Проект долбёжного станка

1. Цели и задачи курсового проекта

1.1 Назначение станка

Долбёжный станок модели 7А420 предназначен для обработки фасонных отверстий (квадратных, шестигранных, шлицевых), прорезания шпоночных пазов и канавок в конических и цилиндрических отверстиях, а также для строгания наружных коротких плоских и фасонных линейчатых поверхностей в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.

1.2 Движения в станке

Движение резания - прямолинейное возвратно-поступательное движение долбяка с резцом в вертикальном направлении.

Движения подач - прерывистое перемещение стола в продольном и поперечном направлениях, а также периодический поворот стола относительно своей вертикальной оси.

Вспомогательными движениями являются ручные установочные и быстрые механизированные перемещения стола, установка длины хода и места хода долбяка.

Рисунок 1 - Общий вид прототипа долбёжного станка модели 7А420

.3 Основные узлы станка

Основные узлы станка (рис. 1). А - стол; Б - долбяк с резцовой головкой; В-станина; Г - гидропанель управления движением резания и подачей; Д - привод подач; Е - продольные салазки; Ж - поперечные салазки.

1.4 Техническая характеристика прототипа 7А420

Основные технические характеристики:

1.5 Принцип работы

Резец специальной конфигурации закрепляют в резцедержателе долбяка. Обрабатываемое изделие устанавливают на круглом столе станка. Движение долбяка вниз является рабочим ходом, в течение которого происходит снятие стружки с обрабатываемого изделия. Движение долбяка вверх представляет собой холостой ход, в конце которого происходит продольная или поперечная подача стола с изделием или поворот стола вокруг вертикальной оси (круговая подача). При обработке плоскостей столу сообщается продольная или поперечная подача, а при обработке цилиндрических участков поверхностей - круговая подача.

Механизм ручного поворота стола снабжен специальным делительным устройством, позволяющим делить заготовку на любое нужное количество равных частей или поворачивать стол с заготовкой на заданный угол.

1.6 Конструктивные особенности

В отличие от ряда моделей станков с кулисным приводом долбяка и механическим приводом подачи в станке модели 7А420 возвратно-поступательное движение долбяку сообщается гидроприводом, а продольные, поперечные и круговые подачи стола осуществляются гидромеханическим устройством.

Долбяк соединен с рабочим цилиндром, а скалки поршня рабочего цилиндра закреплены неподвижно. Реверсирование движения долбяка и настройка на требуемую величину хода осуществляют посредством упоров, находящихся в боковом пазу долбяка. Место хода долбяка настраивается перемещением долбяка относительно цилиндра.

Механическая подача стола и перемещение его вручную одновременно невозможны благодаря наличию блокировочного механизма. Для обработки матриц, штампов и других подобных деталей с наклонными внутренними поверхностями направляющие долбяка могут быть повернуты на угол до 10°.

На нижнем конце долбяка имеется отверстие для крепления резцовой головки, которая может быть повернута вокруг своей оси на 360°.

1.7 Модели долбёжных станков

Станкостроительной промышленностью освоено большое количество типоразмеров станков с длиной хода от 100 до 900 мм. Наибольшее распространение получили станки моделей 7412, 7417, 7420, 7А420, 747М, 745А, 743, 7480; 7430, 7450.

2. Расчёт режимов резания

Назначаем режимы резания [1]:

Для минимальных режимов, обрабатываемый материал - Сталь 45 (σ_в= 70 - 75 кг/мм²).

Для максимальных режимов резания для расчётов режимов резания рекомендован обрабатываемый материал Сталь 10 (σ_в= 30 - 40 кг/мм²).

Глубина резания при минимальных режимах резания t = 2 мм, т. к. при черновой обработке берётся глубина резания на максимальный припуск обработки. При максимальных режимах t = 0,5 мм.

Назначаем подачу S_min = 0,2 мм/дв. ход; S_max = 2,4 мм/дв. ход

Определяем предельные значения чисел двойных ходов:

 (2.1)

 (2.2)

 (2.3)

поправочные коэффициенты.

, (2.4)

где L_max и L_min - наибольшая и наименьшая длинна хода рабочего органа станка, мм;

V_o и V_p - среднее значение скорости обратного и прямого хода, м/мин.

 м/мин

м/мин

 дв. х.

 дв. х.

Диапазон регулирования привода подач D_s находят из соотношения:

 (2.5)

                                                    (2.6)

Силу резания Р_z находим в зависимости от величины подачи и глубины резания:

Р_z = C_p t^x s^y  vⁿ K_p (2.7)

Р_z = 5142,51,20,41,220,93 = 700 кгс.

3. Расчёт коробки подач

Изменение величины подач осуществляется за счет изменения угла поворота храпового колеса (числа зубьев n, на которые осуществляется его поворот).

Расчетные перемещения подач равны:

 (3.1)

где z - число зубьев храпового колеса;

n - число зубьев, на которое осуществляется поворот храпового колеса.

Общий вид уравнения кинематического баланса имеет вид:

мм/дв. х, (3.2)

где i - передаточное отношение передач от храпового колеса к механизму преобразования вращательного движения в поступательное;

H - ход механизма преобразования вращательного движения в поступательное.

Для ходовых винтов:

 (3.3)

где K - число заходов резьбы,

t - шаг резьбы ходового винта.

Необходимая величина размерности ряда:

 (3.4)

К - число ступеней коробки подач = 12.

 (3.5)

Арифметический ряд подач на 1 зуб:

S₁ = S_min = 0,1 мм/дв. ход

S₂ = 0,1 + 0,1 = 0,2 мм/дв. ход

S₃ = 0,3 мм/дв. ход

S₄ = 0,4 мм/дв. ход

S₅ = 0,5 мм/дв. ход

S₆ = 0,6 мм/дв. ход

S₇ = 0,7 мм/дв. ход

S₈ = 0,8 мм/дв. ход

S₉ = 0,9 мм/дв. ход

S₁₀ = 1 мм/дв. ход

S₁₁ = 1,1 мм/дв. ход

S₁₂ = 1,2 мм/дв. ход (S_max)

Развернутые уравнения кинематического баланса для минимальных подач имеет вид:

Развернутые уравнения кинематического баланса для максимальных подач имеет вид:

 (3.6)

То есть уравнение будет выглядеть следующим образом:

4. Динамический расчёт деталей привода, проектируемого станка

4.1 Крутящий момент на валу электродвигателя для ускоренных перемещений стола

 (4.1)

, (4.2)

где М_к - крутящий момент на валу конечного звена кинематической цепи, Н * м

Р - тяговое усилие, необходимое для преодоления сил полезного сопротивления и потерь, Н

Н - ход кинематической пары, преобразующей вращательное движение в поступательное, м

Р_х - составляющая силы резания, действующая в направлении подачи, н

к - коэффициент учитывающий влияние опрокидывающего момента, возникающего в следствии несимметричного приложения силы подачи.

F - сила трения в направляющих, Н

G*g - сила тяжести станка, кг.

Р = 1,1*960+7527+600 = 9183 Н

F = (Р_z + G*g) * f (4.3)

F = (6867+ 600) * 1.1 = 7527 Н

4.2 Крутящий момент для передачи ходовой, винт - гайка

 (4.4)

где  - тяговое усилие, кг*м;

 - средний радиус винта, мм;

 - угол наклона винтовой линии;

 - угол трения пары, винт - гайка.

4.3 Тяговое усилие

 (4.5)

где - реакция направляющих;

 - коэффициент трения в направляющих, Н

 (4.6)

 (4.7)

где - шаг винта, мм;

 - число заходов винта;

 = 5⁰

4.4 Определение геометрических параметров храпового колеса и реечной шестерни

Расчёт храпового колеса.

В проектируемом долбёжном станке применяется храповое колесо с симметричным профилем и оборотной собачкой.

Z = 96 - число зубьев храпового колеса

m = 2 мм - модуль храпового колеса (принял конструктивно)

Средний делительный диаметр рассчитывается по формуле:

d = Z × m (4.8)

d = 96 × 2 = 192 мм

Внешний диаметр рассчитывается по формуле:

d_а = d + 2m (4.9)

d_а = 192 + 4 = 196 мм

Внутренний диаметр рассчитывается по формуле:

d_f = d - 2,5m (4.10)

d_f = 192 - 5 = 187 мм

Расчёт передачи зубчатое колесо рейка

Z = 20 - число зубьев реечной шестерни (приняла конструктивно)

m = 2 мм - модуль реечной шестерни (приняла конструктивно)

Средний делительный диаметр рассчитывается по формуле:

d = Z × m (4.11)

d = 20 × 2 = 40 мм

Внешний диаметр рассчитывается по формуле:

d_а = d + 2m (4.12)

d_а = 40 + 4 = 44 мм

Внутренний диаметр рассчитывается по формуле:

d_f = d - 2,5m (4.13)

d_f = 40 - 5 = 35 мм

Шаг нормальный:

 (4.14)

Высота зуба (размер справочный):

 (4.15)

Ширина рейки:

 (4.16)

Линейное перемещение рейки, соответствие угла поворота храпового колеса:

 (4.17)

5. Расчёт гидропривода станка

5.1 Расчёт гидроцилиндра

Определение диаметра поршня [2]:

                                                   (5.1)

                                       (5.2)

где Р_с - общая сила сопротивления движения, Н; Р_с=6867 Н;

F - площадь цилиндра, м;

Р_р - рабочее давление в гидросистеме, Па

Р_н - максимальное давление, развиваемое насосом, Па. Р_н = 5510⁵ Н/м²

                          (5.3)

где D_p - расчетный диаметр гидроцилиндра, м

Откуда

                                              (5.4)

По ГОСТ 6540 - 68 принимаем D_p = 45 мм.

Определение действительное значение площади гидроцилиндра F_q:

                                                   (5.5)

5.2 Определение диаметра штока

Определение диаметр штока d_ш:

                                          (5.6)

По ГОСТ 6540 - 68 принимаем d_ш = 30 мм.

Определение расхода масла:

                                                 (5.7)

где Q - общая производительность насосной установки, м³/с;

F_р - площадь гидроцилиндра, м²;

V_max - максимальная скорость резания, м/с.

По ГОСТу 13825 - 80, принимаем Q = 95410^-6 м³/с=57,24 л/мин.

При 4-х ступенчатом регулировании величина Q₁ и Q₂ определяется из выражений:

                                                  (5.9)

м³/с=9,54 л/мин

м³/с=47,7 л/мин

Скорость холостого хода:

V_o = 2 V_{p max}                                           (5.10)

V_o = 2  36 = 72 м/мин;

Мощность электродвигателя на привод насосной установки:

                                             (5.11)

кВт

где N - мощность электродвигателя, кВт;

Q - общая производительность насосной установки, м/с;

Рн - давление развиваемое насосом, Па.

Выбор насоса:

Производительность насоса Q = 954  10^-6 м³/с, значит, выбираем насос 2-х поточный сдвоенный нерегулируемый лопастной типа 35Г12 - 24М.

Технические характеристики:

Рабочий объём - 80 см³.

Подача - не менее 70 м³ / мин.

Давление на выходе из насоса:

Номинальное - 6,3 МПа

Предельное - 7 МПа

Частота вращения:

Максимальная - 960 об /мин

Минимальная - 600 об / мин

КПД при номинальном режиме работы:

Объёмный, не менее - 0,9

Полный, не менее - 0,82

Ресурс при номинальном режиме работы:

Не менее - 3000 часов.

Масса - 32 кг.

Присоединительный диаметр вала d_в = 25 мм.

Для данного расхода масла пересчитываем скорость:

 (5.12)

Выбор гидрооборудования:

Гидрораспределитель реверса РР, тип В6 с гидравлическим управлением.

Технические характеристики:

Диаметр условного прохода - 6 мм

Давление номинальное - 32 МПа

Давление управления - 0,55 - 6 МПа

Масса - 1,3 - 2,2 кг

Производительность - 56  10^-3 м³ / сек

Гидрораспределитель управления РУ, тип ВМР6 с механическим управлением (от двух роликов)

Технические характеристики:

Производительность - 56  10^-3 м³ / сек

Распределитель Р2 предназначен для контроля давления в системе.

Тип ВММ 10 (управление от рукоятки)

Производительность - 546  10^-3 м³ / сек

Распределитель Р3, тип В  6 с гидравлическим управлением.

Технические характеристики:

Производительность - 56  10^-3 м³ / сек

Крановой Гидрораспределитель Р1, тип Г 71 - 31.

Технические характеристики:

Производительность - 56  10^-3 м³ / сек

Диаметр условного прохода - 8 мм

Рабочее давление:

Номинальный - 20 (25) МПа

Распределитель деления скоростей РДС:

Трёхпозиционный с ручным управлением

Обратные клапаны типа Г51 - 3

Гидроклапаны:

К5 - предохранительный клапан прямого действия (ТУ2 - 0,53 - 1748 - 85)

К2 - предназначен для настройки максимального давления масла.

К3 - переливной напорный гидроклапан.

К1 - клапан работающий при засорении фильтра для слива масла

Дроссели:

Др1; Др2 - тип ПГ 77 - 12.

Технические характеристики:

Dу = 10 мм

Расход масла:

Максимальный - 20 м³ / мин

Перепад давления в дросселях ≥ 0,25 МПа

Масса - 3,9 кг

Стыковое исполнение по присоединению.

Др3; Др4; Др5 - тип МПГ 55 - 12, исполнение по присоединению - становое.

Фильтр щелевой пластинчатый с ручной очисткой по ГОСТ 21329 - 75

Манометр избыточного давления (по ГОСТ 1625 - 77) диаметр - 40: ВВ = 4040.

Выбор масла:

Основной характеристикой для выбора масла является его вязкость. Её величина зависит от рабочего давления. При давлении: 7010 ⁵ МПа ≥ р ≥ 3010⁵ МПа, применяется масло с вязкостью ν = (0,35 - 0,65) 10^-4 м² / сек, такой вязкостью обладает масло «Турбинное 22» по ГОСТу 32 - 53 [ν = (0,17 - 2) 10^-4 м² / сек].

6. Принцип работы долбежного станка

Гидропривод применяется в долбёжных станках для обеспечения рабочих движений резца, а так же подачи стола.

Гидравлический привод этого станка обеспечивает следующий цикл работы:

1. возвратно - поступательное движение долбяка, приводимого в движение гидроцилиндром ЦД;

2. подачу стола на каждый ход долбяка гидроцилиндром ЦП;

. пуск и остановка долбяка в любом положении. При остановке долбяка, его положение фиксируется гидросистемой.

Исходное положение: в начале цикла долбяк находится в положении, которое соответствует концу его обратного хода. Распределитель Р1 находится в положении II, сообщая каналы нагнетания насосов Н1 и Н2 со сливом при любом положении распределителя диапазона скоростей РДС.

Рабочий ход долбяка: при переключении распределителя Р1 в положение I рабочая жидкость от насосов через распределитель РДС поступает к распределителю реверса РР, который находится в положении I. От распределителя РР рабочая жидкость поступает в поршневую полость гидроцилиндра ЦД, из штоковой полости рабочая жидкость через гидроклапаны К3, К5, распределитель РДС поступает на слив.

Распределитель РДС имеет четыре фиксированных положения. В положении I рабочая жидкость от насоса Н1 поступает в гидросистему, а от насоса Н2 идет на слив. В положении II - наоборот. В положении III оба насоса нагнетают рабочую жидкость в гидросистему одновременно. Но в положении IV также как и в положении III, но рабочая жидкость поступает одновременно в обе полости гидроцилиндра ЦД. Таким образом обеспечивается получение четырёх диапазонов скоростей. Внутри каждого из этих диапазонов дросселем ДР1 обеспечивается бесступенчатое регулирование скорости движения долбяка.

Обратный ход долбяка: при крайнем переднем положении долбяка упор перемещает распределитель РУ в положение II. Из распределителя РУ рабочая жидкость поступает под левый торец распределителя РР и он переходит в положение II. Рабочая жидкость под давлением начинает поступать в штоковую полость гидроцилиндра ЦД, поршневая полость соединяется со сливом. Происходит движение долбяка в обратном направлении. В конце обратного хода долбяка другой упор снова перемещает распределитель РУ в положение I и цикл повторяется.

Во время обратного хода рабочая жидкость из поршневой полости сливается через фильтр Ф. при засорении фильтра рабочая жидкость сливается через предохранительный клапан К1.

Подача стола: одновременно со сменой положения распределителя РР приходит смена положения распределителя Р3. В момент реверсирования распределителя РР на рабочий ход рабочая жидкость под давлением поступает под левый торец распределителя Р3 и он занимает положение I. Пропуская рабочую жидкость в поршневую полость гидроцилиндра ЦП. Происходит подача стола. В момент реверсирования распределителя РР на обратный ход распределитель Р3 перейдёт в положение II, пропуская рабочую жидкость в штоковую полость гидроцилиндра ЦП. Происходит подготовка к последующей подаче. Величина подачи устанавливается регулируемым жёстким упором (на схеме не показан), ограничивающим ход поршня гидроцилиндра ЦП.

Остановка долбяка: в любом положении обеспечивается гидроклапаном К5. Во время работы под давлением рабочей жидкости клапан К5 поддерживается в открытом положении. При переводе распределителя Р1 в положение II, давление резко снижается и, под действием пружины, клапан К5 закрывается, запирая выход рабочей жидкости из штоковой полости гидроцилиндра ЦД. Гидроклапаны К2 и К4 ограничивают соответственно давление рабочего и обратного хода.

7. Проектирование вспомогательных систем станка

7.1 Системы смазки

Системы смазки предназначены для уменьшения потерь на трение, повышение износостойкости и обеспечения нормально допустимой рабочей температуры трущихся поверхностей. Правильно спроектированная система смазки способствует нормальной эксплуатации станка и длительному сохранению его точности.

Существуют индивидуальный и централизованный способы смазки.

Первый осуществляется независимыми устройствами для каждой трущейся пары, второй - несколькими устройствами, управляемыми с одного места.

По времени действия смазка делится на периодическую и непрерывную. По способу подачи масла к трущимся поверхностям различают смазку без принудительного давления (смазка поливом) и под давлением. По виду циркуляции различают следующие виды систем смазки: проточную, циркуляционную и смешанную. В проточной системе отработанное масло не возвращается в систему; в циркуляционной - оно многократно циркулирует; смешанная - сочетает в себе одновременно проточную и циркуляционную систему.

Наибольшее распространение получила централизованная непрерывная циркуляционная смазка поливом. Индивидуальная непрерывная циркуляционная смазка под давлением используется, главным образом, для подшипников скольжения.

В систему смазки входят: насос, система распределения, уплотняющие средства, устройства для очистки, контроля и сигнализации. В качестве смазочного материала применяют жидкие минеральные масла, а в некоторых случаях густые (консистентные) смазки. Для очистки масла используют пластинчатые, сетчатые, войлочные и магнитные фильтры.

Качество подводимой смазки (производительность насоса) определяют из условия теплового баланса.

Работа сил трения, а, следовательно, и количество теплоты, определяют выражением:

W₁ = N (1 - J), Дж/с (7.1)

где N - мощность станка, Вт;

J - КПД соответствующего узла.

Количество теплоты, отводимого смазочной жидкостью равно:

W₂ = Q. ρ. C. Δt, Дж/с (7.2)

где Q - объем протекающей смазки, м³/с;

ρ - плотность масла (ρ ≈ 0,9^. 10³) кг/м³;

С - удельная теплоемкость масла (С ≈ 1700), дж/кг. град;

Δt - температура нагрева масла, град.

По опытным данным: для зубчатых колес и подшипников качения Δt = 5…8^о, для подшипников скольжения Δt = 30…40^о.

Приравнивая выражения (7.1) и (7.2) и решая относительно Q получим

, м³/с (7.3)

Общую емкость системы смазки обычно принимают равной 5…6 минутной производительности насоса.

Принимаем по стандартному ряду .

7.2 Система охлаждения

Подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) к режущим кромкам инструмента в процессе резания увеличивает стойкость инструмента, улучшает обрабатываемость и, в конечном счете, способствует повышению производительности. Кроме того, СОЖ отводит из зоны резания мелкую стружку и охлаждает обрабатываемую деталь.

В современном машиностроении в основном применяют охлаждение инструмента поливом его СОЖ.

В качестве СОЖ применяют чаще всего водные (5% раствор соды в воде) и масляные (взвесь масла в воде) эмульсии, а также осерненные масла (для тяжелых условий работы).

Количество подводимой СОЖ определяют из условия теплового баланса

, м³/с (7.4)

Для обычных условий Δt = 15…25^о, плотность водных эмульсий ρ = 1^.10³ кг/м³, масляных ρ ≈ 9^.10³ кг/м³, удельная теплоемкость соответственно 4000 и 1600 дж/кг. град.

Общую емкость системы охлаждения принимают равной 10…12 минутной производительности насоса.

8. Мероприятия, обеспечивающие безопасность работы на проектируемом станке

Конструкция проектируемого станка должна включать в себя элементы, обеспечивающие безопасность и охрану здоровья рабочего, а также предотвращающие поломки станка. Для обеспечения указанных требований необходимо:

1. Все органы управления располагать в зоне, удобной для их использования и при необходимости дублировать.

2. Все органы управления фиксируют в каждом из занимаемых ими положений, что исключает возможность самопроизвольного включения и выключения приводов рабочих органов.

3. Использовать блокировку механизмов управления, что исключает возможность включения не совместных движений.

4. Избегать такой конструкции системы управления, при которой рукоятки и маховички для ручных установочных перемещений вращаются при работе станка.

5. Предусматривать такие формы и размеры органов управления, которые удобны для рук рабочего.

6. Усилие на рукоятках должны быть 60…65 Н, а при частом использовании - 40…45 Н и не должны превышать при ручном управлении 80 Н, при возможности механизированного переключения - 160 Н.

7. Время на операцию управления должно затрачиваться тем меньше, чем чаще она производится.

8. Предусматривать ограждение зоны резания прозрачными защитными экранами.

9. Применять местное освещение зоны резания.

10. Устанавливать ограничители пути установочных и механических перемещений.

11. В приводах подач предусматривать предохранительные устройства.

13. Электрические кнопки и поворотные переключатели, кроме кнопки «Стоп» должны быть утоплены.

14. Гидро и пневмосистемы станка оснащать соответствующими защитными устройствами от чрезмерных повышений давления.

долбежный станок резание электродвигатель

Список источников

1.            Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Ч. 1. - М.: Машиностроение, 1967.

2.         Режимы резания металлов. Справочник. Под ред. Барановского Ю.В. - М.: Машиностроение, 1972.

3.       Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2. Под ред. Касиловой А.Г. и Мещерикова Р.К. - М.: Машиностроение, 1985.

.        Металлорежущие станки. Т. 1, 2. Под ред. Ачеркан Н.С. - М.: Машиностроение, 1965.

.        Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1980.

.        Лоскутов В.В. Методика курсового проектирования по дисциплине металлорежущие станки. Свердловск, Средне-Уральское книжное издательство, 1964.

.        Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. - М.: Высшая школа, 1967.

.        Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1977.

.        Тепинкичиев В.К. и др. Металлорежущие станки. Краткий курс. - М.: Машиностроение, 1972.

.        Зубчатые передачи. Справочник. Под ред. Гинзбург Е.Г. - Л.: Машиностроение, 1980.

11. Перель Л.Я. и др. Подшипники качения. Справочник. - М.: Машиностроение, 1975

. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В3-х т. Т.1. - 5-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 788

. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин»: М.: Машиностроение, 1987. - 416 с ил.

. Дьячков В.Б. Специальные металлорежущие станки общемашиностроительного применения: справочник/ В.Б. Дьячков, Н.Ф. Кобатов, Н.У. Носинов., М.: Машиностроение. 1983. - 288 с., ил.

. Любошиц М.И. Справочник по сопротивлению материалов: М. Высшая школа - 1969-459 с.

. Кучер А.М. Металлорежущие станки: М. Высшая школа - 1963-282 с.