Автоматизация управления широкоуниверсальным фрезерным станком

Э1М082 (2 и 6 колеса и 12 шестерня);

Э1М102 (15 шестерня и 14 колесо);

Э1М112 (10 колесо).

Далее необходимо подобрать подшипники для свободновращающихся колес. Для этого рассчитаем необходимую статическую и динамическую грузоподъемность.

Динамическая грузоподъемность определяется как:

где Кб = 1.2 коэффициент безопасности для учета перегрузки.

 отношение динамической грузоподъемности к эквивалентной динамической нагрузке.

Для 2 колеса:

Для 4 колеса:

Для 6 колеса:

Для 7 шестерни:

Для 10 колеса:

Для12 шестерни:

Для 14 колеса:

Для 15 шестерни:

Динамическая грузоподъемность:

Исходя из полученных данных назначаем подшипники для колес:

Для 2 колеса: Подшипник 206 ГОСТ 8338-75 (С0 = 10 кН, С = 19.5 кН)

Для 4 колеса: Подшипник 205 ГОСТ 8338-75 (С0 = 6.95 кН, С = 14 кН)

Для 6 колеса: Подшипник 107 ГОСТ 8338-75 (С0 = 8.5 кН, С = 15.9 кН)

Для 7 шестерни: Подшипник 105 ГОСТ 8338-75 (С0 = 5.6кН, С = 11.2кН)

Для 10 колеса: Подшипник 209 ГОСТ 8338-75 (С0 = 18.6кН, С = 33.2 кН)

Для12 шестерни: Подшипник 108 ГОСТ 8338-75 (С0 = 9.3кН, С= 16.8кН)

Для 14 колеса: Подшипник 209 ГОСТ 8338-75 (С0 = 18.6кН, С = 33.2 кН)

Для 15 шестерни: Подшипник 209 ГОСТ 8338-75 (С0=18.6кН, С=33.2кН)

6.6 Расчет опорных реакций, статической и динамической грузоподъемности подшипников и изгибающих моментов вала

Для расчетов воспользуемся программой САПР ПГД.

Расчет для II вала:

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР ВАЛА

Исходные данные:

Схема N~10

Сила P:708(H),расстояние от правой опоры вала A=75(мм)

Сила Q:906(H),расстояние от правой опоры вала B=255(мм)

Расстояние между опорами вала L=602(мм)

Угол между силами P и Q (градусы) :40

Частота вращения вала N=2016 (об/мин)

Результаты расчета:

Опорная реакция левой опоры (H) : 321.24

Опорная реакция правой опоры (H) : 1242.46

Статическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры : 321.24

правой опоры : 1242.46

Динамическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры : 4102.34

правой опоры :15866.45

ОПАСНЫЕ СЕЧЕНИЯ ВАЛА:

Первое сечение:расстояние от правого конца вала X= 75.00(мм)

Изгибающий момент M= 53.10(H*м)

Второе сечение:расстояние от правого конца вала X= 330.00(мм)

Изгибающий момент M= 111.47(H*м)

Расчет для III вала:

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР ВАЛА

Исходные данные:

Схема N~7

Сила P:887(H),расстояние от правой опоры вала A=315(мм)

Сила Q:1703(H),расстояние от правой опоры вала B=480(мм)

Расстояние между опорами вала L=602(мм)

Угол между силами P и Q (градусы) :40

Частота вращения вала N=2016 (об/мин)

Результаты расчета:

Опорная реакция левой опоры (H) : 1739.20

Опорная реакция правой опоры (H) : 722.17

Статическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры : 1739.20

правой опоры : 722.17

Динамическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры :22209.81

правой опоры : 9222.26

ОПАСНЫЕ СЕЧЕНИЯ ВАЛА:

Первое сечение:расстояние от правого конца вала X= 315.00(мм)

Изгибающий момент M= 227.48(H*м)

Второе сечение:расстояние от правого конца вала X= 480.00(мм)

Изгибающий момент M= 212.18(H*м)

Расчет для IV вала:

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР ВАЛА

Исходные данные:

Схема N~1

Сила P:1671(H),расстояние от левой опоры вала A=65(мм)

Сила Q:1652(H),расстояние от левой опоры вала B=465(мм)

Расстояние между опорами вала L=602(мм)

Угол между силами P и Q (градусы) :40

Частота вращения вала N=2016 (об/мин)

Результаты расчета:

Опорная реакция левой опоры (H) : 1794.92

Опорная реакция правой опоры (H) : 1419.01

Статическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры : 1794.92

правой опоры : 1419.01

Динамическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры :22921.37

правой опоры :18120.94

ОПАСНЫЕ СЕЧЕНИЯВАЛА:

Первое сечение:расстояние от левого конца вала X= 65.00(мм)

Изгибающий момент M= 116.67(H*м)

Второе сечение:расстояние от левого конца вала X= 465.00(мм)

Изгибающий момент M= 194.40(H*м)

Расчет для V вала (условный):

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР ВАЛА

Исходные данные:

Схема N~9

Сила P:1614(H),расстояние от правой опоры вала A=190(мм)

Сила Q:3704(H),расстояние от правой опоры вала B=800(мм)

Расстояние между опорами вала L=602(мм)

Угол между силами P и Q (градусы) :40

Частота вращения вала N=4032 (об/мин)

Результаты расчета:

Опорная реакция левой опоры (H) : 5322.57

Опорная реакция правой опоры (H) : 801.61

Статическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры : 5322.57

правой опоры : 801.61

Динамическая грузоподъемность подшипников (H)

левой опоры :85636.86

правой опоры :12897.44

ОПАСНЫЕ СЕЧЕНИЯ ВАЛА:

Первое сечение:расстояние от правого конца вала X= 190.00(мм)

Изгибающий момент M= 152.31(H*м)

Второе сечение:расстояние от правого конца вала X= 602.00(мм)

Изгибающий момент M= 733.39(H*м)

Исходя из полученных данных назначаем подшипники:

II вал:

правая опора - Подшипник 106 ГОСТ 8338-75 (С0 = 6.8 кН, С = 13.3 кН) 2 шт.

левая опора - Подшипник 104 ГОСТ 8338-75 (С0 = 4.5 кН, С = 9.36 кН)

III вал:

правая опора - Подшипник 204 ГОСТ 8338-75 (С0 = 6.2 кН, С = 12.7 кН) 2 шт.

левая опора - Подшипник 204 ГОСТ 8338-75 (С0 = 6.2 кН, С = 12.7 кН) 2 шт.

IV вал:

правая опора - Подшипник 206 ГОСТ 8338-75 (С0 = 10 кН, С = 19.5 кН)

левая опора - Подшипник 207 ГОСТ 8338-75 (С0 = 13.7 кН, С = 25.5 кН)

V вал:

правая опора - Подшипник 207 ГОСТ 8338-75 (С0 = 13.7 кН, С= 25.5 кН)

левая опора - Подшипник 307 ГОСТ 8338-75 (С0 = 18 кН, С = 33.2 кН)

в шпиндельном узле - Подшипник 308 ГОСТ 8338-75 (С0 = 22.4 кН, С = 41 кН)

6.7 Расчет сечений сплошного вала на статическую прочность и выносливость

Для расчетов воспользуемся программой САПР ПГД.

Расчет для II вала:

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 2

Обозначение проверяемого сечения : A-A

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):53.10

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):25.53

Марка стали : 40Х

Код марки стали :30

Предел прочности (МПа):880

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 270

Концентратор напряжений отсутствует

Диаметр d (мм) :32

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 32.11

Запас статической прочности при кручении :103.33

Запас статической прочности суммарный : 30.66

Запас усталостной прочности при изгибе : 19.26

Запас усталостной прочности при кручении : 60.61

Запас усталостной прочности суммарный : 18.36

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 2

Обозначение проверяемого сечения : B-B

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):111.47

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):25.53

Марка стали : 40Х

Код марки стали :30

Предел прочности (МПа):880

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 270

Концентратор напряжений отсутствует

Диаметр d (мм) :30

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 12.60

Запас статической прочности при кручении : 85.14

Запас статической прочности суммарный : 12.47

Запас усталостной прочности при изгибе : 7.61

Запас усталостной прочности при кручении : 50.22

Запас усталостной прочности суммарный : 7.52

Расчет для III вала:

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 3

Обозначение проверяемого сечения : A-A

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):227.48

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):50.02

Марка стали : 45Х

Код марки стали :50

Предел прочности (МПа):1275

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 370

Концентратор напряжений - шпоночная канавка

Способ получения - КОНЦЕВОЙ ФРЕЗОЙ

Диаметр d (мм) :30

Ширина шпонки b (мм) :10

Глубина шпоночного паза t (мм) :5

Количество шпонок :1

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 9.72

Запас статической прочности при кручении : 67.02

Запас статической прочности суммарный : 9.62

Запас усталостной прочности при изгибе : 2.11

Запас усталостной прочности при кручении : 15.67

Запас усталостной прочности суммарный : 2.09

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 3

Обозначение проверяемого сечения : B-B

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):212.18

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):50.02

Марка стали : 45Х

Код марки стали :50

Предел прочности (МПа):1275

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 370

Концентратор напряжений - шпоночная канавка

Способ получения - КОНЦЕВОЙ ФРЕЗОЙ

Диаметр d (мм) :25

Ширина шпонки b (мм) :8

Глубина шпоночного паза t (мм) :4

Количество шпонок :1

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 6.13

Запас статической прочности при кручении : 39.41

Запас статической прочности суммарный : 6.06

Запас усталостной прочности при изгибе : 1.35

Запас усталостной прочности при кручении : 9.34

Запас усталостной прочности суммарный : 1.34

Расчет для IV вала:

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 4

Обозначение проверяемого сечения : A-A

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):116.67

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):123.67

Марка стали : 40Х

Код марки стали :30

Предел прочности (МПа):880

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 270

Концентратор напряжений - шпоночная канавка

Способ получения - КОНЦЕВОЙ ФРЕЗОЙ

Диаметр d (мм) :50

Ширина шпонки b (мм) :16

Глубина шпоночного паза t (мм) :5.5

Количество шпонок :1

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 47.79

Запас статической прочности при кручении : 69.76

Запас статической прочности суммарный : 39.43

Запас усталостной прочности при изгибе : 17.02

Запас усталостной прочности при кручении : 30.02

Запас усталостной прочности суммарный : 14.81

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 4

Обозначение проверяемого сечения : B-B

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):194.40

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):123.67

Марка стали : 40Х

Код марки стали :30

Предел прочности (МПа):880

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 270

Концентратор напряжений - шпоночная канавка

Способ получения - КОНЦЕВОЙ ФРЕЗОЙ

Диаметр d (мм) :32

Ширина шпонки b (мм) :10

Глубина шпоночного паза t (мм) :5

Количество шпонок :1

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 7.20

Запас статической прочности при кручении : 17.51

Запас статической прочности суммарный : 6.66

Запас усталостной прочности при изгибе : 2.71

Запас усталостной прочности при кручении : 7.95

Запас усталостной прочности суммарный : 2.56

Расчет для V вала:

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 5

Обозначение проверяемого сечения : A-A

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):152.31

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):152.26

Марка стали : 40Х

Код марки стали :30

Предел прочности (МПа):880

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 270

Концентратор напряжений - шпоночная канавка

Способ получения - КОНЦЕВОЙ ФРЕЗОЙ

Диаметр d (мм) :40

Ширина шпонки b (мм) :12

Глубина шпоночного паза t (мм) :5.5

Количество шпонок :1

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 18.42

Запас статической прочности при кручении : 28.51

Запас статической прочности суммарный : 15.47

Запас усталостной прочности при изгибе : 6.77

Запас усталостной прочности при кручении : 12.64

Запас усталостной прочности суммарный : 5.97

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ВЫНОСЛИВОСТЬ

Исходные данные:

Обозначение вала : 5

Обозначение проверяемого сечения : B-B

Изгибающий момент в проверяемом сечении (H*м):733.39

Крутящий момент в проверяемом сечении (H*м):152.26

Марка стали : 40Х

Код марки стали :30

Предел прочности (МПа):880

Термообработка :Отпуск

Твердость (HB) : 270

Концентратор напряжений отсутствует

Диаметр d (мм) :35

Результаты расчета:

Запас статической прочности при изгибе : 3.04

Запас статической прочности при кручении : 22.67

Запас статической прочности суммарный : 3.01

Запас усталостной прочности при изгибе : 1.81

Запас усталостной прочности при кручении : 13.18

Запас усталостной прочности суммарный : 1.79

Как видно из расчетов все валы удовлетворяют необходимым значениям статической прочности и выносливости (запасы прочности должны быть не меньше 1.3).

6.8 Расчет шпинделя

Первоначально необходимо выбрать компоновочную схему шпиндельного узла на опорах качения. Для этого сначала определим коэффициент быстроходности шпинделя:

Кб = nmax•Dшп = 1600•80 = 128000 = 1.28•105

Исходя из полученного значения коэффициента быстроходности, можно выбрать следующую компоновочную схему шпиндельного узла:



В передней опоре поставим Подшипник 697716Л ГОСТ 520-89, а в задней - Подшипник 17812Л ГОСТ 520-89.

Рассчитаем шпиндель на изгибную жесткость с помощью программы САПР ПГД.

РАСЧЕТ ШПИНДЕЛЯ НА ИЗГИБНУЮ ЖЕСТКОСТЬ

Исходные данные:

Потребная мощность на шпинделе ................ :4.97(кВт)

Частота вращения шпинделя ..................... :1600(1/мин)

Угол между плоскостями действия сил ........... :0(градусы)

Средний диаметр изделия или инструмента ....... :90(мм)

Делительный диаметр приводного зубчатого колеса :185.5(мм)

Модуль приводного зубчатого колеса ............ :3.5(мм)

Тип зубчатой пары: ЦИЛИНДР. ПРЯМОЗУБАЯ

Угол зацепления зубчатого колеса .............. :20(градусы)

-----------T----------T----------T----------T----------¬

¦ a1(мм) ¦ a2(мм) ¦ a3(мм) ¦ a4(мм) ¦ L(мм) ¦

+----------+----------+----------+----------+----------+

¦ 80 ¦ 150 ¦ 35 ¦ 100 ¦ 290 ¦

L----------+----------+----------+----------+-----------

Диаметр в задней опоре (A) ....... :60(мм)

Диаметр в передней опоре (B) ..... :80(мм)

Диаметр консоли .................. :90(мм)

Диаметр отверстия ................ :17(мм)

Тип подшипников, воспринимающих

радиальную нагрузку : в опоре B :роликовый двухрядный конический

в опоре A :роликовый однорядный конический

Характер посадки подшипников : в опоре B :С НАТЯГОМ

в опоре A :С НАТЯГОМ

Количество подшипников, воспринимающих

радиальную нагрузку : в опоре B :1

в опоре A :1

Результаты расчета:

Плоскость ZX :

Реакция в опоре A (Н) : 72.91

Реакция в опоре B (Н) :-1051.96

Упругое перемещение опоры A (мкм):-0.181574

Упругое перемещение опоры B (мкм): 0.899691

Плоскость YX :

Реакция в опоре A (Н) : 99.96

Реакция в опоре B (Н) :-214.27

Упругое перемещение опоры A (мкм):-0.248921

Упругое перемещение опоры B (мкм): 0.183256

Угол наклона подшипника в задней опоре A (рад): 0.000003

Угол наклона подшипника в передней опоре B (рад): 0.000009

Линейное перемещение оси у переднего торца шпинделя (мкм) : 2.175419

Угловое перемещение оси у переднего торца шпинделя (рад) : 0.000015

Допустимые значения перемещения торца шпинделя :

[Линейное] (мкм) = 4.350000

[Угловое] (рад) = 0.001000

Допустимый угол наклона в передней опоре [U] (рад) : 0.001000

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ В Н О Р М Е

Линейное перемещение оси под зубчатым колесом (мкм): 0.421843

Угловое перемещение оси под зубчатым колесом (рад): 0.000002

Допустимое перемещение оси под зубчатым колесом (мкм) :35.000000

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ ПОД ЗУБЧАТЫМ КОЛЕСОМ В Н О Р М Е

Оптимальное межопорное расстояние (мм) : 405.9

Новое значение a2 (мм) : 265.9

Как видно все параметры шпинделя в норме. Следовательно расчет можно считать законченным.

Заключение

В ходе выполнения работы поставленная задача модернизации широкоуниверсального фрезерного станка модели 6А76 была решена успешно. Разработана коробка скоростей, которая обеспечивает 16 вариантов частот вращения шпинделя, причем переключение частоты происходит с помощью электромагнитных муфт. Так же были предусмотрены автономные приводы подач.

Данные изменения в конструкции станка повышают его производительность (как следствие автоматизации обработки детали), т.к. рабочему будет проще и быстрее управлять станком, а следовательно уменьшится время на обработку одной детали.

Так же был реализован общий подход к задачам работирования СЧПУ металлорежущих станков, их разработки и эксплуатации.

Был произведен анализ кинематики станка и обоснован тип и число управляемых и контролируемых параметров, разработаны электрические принципиальные схемы подключения УЧПУ к станку и электроавтоматики станка, а также алгоритм позиционирования.

Модернизированный станок удовлетворяет всем прочностным характеристикам. Однако при работе на низших частотах от 50 об/мин до 126 об/мин показатели качества обработки снижаются, поэтому не рекомендуется работать на станке с данными скоростями.

Список использованной литературы

1. Автоматизированное проектирование приводов главного движения металлорежущих станков / В.Ю. Анцев, А.Н. Иноземцев, В.Н. Савушкин; Под ред. Н.И. Пасько. - Тул. гос. ун-т. - Тула, 2002.

2. Вовнобой В.Е., Гуревич В.М., Григорян А.К. Операционная система УЧПУ «Электроника НЦ 80-31» // Станки и инструмент, 1983. №12. 11с.

3. ГОСТ 1284.1-89. Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Основные размеры и методы контроля.

4. ГОСТ 21574-88. Муфты электромагнитные многодисковые с магнитопроводящими дисками. Технические условия.

5. ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. - М.: Госстандарт СССР, 1981. - 32с.

6. ГОСТ 2.721-74. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.

7. ГОСТ 2.770-68. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики.

8. ГОСТ 30064-93. Концы шпинделей сверлильных, расточных и фрезерных станков. Размеры. Технические требования.

9. ГОСТ 3.1418-82. Оформление техдокументации. - М.: Госстандарт СССР, 1982. - 29с.

10. ГОСТ 520-89. Подшипники качения. Общие технические условия.

11. ГОСТ 8338-75. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры.

12. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. шк., 1991.

13. Металлорежущие станки: Учеб. пособие / А.Н. Иноземцев, Г.В. Сундуков, Г.В. Шадский; Тул. гос. ун-т. - Тула, 2002.

14. Сальников В.С., Ерзин О.А. Методические указания по курсовой работе по курсу «Управление техническими системами». - Тула, 2007.

15. Ратмиров В.А. Управление станками гибких производственных систем. - М., 1987. - 272с.

Размещено на Allbest.ru