снятие заготовки, выполнение вспомогательных движений рабочих органов станка;

tоб - время обслуживания станка.

Доля каждой составляющей штучного времени колеблется в очень широких пределах в зависимости от вида изделий, серийности, масштабов производства и других производственных условий.

Общая закономерность в машиностроении и приборостроении заключается в резком снижении доли основного времени tо в оперативном времени tоп, а в единичном и мелкосерийном производстве - даже сокращении общей доли tоп в tшт. Только в тяжелом машиностроении на ряде операций tо = 0,5 tоп. В общем же машиностроении и приборостроении tоп = (0,05... 0,25) tоп.

1.1.2 Автоматизация металлорежущих станков

Автоматизация МС является одним из главных средств сокращения tшт. Наиболее эффективным и универсальным методом служит использование ЧПУ. Статистика последних лет по большинству машиностроительных производств в различных отраслях показывает, что использование МС с ЧПУ взамен станков с ручным управлением дает устойчивое двух-четырехкратное повышение производительности труда вследствие сокращения tв, tоб и частично tо за счет повышения частоты n вращения шпинделя и подачи s во время резания, а также некоторого сокращения пути перемещения инструмента, но без осуществления резания на рабочей подаче. Сокращение tв достигается в основном использованием автооператоров и роботов-загрузчиков, применением палет для многоцелевых и тяжелых станков, включая и карусельные, с автоматической сменой палет.

Концентрация операций на одном станке - одно из самых эффективных решений, существенно уменьшающее как tоп, так и tп.з.. Идеальным решением является обработка заготовки с пяти сторон при одном установе и со всех сторон - при перехвате заготовки за обработанные поверхности на том же станке.

При концентрации операций на одном станке совмещение операций, переходов во времени, использование комбинированных инструментов и многоинструментных наладок дает существенное увеличение производительности при одновременном повышении качества обработки.

Увеличение параметров режима обработки - основной источник сокращения tо, который может дать эффект только при существенной доле tо в tшт. Это достигается использованием новых высокоэффективных режущих инструментов на основе синтетических сверхтвердых материалов (СТМ), режущей керамики, многокомпонентных твердых сплавов и порошковых высоколегированных быстрорежущих сталей, а также благодаря использованию высокоэффективных износостойких покрытий. Задача значительного повышения скорости ?р резания и подачи s требует соответствующего роста частоты n вращения шпинделей станков и скорости перемещения подвижных узлов, реализующих движения подачи суппортов, шпинделей и т. д.

Скорость ?р обычно назначают исходя из условий экономической стойкости инструментов Tи = 60 мин. Однако в результате резкого роста стоимости высокосложных автоматических МС и СС определяющим критерием все чаще становится стоимость станкоминуты, поскольку доля стоимости инструментов в себестоимости изготовления детали большей частью невелика (0,3--1,5%).

При быстрых темпах автоматической смены инструментов (t = 5...10 с) и использовании сменных многогранных режущих пластин (МРП) гораздо эффективнее повышать ?р, допуская понижение Tи. При этом вместимость инструментальных магазинов должна быть рассчитана на соответствующий запас (кратность) каждого типоразмера инструментов.

Для обеспечения возможности увеличения режимов обработки и совмещения операций станок должен иметь большую мощность привода главного движения при широком регулировании частоты вращения во время рабочего цикла.

Автоматический контроль обработанных заготовок не только способствует повышению их качества, но и обеспечивает сокращение tв и соответственно увеличение производительности МС и СС.

Контролю может подвергаться как обработанное изделие, так и инструмент и станок. Так, одним из решений является активный контроль непосредственно по ходу обработки в сочетании со статистическим подналадчиком, т.е. таким, который вырабатывает и реализует управляющее воздействие в зависимости от накопленных результатов предшествующего контроля и алгоритма прогноза хода последующей обработки.

1.1.3 Точность станков

Точность станков является одним из основных показателей их качества. Стремительное совершенствование техники, повышение мощности, быстроходности и точности машин, аппаратов, приборов наряду с ростом их надежности требуют опережающего повышения точности МС. Для потребителя точность МС выражается в их способности обеспечить у готового изделия заданные точность размеров, формы и взаимного положения обработанных поверхностей, их волнистость и шероховатость, а также стабильность этих показателей в заданных пределах.

Традиционно точность МС обеспечивалась соответствующей точностью изготовления его основных деталей, точностью сборки и регулировки, а также жесткостью элементов, износостойкостью опор и направляющих, стабильностью формы и размеров базовых и корпусных деталей. Кроме того, для повышения точности станков целесообразно использовать специальные устройства и системы для компенсации систематических погрешностей в конкретном экземпляре МС или для управления точностью обработки. В этих системах используют устройства микропроцессорного управления и высокоточные датчики линейных и угловых перемещений, температуры, тензометрические преобразователи и другие элементы автоматики. В таблице 1.1 приведены достигнутые современные и перспективные показатели точности движения формообразующих узлов МС.

Таблица 1.1 - Параметры точности опор шпинделей прецизионных станков

Можно выделить следующие методы повышения точности станков:

а) использование датчиков линейных и угловых перемещений с высокой разрешающей способностью в режиме обратной связи с приводом перемещений через микропроцессорную управляющую систему. Наряду с индуктивными наблюдается тенденция в большей мере использовать оптоэлектронные, голографические и лазерные системы, а также системы на приборах с зарядовой связью. Достигаемая точность позиционирования ±1 мкм или ±2 мкм. В отдельных случаях точность может быть повышена до ±0,05 мкм;

б) аттестация действительных перемещений исполнительных органов МС с помощью высокоточных компараторов (например, лазерных) с записью в памяти микропроцессорной системы управления и последующей их компенсацией в рабочем процессе;

в) активный контроль погрешностей готовых изделий с автоматической подналадкой станка;

в) снижение влияния температурных деформаций на погрешность обработки (доля температурных деформаций в общем балансе точности для высокоточных МС может достигать 70%);

г) использование инструментальных материалов, обеспечивающих малый размерный износ (СТМ, РК; с высокоизносостойкими покрытиями);

д) использование эффективных СОЖ и применение систем с большим расходом жидкости при тщательной многоступенчатой ее очистке и тонкой фильтрации.

Организационный принцип эксплуатации высокоточных станков заключается в размещении их в термоконстантных помещениях с уменьшенным температурным влиянием.

1.1.4 Переналаживаемость станков

Переналаживаемость станков является одним из главных потребительских свойств МС и СС и заключается в возможности их переналаживания на изготовление различных изделий или для выполнения разных операций применительно к конкретным требованиям постоянно меняющейся производственной ситуации у потребителей при серийном производстве. С этим свойством современных МС и СС, часто определяемым как гибкость, связаны основные показатели эффективности парка МС и СС. Основные методы повышения гибкости следующие:

а) агрегатирование конструкций, блочно-модульное их построение на основе унифицированных типажных гамм, использование унифицированных узлов и элементов для дополнительного оснащения станков в расчете на конкретного потребителя взамен штатных узлов или в дополнение к ним. Обычно это универсальные инструментальные головки, столы, бабки, копировальные устройства и прочие узлы, позволяющие использовать один и тот же станок в разнообразных технологических вариантах;

б) для расширения возможностей использования ГПМ сверлильно-фрезерно-расточной группы в крупносерийном производстве их все чаще выполняют в виде блок-центров, т.е. снабжают двумя системами магазинов, в одной из которых помещены индивидуальные инструменты, а в другой - сменные многоинструментальные головки;

в) оснащение широким набором разнообразных приспособлений, расширяющих возможности станков. Это, например, накладные инструментальные головки, многошпиндельные сверлильные и резьбонарезные головки, быстросверлильные головки, программно-управляемые плансуппорты, специальные зажимные устройства. Обычно предусматривается возможность включения их в гидравлическую электрическую и программно-управляющую системы станка;

г) использование локальных кинематических цепей в системе микропроцессорного управления, что дает широкую возможность построения многовариантных переналаживаемых МС и СС большой гибкости;

д) использование систем ЧПУ и программируемых командоаппаратов (ПК), что создает хорошие предпосылки для расширения технологического диапазона МС и СС.

1.1.5 Надежность станков

Для современных МС и СС надежность является необходимым условием их использования. Это качество тем важнее, чем сложнее и дороже МС или СС.

Современные тенденции обеспечения высокой надежности МС и СС следующие:

а) использование высоконадежных комплектных систем ЧПУ, ПК и приводов. В отечественной практике наибольшую интенсивность отказов (до 60 %) имеют управляющие системы и привода;

б) органическое включение в управляющую систему подсистемы автоматической диагностики функционирования узлов, элементов, а также МС и СС в целом;

в) повышение надежности функционирования механических элементов МС и СС, прежде всего подшипниковых узлов, направляющих, делительных механизмов, передач. Широкое использование новых материалов, термообработки, покрытий. Применение устройств для защиты механизмов от стружки и СОЖ;

г) снижение динамических нагрузок за счет уменьшения перемещающихся масс, например, при использовании материалов с меньшими удельными массами, оптимизации законов движения рабочих органов станка, а также применения разнообразных демпферов;

д) обеспечение высокоэффективных и надежных систем смазывания трущихся пар, использование самосмазывающихся подшипников; применение мощных эффективных систем подачи, сепарирования и фильтрации СОЖ, служащих как для отвода теплоты из зоны резания, так и для смыва и транспортирования стружки;

е) блочно-модульное построение узлов, элементов и систем МС и СС;

ж) использование развитой системы диагностики и индикации отказов, обеспечивающей существенное снижение времени профилактики и устранения отказов;

и) осуществление своевременных профилактических и регламентных работ по поддержанию нормального функционирования МС и СС;

к) использование высококвалифицированного обслуживающего персонала.

1.1.6 Комплексная автоматизация

Характерной особенностью современного машиностроительного производства является использование станков в составе автоматизированных станочных систем. Это объясняет ряд конструктивных особенностей станков, так как необходимо обеспечить станок соответствующими интерфейсами для интегрирования его в станочную систему. Основной ячейкой ГПС является РТК или ГПМ.

Схемы построения ГПС разнообразны. Они обычно включают: ГПМ в технологически необходимом наборе; транспортно-складскую систему АТСС; систему инструментального обеспечения АСИО; систему управления технологическим процессом АСУТП; систему управления производством АСУ.

В ГПС применяют систему мониторинга для контроля за работой инструмента и оборудования и за технологическим процессом в целом и осуществляя коррекцию, а иногда -- и адаптивное регулирование работы оборудования и технологического процесса, автоматизированное программирование и диспетчирование. Наиболее высокоорганизованные ГПС снабжаются САПР.

Развитие ГПС заключается в совершенствовании их структур применительно к комплектности изготовления изделий, гибкости, набору и полноте выполняемых функций, а также в совершенствовании каждой из систем (АТСС, АСИО, АСУТП, АСУ и САПР) для повышения производительности, гибкости и надежности. Так, в АСИО используют автоматически сменяемые блочно-модульные инструменты, снабженные системой кодирования и декодирования с записью в микропроцессорной системе управления и учетом как общей наработки каждого инструмента, так и фактического его износа.

Автоматические линии (АЛ) наиболее перспективны в массовом производстве, выпускающем до 25 % мировой машиностроительной продукции. Выпуск единицы продукции на АЛ занимает примерно в 100 раз меньше времени, чем при изготовлении ее на универсальных станках с ручным управлением.

Одним из основных направлений технического развития АЛ является повышение комплексности обработки изделий, включая термообработку, сборку, окраску и упаковку готового изделия. АЛ с комплексной обработкой создают главным образом для производства основных видов массовых изделий машиностроения, таких как подшипники, поршневые кольца, гильзы, коленчатые валы, распределительные валы, зубчатые колеса и т.п., по типовым технологическим процессам на основе типовых комплектов оборудования.

Особое значение имеет создание переналаживаемых и ГАЛ, обеспечивающих возможность частой смены объектов производства. При разработке ГАЛ желательно обеспечить возможно более подробную информацию о прогнозируемых вариантах изменения параметров изделий.

Автоматические роторные (АРЛ) и роторно-конвейерные линии (АРКЛ) являются одним из эффективных средств автоматизации массового производства.

В настоящее время АРЛ применяются преимущественно для обработки давлением, формования, литья, сборки. Они могут быть применены в ряде случаев и для обработки изделий резанием, преимущественно тел вращения, с точностью до квалитета Н11. Использование групповых методов обработки в АРКЛ позволяет применять эти линии в серийном производстве. АРЛ и АРКЛ по сравнению с операционным оборудованием имеют производительность выше в 4--10 раз, занимаемые площади меньше в 2--3 раза, и производственный цикл сокращается в 10--20 раз.

Существенный прогресс в технике и технологии машиностроения в сочетании с высокими достижениями в области систем управления позволяют перейти от создания отдельных ГПС к созданию комплексно автоматизированных и компьютеризированных производств и заводов-автоматов. Основными компонентами такого производства являются высокоэффективное, гибкое и надежное технологическое оборудование и развитые вычислительные средства. Особые требования к оборудованию таких производств -- концентрация операций и комплексность обработки. Так, в станки встраивают системы для лазерной термообработки, пайки, сварки, пластического деформирования.

1.2 Модернизация фрезерных станков

При капитальном ремонте желательно осуществлять модернизацию станков с учетом условий эксплуатации и последних достижений науки и техники. Под модернизацией станков понимают внесение в конструкцию частичных изменений и усовершенствований в целях повышения их технического уровня до уровня современных моделей аналогичного назначения (общетехническая модернизация) или для решения конкретных технологических задач производства путём приспособления оборудования к более качественному выполнению определенного вида работ (технологическая модернизация). В результате модернизации повышается производительность оборудования, уменьшаются эксплуатационные расходы, снижается брак, а в ряде случаев увеличивается длительность межремонтного периода. Представление об основных направлениях модернизации металлорежущих станков дает схема, приведенная на рисунке 1.1.

Модернизация в целях сокращения машинного времени осуществляется путем повышения технических характеристик: увеличения мощности привода, расширения диапазона скоростей резания и подач. Это обычно сопровождается повышением жесткости и виброустойчивости отдельных узлов станка, повышением жесткости крепления инструмента и т.д /1/.

Модернизацию для сокращения вспомогательного времени проводят по пути оснащения различными зажимными, загрузочно-разгрузочными устройствами, устройствами активного контроля размеров, устройствами и механизмами для работы по программе и т.д.

Повышение точности модернизируемых станков получают в результате повышения кинематической точности (усовершенствование отсчетных устройств, корректирующих устройств и т.д.), геометрической точности (совершенствование конструкций опор шпинделей, установка подшипников более высокой точности, повышение жесткости узлов и т.д.), уменьшения температурных деформаций (применение циркуляционного смазывания, температурных компенсаторов и т.д.).

Повышение производительности фрезерных станков достигается увеличением мощности и быстроходности привода главного движения, скоростей быстрых перемещений, расширением диапазона регулирования скоростей и подач, автоматизацией цикла обработки, автоматизацией и механизацией вспомогательных движений в станках, применением приспособлений, расширяющих технологические возможности фрезерных станков.

К приспособлениям, расширяющим технологические возможности фрезерных станков, относятся круглые поворотные столы, делительные головки и другие специальные устройства, одни из которых не изменяют основного назначения фрезерного станка, а другие изменяют характер выполняемых на фрезерном станке операций.

Приспособления, такие, как дополнительные и многошпиндельные фрезерные головки, головки для фрезерования реек, копировальные приспособления и т.п., не изменяют основного назначения фрезерного станка, а другие -- долбежные, сверлильные и шлифовальные головки -- в корне меняют характер выполняемых на фрезерном станке операций. Некоторые типы специальных быстросъемных приспособлений, монтируемых на горизонтально-фрезерных станках, показаны на рисунке 1.2.

Дополнительная вертикально-фрезерная головка (рисунок 2,а), устанавливаемая на горизонтально-фрезерном станке, делает станок более универсальным. Головку 2 крепят на вертикальных направляющих станины 1. Шпиндель 3 головки приводится во вращение от шпинделя станка через пары зубчатых колес.

Двухшпиндельная фрезерная головка (рисунок 2,в), может быть использована, например, при обработке заготовки сразу с двух сторон или при фрезеровании ступенчатых, поверхностей. В последнем случае один из шпинделей имеет осевое установочное перемещение. В некоторых конструкциях двухшпиндельных фрезерных головок можно регулировать расстояние между осями шпинделей.

Приспособление для фрезерования реек (рисунок 2,б) закреплено на хоботе 4 горизонтально-фрезерного станка и приводится в действие от шпинделя 5 станка. Впадину рейки прорезают фрезой 6 при поперечной подаче стола, а смещение рейки на один шаг выполняется вместе со столом в продольном направлении.

Сверлильная головка (рисунок 2,г), установленная на фрезерном станке, имеет привод шпинделя от отдельного электродвигателя 7 через коробку скоростей 5. Сверлильную головку используют при сверлении на фрезерном станке малых отверстий, когда необходима большая частота вращения инструмента.

Долбежную головку (рисунок 2,е) используют на фрезерном станке при отсутствии долбежного станка. Головку устанавливают на станине горизонтально-фрезерного станка. Ползун 9 с резцом 10 получает возвратно-поступательное движение от шпинделя станка через кривошипно-шатунный механизм.

Шлифовальную головку (рисунок 2,д), устанавливают на станине консольно-фрезерного станка, ее шпиндель 11 приводится во вращение шпинделем станка через две ременные передачи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2 - Специальные приспособления, расширяющие технологические возможности фрезерных станков:

а - дополнительная вертикально-фрезерная головка; б - приспособление для фрезерования реек; в - двухшпиндельная фрезерная головка; г - сверлильная головка; д - шлифовальная головка; е - долбёжная головка.

Точность и долговечность фрезерных станков повышается за счёт более точного изготовления деталей и узлов, увеличения жёсткости станков, применения устройств для автоматической выборки зазоров в сопрягающихся парах, централизованной смазки при хорошей защите от загрязнения трущихся пар.

При проектировании фрезерных станков широко унифицируют узлы и механизмы, что позволяет на базе основной модели создать гамму станков с единым решением по конструкции и системам управления.

Значительно увеличился выпуск фрезерных станков с ЧПУ, которые позволяют существенно повысить производительность труда, автоматизировать мелкосерийное и даже единичное производство, сократить время производственного цикла, повысить точность изготовления деталей, сократить затраты времени на их контроль. Кроме того, получили дальнейшее развитие многооперационные станки, на которых производят комплексную последовательную обработку деталей различными инструментами с автоматической их сменой в рабочей позиции.

Принципиально новыми средствами, которыми начинают оснащать станки, являются промышленные работы -- универсальные быстропереналаживаемыё манипуляторы с программным управлением, позволяющие механизировать и автоматизировать ручной труд на основных вспомогательных операциях.

Знание конструктивных особенностей и эксплуатационных возможностей фрезерных станков, своевременное их обслуживание при соответствующей организации рабочего места позволит рабочим-фрезеровщикам добиться высокой производительности и качества обработки.

Вместе с тем модернизацию оборудования целесообразно осуществлять только при условии её экономической эффективности. Преждевременная модернизация так же, как и запоздалая, наносит ущерб производству.

1.3 Постановка задачи работы

Проведенный обзор по направлениям модернизации металлорежущих станков и актуальности проблем, связанных с их проектированием, позволил сформировать теоретические задачи работы для достижения поставленной цели, которой является модернизация станка 6М82 с целью повышения производительности и расширения технологических возможностей.

Для достижения поставленной цели необходимо реализовать следующие мероприятия:

а) модернизация привода главного движения;

б) проектирование конструкции дополнительной фрезерной головки;

в) расчёты несущей системы станка (деформационный, динамический, модальный, тепловой);

г) выполнить расчёт параметров жёсткости шпиндельного узла дополнительной фрезерной головки;

д) выполнить динамический расчёт шпиндельного узла дополнительной фрезерной головки;

е) выполнить специальную часть проекта, связанную с анализом программы Компас - Автопроект;

ж) произвести оценку экономических затрат связанных с модернизацией станка и сформулировать общие выводы о возможности его применения.

2. Конструкторская часть

2.1 Выбор и расчёт оптимальных режимов резания

После проведённого обзора возможных направлений модернизации металлорежущих станков, можно сделать вывод, что для повышения производительности станка 6М82 необходимо изменить основное время обработки. Основное время, затраченное, на процесс черновой обработки детали типа пластина размером 1250?320 мм составляет 25 мин. Для обеспечения повышения производительности необходимо это время сократить в два раза. Для этого необходимо изменить минутную подачу Sм с 160 мм/мин до 320 мм/мин. В результате этого изменяться режимы резания. При назначении режимов обработки резанием на определённую операцию учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования, прежде всего его жёсткость. В данной операции используется торцевая фреза диаметром D = 150 мм и количеством зубьев z = 14. Режущая часть выполнена из твёрдого сплава Т15К6.

Элементы режима обработки следующие:

Глубина резания t = 4 мм: при черновой обработке принимают по возможности максимальную глубину, равную большей части припуска.

Подача S = 320 мм/мин: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жёсткости и прочности узлов станка и технологической оснастки, мощности привода станка, прочности режущей части инструмента и других ограничивающих факторов.

Скорость резания при фрезеровании выбирают исходя из допустимого износа фрез при принятой экономически целесообразной стойкости по формуле /2/:

, (2.1)

где C? - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала;

T - период стойкости инструмента, мин;

D - диаметр инструмента, м;

t - глубина резания, м;

S - подача, м/мин;

B - ширина фрезерования, м;

z - число зубьев инструмента;

x, y, z, r, q - показатели степени, определяющие влияние на силу резания.

В зависимости от принятой скорости резания ? определяют частоту вращения шпинделя станка по формуле:

, (2.2)

Определим движение подачи на зуб фрезы, мм/зуб:

, (2.3)

Определим главную составляющую силы резания и крутящий момент на шпинделе при фрезеровании по формулам:

, (2.4)

где Cp, x, y, z, u, q - показатели степени, учитывающие силу резания.

, (2.5)

,

Определение эффективной мощности резания, Nе и мощности двигателя привода главного движения Nд, кВт:

, (2.6)

, (2.7)

где ? - КПД привода главного движения.

,

Таким образом, оптимальный режим резания для данного условия обработки будет:

Т = 180 мин;

t = 4 мм;

S = 320 мм/мин;

n = 731 об/мин;

? = 345 м/мин.

2.2 Проектирование привода главного движения

2.2.1 Кинематический расчёт привода главного движения

При заданной мощности электродвигателя, его выбор осуществляется методом подбора по частоте вращения. При низких частотах вращения шпинделя нецелесообразно применять электродвигатель с пониженной номинальной частотой вращения, так как возрастают масса, размеры и стоимость электродвигателя. В то же время для приводов главного движения не следует применять электродвигатели со скоростью вращения 3000 мин -1, так как при этом возрастает уровень шума станка. В таких случаях целесообразно применять электродвигатель с относительно высокой частотой вращения и механические передачи для последующего ее понижения. В данной работе для упрощения конструкции привода главного движения в качестве приводного электродвигателя принимается трёхскоростной двигатель 4A100L4У3 со следующими характеристиками: мощность двигателя Pэд.= 11; 15 и 18,5 кВт, и частота вращения nэд.= 730; 1440 и 2945 мин -1.

, (2.8)

где nmax - наибольшая частота вращения шпинделя, об/мин;

nmin - наименьшая частота вращения шпинделя, об/мин.

Для геометрического ряда частот вращения число ступеней скорости может быть определено из соотношения:

(2.9)

Вычисленная по этой формуле величина z округляется до целого числа, что приводит к некоторому изменению действительного диапазона регулирования Rn .

При настройке последовательно включенными групповыми передачами число ступеней скорости может быть представлено в виде:

, (2.10)

где pk - число отдельных передач в каждой группе;

m - число групп передач.

При выбранном числе ступеней частот вращения шпинделя z количество групп передач, количество передач в каждой группе и порядок расположения групп может быть различным.

Число конструктивных вариантов привода, состоящего из m групп передач, определяется по формуле:

, (2.11)

где q - число групп с одинаковым числом передач.

Если частоты вращения шпинделя изменяются по геометрическому ряду, то передаточные отношения передач в группах образуют геометрический ряд со знаменателем х, где х - целое число, называемое характеристикой группы передач. Для последовательного получения частот вращения шпинделя сначала переключают передачи одной группы, затем другой и т. д. /3/.

В зависимости от принятого порядка переключений группа может быть:

а) основной, характеристика, которой определяется по формуле:

х0 = 1 (2.12)

б) первой переборной группой, для которой характеристика определяется по формуле:

х1 = р1, (2.13)

где р1- число передач в основной группе.

в) второй переборной группой, для которой характеристика определяется по формуле:

х2 = р1 р2, (2.14)

где р2- число передач в первой переборной группе.

Основной и различными по номеру переборными группами может быть

любая группа передач в приводе. Для определенного конструктивного варианта число кинематических будет равно числу перестановок из m групп пере-

дач:

Nкин. = m! (2.15)

Общее максимальное передаточное отношение привода определяется по формуле:

 (2.16)

Полученное передаточное отношение может быть представлено в виде:

, (2.17)

где Н - показатель степени, определяющий величину общего передаточного отношения.

Определение максимальных передаточных отношений в группах производится путем разбиения общего передаточного отношения на передаточные отношения групп, для чего вычисляется показатель степени Н и выражается в виде:

, (2.18)

где hk- показатель степени, характеризующий величину максимального передаточного отношения k-той группы передач;

m - число групп передач.

При этом выбранные значения hk должны быть целыми числами и должны удовлетворять условию:

hk hk+1 … hm (2.19)

Максимальное передаточное отношение в группе определится по формуле:

(2.20)

При этом должно быть обеспечено выполнение следующего условия:

(2.21)

Так как показатель степени Н, как правило, не является целым числом, он не может быть точно представлен суммой целых чисел. Поэтому для сохранения величины общего максимального передаточного отношения вводится дополнительная передача от вала электродвигателя на входной вал, передаточное отношение которой, определится по формуле:

, (2.22)

(2.23)

Структурная сетка представлена на рисунке 2.1. Сетка строится в соответствии с выбранной формулой структуры привода. В ней находит отражение относительной связи между передаточными отношениями в группах, поэтому лучи для каждой группы проводятся симметрично, а количество интервалов между их концами численно равно характеристике группы, определяемой в соответствии со структурной формулой.

График частот вращения представлен на рисунке 2.2. График отражает частоты вращения всех валов привода, включая валы одиночных передач, необходимых для его компоновки. Построение начинают с цепи редукции, обеспечивающей снижение частоты вращения электродвигателя nэд. до nmin на шпинделе. Для дальнейшего построения используются структурные сетки.



Рисунок 2.1 - Структурная сетка привода главного движения модернизированного станка модели 6М82

Рисунок 2.2 - График частот вращения шпинделя модернизированного станка модели 6М82

Для определения передаточных отношений используется построенный график частот вращения.

Передаточное отношение передачи определяется выражением:

u = k, (2.24)

где k - число интервалов между горизонталями, перекрытых лучами, соединяющими отметки частот вращения на соседних валах.

При определении чисел зубьев исходят из постоянства межосевого расстояния и числа зубьев определяют по следующим формулам:

, , (2.25)

, ,

где z1 и z2 - числа зубьев ведущего и ведомого колес;

z0 - сумма чисел зубьев сопряженных колес;

f - числитель передаточного отношения;

g- знаменатель передаточного отношения;

K - наименьшее кратное сумм (f + g);

Е - целое число;

zmin= 18 - минимальное число зубьев.

Крутящие моменты на валах могут быть найдены по формуле:

, (2.26)

где Рэд. - мощность на валу двигателя, кВт;

- КПД участка кинематической цепи от двигателя до рассчитываемого вала;

n - расчетная частота вращения вала, об/мин.

Кинематический расчет коробки скоростей выполнен с использованием программы «SIRIUS 2», разработанной на кафедре «Металлообрабатывающие станки и комплексы». Результаты расчета находятся в приложении Б.

2.2.2 Расчет прямозубой эвольвентной передачи

Определение модуля зубчатой передачи расчетом на контактную выносливость зубьев /4/:

, (2.27)

где Kd - вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач

Kd = 770;

z1 - число зубьев шестерни;

T1 - вращающий момент на шестерне, Нм;

u - передаточное отношение передачи;

НР - допускаемое контактное напряжение, Па;

KH - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца.

, (2.28)

где b - рабочая ширина венца зубчатой передачи, м;

d1 - делительный диаметр шестерни, м.

Определение модуля зубчатой передачи расчетом на выносливость зубьев при изгибе вычисляется по формуле:

, (2.29)

где Km - вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач

Km = 14;

KF - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца при изгибе;

FP - допускаемое изгибное напряжение, Па;

YF1 - коэффициент учитывающий форму зубьев шестерни.

Из полученных расчетных значений mH и mF выбирается наибольшее и округляется в сторону увеличения до стандартного модуля по ГОСТ 9563- 60.

При этом должно выполняться следующее условие:

m1 m2 … mk, (2.30)

где m1 - модуль зубчатых передач группы, расположенной первой от электродвигателя;

mk - модуль зубчатых передач группы, расположенной последней от электродвигателя.

Для прямозубой цилиндрической передачи межосевое расстояние определяется по формуле:

, (2.31)

где m - стандартный модуль передачи, м;

z2 - число зубьев зубчатого колеса, сопряженного с шестерней.

При определении межосевых расстояний по группам передач должно выполняться следующее условие:

Aw1 Aw2 … Awk, (2.32)

где Aw1 - межосевое расстояние передач группы, расположенной первой от электродвигателя, м;

Awk - межосевое расстояние передач группы, расположенной последней от электродвигателя, м.

На основе построенной свертки выполняется расчетная схема изображённая на рисунке 2.3, представляющая собой условное изображение расчетной цепи зубчатых передач. В полюсе зацепления каждой зубчатой пары, по нормали к боковым поверхностям зубьев, действуют силы, величина которых определяется по формуле:

, (2.33)

где m и z - модуль и число зубьев зубчатого колеса;

Т - вращающий момент, приложенный к валу зубчатого колеса, Нм.

Силы, действующие со стороны шестерни на валу электродвигателя на зубчатое колесо входного вала:

Сила, действующая со стороны шестерни на входном валу на зубчатое колесо промежуточного вала:

Сила, действующая со стороны шестерни на промежуточном валу на зубчатое колесо выходного вала:

Расчет прямозубой эвольвентной передачи выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении В.

Рисунок 2.3 - Расчётная схема свертки коробки скоростей

2.2.3 Расчет и подбор подшипников

На основе выполненной компоновочной схемы составляется расчетная схема каждого вала, на которой указываются все силы, действующие на вал, приложенные в соответствующих точках. Расчётная схема представлена на рисунке 2.4.

Данная схема позволяет определить реакции в каждой опоре с помощью уравнений статики, которые имеют следующий вид /4/:

, , , (2.34)

где Fkx - сумма всех сил, действующих в плоскости Ozx;

Fky - сумма всех сил, действующих в плоскости Ozy;

mо(Fk) - сумма моментов сил относительно выбранной точки плоскости.

Рисунок 2.4 - Расчётная схема

Критерием для подшипника служит неравенство:

P0 C0, (2.35)

где Р0 - эквивалентная статическая нагрузка, Н;

С0 - табличное значение статической грузоподъемности выбранного подшипника, Н.

Величины приведенной статической нагрузки для радиальных подшипников определяются как большие из двух следующих значений:

P0 = X0Fr + Y0Fa ; P0 = Fr, (2.36)

где Х0 - коэффициент радиальной нагрузки;

Y0 - коэффициент осевой нагрузки;

Fr - постоянная по величине и направлению радиальная нагрузка, Н;

Fа - постоянная по величине и направлению осевая нагрузка, Н.

Критерием для выбора подшипника служит неравенство:

Стр. С, (2.37)

где Cтр. - требуемая величина динамической грузоподъемности подшипника, Н;

С - табличное значение динамической грузоподъемности выбранного подшипника, Н.

Требуемая динамическая грузоподъемность определяется по формуле:

, (2.38)

где Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

n - частота вращения вала для которого подбирается подшипник, об/мин;

Lh - долговечность подшипника, выраженная в часах работы;

- коэффициент, зависящий от формы кривой контактной усталости.

Эквивалентная динамическая нагрузка для шариковых радиальных подшипников определяется по формуле:

P = (XVFr + YFa)KбKт, (2.39)

где Fr - радиальная нагрузка, приложенная к подшипнику, Н;

Fa - осевая нагрузка, приложенная к подшипнику, Н;

V - коэффициент вращения;

Kб - коэффициент безопасности;

Kт - температурный коэффициент.

При выборе подшипников по таблицам должен быть учтен необходимый по условию прочности диаметр вала.

Диаметр участка вала, работающего на чистое кручение определяется по формуле:

, (2.40)

где Т - крутящий момент на валу, Нм;

[] -пониженное допускаемое напряжение, МПа.

Диаметр участка вала, работающего на кручение и изгиб, определяется по формуле:

, (2.41)

где Мэкв. - эквивалентный момент в сечении вала, Нм;

[-1] и - пониженное допускаемое напряжение, МПа.

, (2.42)

где Мизг. - изгибающий момент в сечении вала, Нм.

Расчет подшипников качения выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Г.

После расчета подшипников на статическую и динамическую грузоподъемность можно осуществить их подбор для построения развертки коробки скоростей /5/. Результаты подбора подшипников представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Выбор подшипников

Вал	Маркировка	d, мм	D, мм	B, мм	Расчётные

Страница:

•  1 
•  2 
•  3 

дипломная работа "Усовершенствование горизонтально-фрезерного станка модели 6М82" скачать

Подобные документы

• Расчет привода станка 6Т12

  Проектирование привода главного движения вертикально-фрезерного станка на основе базового станка модели 6Т12. Расчет технических характеристик станка, элементов автоматической коробки скоростей. Выбор конструкции шпинделя, расчет шпиндельного узла.
  
  курсовая работа [2,4 M], добавлен 22.04.2015
  

• Проект консольно-вертикально фрезерного станка с разработкой привода вращательного движения шпинделя и конструкции шпиндельного узла

  Разработка привода вращательного движения шпинделя и структуры шпиндельного узла консольно-вертикально-фрезерного станка. Кинематический и силовой расчет привода главного движения станка. Проект развертки сборочной единицы и конструкции шпиндельного узла.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.05.2014
  

• Разработка привода главного движения станка модели 1Б140

  Назначение станка, выполняемые операции, определение технических характеристик. Выбор структуры, кинематический расчет привода главного движения. Разработка конструкции, расчет шпиндельного узла на точность, жесткость, виброустойчивость. Система смазки.
  
  курсовая работа [328,5 K], добавлен 22.10.2013
  

• Проектирование привода главного движения горизонтально-фрезерного станка

  Кинематический расчет коробки скоростей привода главного движения горизонтально-фрезерного станка. Прочностной расчет зубчатых колес, их диаметров, ременной передачи, валов на статическую прочность и выносливость. Определение грузоподъемности подшипников.
  
  курсовая работа [730,7 K], добавлен 27.05.2012
  

• Модернизация привода главного движения станка модели 6С12Ц с бесступенчатым изменением частоты вращения

  Выбор предельных режимов резания и электродвигателя. Кинематический расчет привода станка. Расчет на прочность стальных зубчатых передач. Выбор элементов, передающих крутящий момент. Расчет трёхопорного шиндельного узла с подшипниками качения в опорах.
  
  курсовая работа [3,5 M], добавлен 22.09.2010
  

• Расчет токарного станка

  Выбор и описание станка-аналога, разработка типовой детали и режимов резания, электродвигателя и структуры привода. Кинематический расчет главного привода. Расчет элементов коробки скоростей, шпиндельного узла. Автоматическая поворотная резцедержавка.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.08.2012
  

• Силовой, прочностной расчет основных элементов привода главного движения

  Назначение станка, выполняемые операции. Расчёт диаметров валов и предварительный выбор подшипников. Разработка конструкции, расчет шпиндельного узла на точность, жесткость, виброустойчивость. Выбор системы смазывания станка, привода. Силовой расчет вала.
  
  курсовая работа [231,8 K], добавлен 12.09.2014
  

• Проект привода главного движения токарного патронно-центрового станка с ЧПУ модели 1720ПФ30

  Описание конструкции станка 1720ПФ30 и ее назначение, технические характеристики, и кинематическая схема. Выбор основных геометрических параметров коробки скоростей. Расчет режимов резания и определение передаточных чисел. Расчет шпиндельного узла.
  
  курсовая работа [360,7 K], добавлен 13.06.2015
  

• Модернизация главного привода станка 1А616

  Расчет технических характеристик станка и выбор его оптимальной структуры. Кинематический расчет привода, элементов коробки скоростей, валов и подшипниковых узлов. Выбор конструкции шпиндельного узла, определение точности, жесткости, виброустойчивости.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 03.07.2014
  

• Модернизация привода главного движения и привода подач вертикального фрезерного станка ВМ127М

  Разработка кинематики привода подач и привода главного движения токарно-винторезного станка. Определение назначения станка, расчет технических характеристик. Расчет пары зубчатых колес. Разработка кинематики коробки подач, редуктора и шпиндельного узла.
  
  курсовая работа [970,1 K], добавлен 05.11.2012
  

Другие документы, подобные "Усовершенствование горизонтально-фрезерного станка модели 6М82"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам