Разработка привода главного движения для фрезерного станка
Введение
Создание современных, точных и высокопроизводительных металлорежущих
станков обуславливает повышенные требования к их основным узлам. В частности, к
приводам главного движения и подач предъявляются требования: по увеличению
жёсткости, повышению точности вращения валов, шпиндельных узлов. Станки должны
обеспечивать возможность высокопроизводительного изготовления без ручной
последующей доводки деталей, удовлетворяющих современным непрерывно
возрастающим требованиям к точности.
Фрезерные станки широко применяют во всех отраслях машиностроительной
промышленности. Они предназначены для токарной обработки из пруткового
материала. На таких станках можно производить черновое и чистовое обтачивание,
фасонное обтачивание, подрезание торцов, нарезание резьбы, накатку рифлей и
отрезание.
В большинстве станков в качестве привода главного движения применяют
коробки передач со ступенчатым регулированием частоты вращения, соединённые с
асинхронным электродвигателем. К приводам главного движения предъявляют следующие
требования: обеспечение необходимой мощности резания, сохранение постоянства
мощности резания в коробках скоростей и крутящего момента, обеспечение
заданного диапазона регулирования скорости, высокий КПД, надёжность, простота
обслуживания и малые размеры.
Горизонтально-фрезерный универсальный станок предназначен для обработки
заготовок из стали, цветных материалов и чугуна фрезами из быстрорежущей стали
или оснащенных пластинами из твердого сплава. Станок используется в условиях
индивидуального и серийного производств.
1. Описание разрабатываемой конструкции
.1 Назначение и технические характеристики станка
Фрезерные станки предназначены для обработки наружных
и внутренних поверхностей различного профиля, прорезание прямых и винтовых
канавок, нарезание зубчатых колес.
Конструкции фрезерных станков многообразны. Выпускают
станки универсальные, специализированные и специальные.
Технические параметры станка
. Размеры рабочей поверхности стола
. Наибольшие перемещения стола :
продольное механическое/ продольное вручную
поперечное механическое/ поперечное
вручную
вертикальное механическое/
вертикальное вручную
. Габаритные размеры станка
1.2 Описание компоновки заданного типа станка
Исходные данные
. Тип станка и привода: Коробка скоростей
горизонтально-фрезерного станка
. Число ступеней вращения: Z=18
. Частота вращения шпинделя: nmax = 1600обр мин
nmin = 31.5
. Эффективная мощность обработки: 6 кВт
Компоновка заданного типа станка
1-Фундаментная
плита
7 2-Станина
вертикальная
3-Хобот
4
5 6 4-Шпиндель
5-Фреза
6-Оправка
8 7-Подвеска
9 8-Стол
9-
Верхние поворотные салазки
10-Нижние
салазки
2 10 11- Консоль
11
11
1.3 Обоснование конструкции и компоновки
проектируемого узла
В зависимости от компоновки различают коробки
скоростей встроенные в шпиндельную бабку и коробки скоростей с разделенным
приводам проектируемая коробка скоростей относится к встроенным в шпиндельную
бабку. Переключение скоростей осуществляется с помощью 3 блоков зубчатых колес.
Этот метод переключения является простым, надежным, легким в эксплуатации,
простым в обслуживании.
2. Кинематический расчет узла
.1 Построение графиков частот вращения
Рассмотрим 4 варианта структурной сетки:
а)
;
б)
;
в)
;
г)
.
Выбираем
график частот вращения «а» т.к. он имеет веерообразные структуру,
2.2Определяем
числа зубьев зубчатых колес
Таблица
1 - подбор зубьев зубчатых колес
Число зубьев з.к.
|
17;20
|
39;92
|
34;67
|
29;72
|
62;39
|
45;56
|
29;72
|
75;30
|
25;80
|
1,592,52
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ʃ z группы
|
44
|
101
|
101
|
105
|
2.3 Построение кинематической схемы
Мы спроектировали коробку скоростей для горизонтально-фрезерного станка.
Данная коробка состоит из пяти валов на которых размещаются три блока зубчатых
колес и девять простых зубчатых колес
3. Выбор электродвигателя и силовой расчет привода
Определяем КПД по формуле:
Ƞ0
=Ƞ1Ƞ2 Ƞк , (1)
где
Ƞп = 0,997 =0,93- КПД подшипников
Ƞ1
= 0,954=0,81 зубчатой передачи
Ƞм
= 0,99- Кпд муфт
Ƞ0
=0,93 0,81 0,99 = 0,75
Вычисляем
мощность электродвигателя N (кВт) по формуле:
, (2)
где
- мощность резанья кВт,
Ƞ0
- КПД общее
Выбираем
электродвигатель 4А132М4У3 мощностью 11 кВт, частота вращения 1460об/мин.
.2Определение
крутящего момента на валах по формуле:
Нм
Рассчитываем
вращающие моменты на валах:
4.
Проектировочный расчет деталей узла
.1
Проектировочный расчет зубчатых колес
Материал
- сталь45, термическая обработка - нормализация, твердость - HB
=230
Определяем
модуль по формуле:
(3)
фрезерный станок вал привод
где
- коэффициент, учитывающий формулу зуба
-
вспомогательный коэффициент при проектном расчете передачи
-крутящий
момент на шестерне
.2
Определяем диаметры зубчатых колес по формуле:
d = mz (мм) (4)
Ведомый
вал:
Учитывая
влияние изгиба вала от напряжения ремня, принимаем [τk] =
20 МПа.
Диаметр
выходного вала:
Рассчитываем
межосевое расстояние по формуле:
(5)
Рассчитываем
ширину зубчатых колес по формуле
(6)
где:
- коэффициент ширены шестерни
- модуль
.3
Проектировочный расчет вылов по формуле:
(7)
где:
- допускаемое напряжение на кручении (= 20….25 МПа)
-
крутящий момент Нм
5. Обоснование выбора подшипников
Намечаем радиальные подшипники средней серии, для переднего края шпинделя
выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников из таблицы 6,3[ 7]
Таблица 2 - Выбор подшипников
Номер вала
|
Номер подшипников, тип
подшипников
|
Внутренний диаметр
|
Наружный диаметр
|
ширена
|
Радиус скругления
|
Грузоподъемность
|
1 вал
|
305
|
dп1=25
|
D=62
|
B=17
|
C=22.5
|
C0=11.4
|
2 вал
|
306
|
dп1=30
|
D=72
|
B=19
|
r=2
|
C=28,1
|
C0=14.6
|
3вал
|
307
|
dп1=35
|
D=80
|
B=21
|
r=2.5
|
C=33.2
|
C0=36.0
|
4 вал
|
310
|
dп1=50
|
D=110
|
B=27
|
r=3
|
C=65,8
|
C0=36.0
|
5 вал
|
314
|
dп1=150
Радиальные однорядные
|
D=35
|
B=35
|
r=3,5
|
C=104
|
C0=63
|
5вал
|
314
|
dп1=70 Шариковые
духрядные
|
D=150
|
B=35
|
r=3,5
|
C=74,1
|
C0=35,5
|
5 вал
|
114
|
dп1=70 Роликовые
двухрядные
|
D=110
|
B=24
B=20
|
r=2 r1=0.8
|
C=77.6
|
C0=71.6
|
6. Подбор соединительных элементов валов,(шпонок,
муфт, шлицев)
НАЗНАЧАЕМ Материал шпонок - сталь 45 нормализованная
выбираем призматические шпонки из таблицы 8.9
Таблица 3 -Подбор шпонок [ 7]
Число з.к.
|
Диаметр вала
|
Сечение шпонки
|
Глубина паза
Вала Втулки
|
Фаска
|
Длинна
|
Z=17
|
D=25
|
b*h=8*7
|
T1=4.0
|
T2=3.3
|
S*450 =0.2
|
L=25
|
Z=20
|
D=30
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
S*450 =0.3
|
L=28
|
Z=62
|
D=30
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
T2 =3.3
|
S*450 =0.3
|
L=70
|
Z=67
|
D=35
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
T2 =3.3
|
S*450 =0.3
|
L=70
|
Z=72
|
D=35
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
T2 =3.3
|
S*450 =0.3
|
L=80
|
Z=62
|
D=35
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
T2 =3.3
|
S*450 =0.3
|
L=70
|
Z=45
|
D=35
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
T2 =3.3
|
S*450 =0.3
|
L=50
|
Z=29
|
D=35
|
b*h=10*8
|
T1=5.0
|
T2 =3.3
|
S*450 =0.3
|
L=32
|
Z=30
|
D=70
|
b*h=20*12
|
T1=7.5
|
T2 =4.9
|
S*450 =0.5
|
L=45
|
Z=80
|
D=70
|
b*h=20*12
|
T1=7.5
|
T2 =4.9
|
S*450 =0.5
|
L=125
|
Проверка прочности шпоночных соединений
Напряжение смятия рассчитывается по формуле:
(8)
где:
Т- передаваемый вращающий момент Н мм
=100…120
Условие
прочности выполняется
Условие
прочности выполняется
Условие
прочности выполняется
Условие прочности выполняется
Выбераем шлицевые соединения
Принемаем соединения шлицевые прямобочные по ГОСТ 1139-80=6мм, d=26мм,
D=30мм, b=6мм, d1=24.6мм, a=3.85мм, f=0.3мм, r=0.2мм
Вал 4 Z=8мм, d=46мм, D=50мм, b=9мм, d1=44.6мм, a=5,75мм, f=0.4мм=0.3мм
Проверка шлицевых соединений на смятие расчитываем по формуле:
(9)
Условие прочночти выполняется
7. Конструктивные
размеры шестерни и колеса
Шестерню выполняют заодно с валом; ее размеры определены выше:
d1 =
64 (мм); b1 = 68 (мм); df1 = 59 (мм)
Колесо кованное: d2 =
256 (мм); d 2 = 260 (мм); b2 = 64 (мм); df2= d 2-
2,5 m = 256 - 5 = 251 (мм)
Диаметр ступицы
d ст =
1,6 · d k2 = 1,6 · 54 = 86,4 (мм)
Принимаем d ст = 88 ;
Длина ступицы l ст (1,2 ÷
1,5) · d k2 = (1.2 ÷ 1.5)
· 54 = 64,8 ÷ 81 (мм);
Принимаем l ст = 86 (мм).
Толщина обода δо = (2.5 ÷ 4) · m n = (2.5 ÷ 4) · 2
= 5 ÷ 8 (мм),
Принимаем δо = 8 мм.
Толщина диска
С = 0.3*b2=0.3*72 = 21,6 мм,
Принимаем С = 22 мм
Диаметр отверстий:
Dо = df2
- 2 δо = 251 - 2 ·
8 = 251 - 16 = 235 мм
d отв
= (Dо - d ст ) / 4= (235 - 88) / 4 = 36,75 мм
Принимаем d отв = 36мм
Условие прочности выполняется
Условие прочности выполняется
8. Описание системы смазки узла
Внимательное отношение к смазке, нормальная работа
системы смазки является гарантией безотказности работы станка и его
долговечности.
На станке имеется 2 изолированные центральные системы
смазки:
Зубчатых колес, подшипников коробки скоростей и
элементов коробки переключения скоростей.
Зубчатых колес, подшипников коробки подач, консоли,
салазок, направляющих консоли и стола.
Масляный резервуар и насос смазки коробки скоростей
находится в станине. Масло в резервуар заливается через угольник до середины
маслоуказателя.
В данный тип коробки скоростей необходимо масло
индустриальное
И-4ОА (по ГОСТ 20799-75).
Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным
материалом У'Т-1 , периодически пополняем его шприцем через пресс-масленки.
9. Мероприятия по охране труда
Перед началом работы на фрезерном станке необходимо убедиться в целостностии
фрезы или пильного диска, убедиться в её или его креплении. Ножевой вал на
фрезерных станках должен иметь ограждение, открывающееся и снимающееся только
перед началом работы и по окончанию её. Короткие и тонкие заготовки должны
обрабатываться с помощью прижимов. При работе подавать заготовки нужно
равномерно без толчков и рывков.
Перед началом работы необходимо:
а. проверить наличие на фрезерном станке упоров ( пружин, гребенок,
роликов ) для защиты рабочего от выбрасывания заготовки.
б. чтобы нерабочая часть ножевой головки или фрезы была ограждена
постоянным неподвижным кожухом, являющимся стружкоприемником, а рабочая часть
фрезы ( ножевой головки ) должна быть закрыта подвижным кожухом. открывающим
фрезу на величину, необходимую для обработки материала.
в. проверить надежность стопора шпиндельного суппорта, а отверстие в
столе для шпинделя не должно превышать диаметра шпинделя более чем на 30 мм.
Во время работы необходимо:
а. начинать обработку заготовок на фрезерном станке после того, как шпиндель
разовьет необходимую частоту вращения.
б. мелкие детали обрабатывать только в специальных цулагах. в. необходимо
следить 'за надежным креплением направляющей линейки. г. при фрезеровании
деталей сечением меньше 40х40 мм и длиной менее 400 мм применяют направляющие
колодки, соответствующие размерам и форме обрабатываемой детали. д, при
фрезеровании с середины необходимо следить, чтобы направляющее приспособление
было снабжено упором, противодействующим выбрасыванию материала или
обрабатываемой детали. е. верхние и боковые прижимы должны плотно прижимать
деталь к столу и направляющей линейке.
Воспрещается:
. Производить криволинейное фрезерование детали против слоя древесины.
. Обрабатывать детали по направлению вращения фрезы.
Заключение
В курсовом проекте разработана компоновка коробки скоростей
горизонтально-фрезерного станка.
Для этого предварительно проанализированы типовые конструкции заданного
типа станка. Была выполнена кинематика, расчет коробки скоростей, рассчитаны
числа зубьев зубчатых колес и их геометрические параметры, а так же определены
крутящие моменты на валах и рассчитаны подшипники, элементы соединения.
По данным расчетам выполнен чертеж развертки коробки скоростей. Для
данного типа коробки подобрано масло, а также освещены вопросы по охране труда
при работе за станком данного типа
Литература
1. сусликов в
а. Металлорежущие станки: курсовое проектирование. Мн.: Беларусь, 2008.
. Боков В.
Н., Чернилевский Д. В., Будько П. П. Детали машин: Атлас конструкций. М.:
Машиностроение, 1983.
. Детали
машин: Атлас конструкций / Под редакцией Д. Н.Решетова. М.: Машиностроение,
1979.
. Дунаев П.
Ф., Леликов О. П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа,
1984.
. Куклин Н.
Г., Куклина Г. С. Детали машин. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984.
.
Проектирование механических передач / Под ред. С. А. Чернавского,
. Кочергин
А.И. Проектирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов.
Мн.: Вышэйшая школа, 1991.