Анализ конструкций современных металлорежущих станков, аналогичных проектируемому

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 6

1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ, АНАЛОГИЧНЫХ ПРОЕКТИРУЕМОМУ.. 7

1.1 Описание конструкции и системы управления станка-прототипа. 10

1.2 Описание конструкции системы управления и принцип работы проектируемого узла 18

1.3 Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла 18

1.4 Описание кинематической схемы проектируемого узла, построение структурной сетки и графика частот. 20

1.5 Расчет мощности привода и крутящих моментов на валах. 25

1.6 Расчет передач, устройств и механизмов привода станка. 27

1.6.1 Расчет зубчатых зацеплений привода. 27

1.6.2 Расчет передачи зубчатым ремнем. 42

1.6.3 Расчет поликлиновой передачи. 46

1.6.4 Предварительный расчет валов. 50

1.6.5 Уточненный расчет валов. 52

1.6.6 Выбор подшипников. 58

1.6.7 Расчет шпоночных соединений. 60

1.6.8 Выбор и проверочный расчет муфт. 62

1.7 Расчет шпинделя на жесткость и угол кручения. 62

1.8 Обоснование конструкции шпинделя, выбор материала и термической обработки 67

2 ОПИСАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА И ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ В ЦЕЛОМ.. 70

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 73

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 74

ВВЕДЕНИЕ

Развитие вычислительной техники привело к созданию станков с программным управлением. Станки с ЧПУ заняли нишу между универсальными и агрегатными станками при производстве большой номенклатуры продукции (обеспечивается библиотекой программ обработки) относительно небольшими партиями (десятки и сотни штук). Малое время переналадки и высокая повторяемость обработки на станках с ЧПУ позволили резко увеличить выход годных деталей при многооперационной обработке.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением.

Оснащенность станков системами ЧПУ (адаптивными, позиционными и контурными) отражена в их обозначениях, которые, сохраняя принцип цифрового обозначения моделей станков отечественного производства, дополняются в конце следующими буквенно-цифровыми знаками: Ф1 — для станков с цифровой индикацией и предварительным набором координат, Ф2 — для станков с системами ЧПУ позиционного типа; ФЗ — для станков с системами ЧПУ контурного типа, Ф4 для станков с универсальными системами ЧПУ для позиционной и контурной обработки.

В данной курсовой работе производится кинематический анализ токарного станка с ЧПУ модели СБ5582, расчет привода подачи. В работе рассматриваются основные узлы станка, органы его управления, принцип работы, кинематическая схема станка. Также производится обоснование конструкций основных базовых элементов станка и приведены указания по эксплуатации и обслуживанию станка.

Целью данной курсовой работы является проектирование конструкции привода подачи токарного станка с ЧПУ согласно исходным данным.

Описание конструкции системы управления и принцип работы проектируемого узла

Проектируемый привод подачи выбранного станка-прототипа содержит асинхронный двигатель, поликлиновую ременную передачу. Привод продольного перемещения суппорта состоит из двигателя, зубчатых колес и шариковой пары винт — гайка. Высокомоментный двигатель постоянного тока с широким регулированием частоты вращения обеспечивает диапазон рабочих подач суппорта до 2000 мм/мин и скорость быстрых перемещений его 6000 мм/мин.

Расчет передач, устройств и механизмов привода станка

Предварительный расчет привода продольной подачи

Передача «винт—гайка качения» (ВГК) обладает свойствами, по­зволяющими применять ее как в приводах подач без отсчета перемеще­ний (универсальных станков, силовых столов агрегатных станков), так и в приводах подач и позиционирования станков с ЧПУ. Механизмы ВГК также используют в приводах подач столов, суппортов, траверс почти всех станков.

Для передачи характерны высокий КПД (0,8...0,9), небольшое раз­личие между силами трения движения и покоя, незначительное влияние частоты вращения винта на силу трения в механизме, полное отсут­ствие осевого зазора. Недостатками являются высокая стоимость, пониженное демпфирование, отсутствие самоторможения.

В соответствии с DIN 69 051, часть 1, шарико-винтовой привод опре­деляется как винтовой приводной механизм с шариками, работающими в режиме качения. Он предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот.

Критерии выбора шарико-винтовых приводов.

Для расчета шарико-винтового привода существенны следующие исходные данные:

-требования к точности (отклонения хода);

- нагрузка;

-ресурс;

-предельная скорость вращения;

- продольная устойчивость;

- жесткость / люфт;

-коэффициент скорости вращения.

Чтобы получить конструктивно и экономически оптимальное реше­ние, необходимо учитывать следующее:

- шаг является решающим фактором для допустимой нагрузки (определяется также максимальным диаметром шариков);

- при расчете необходимо принимать не крайние, а средние зна­чения величины нагрузки и скорости вращения.

Выбор шарико-винтовой пары

Ресурс машины при длительности включения шарико-винтового привода 60% должен составлять 40 000 часов. При и вменяющихся режимах работы (переменные скорость вращения и нагрузка) ресурс рассчитывается на основе средних значений Fm и пт по формулам (1.1) и (1.2). Значения нагрузок для различных условий следующие:

холостой ход: F3 = 20 Н, q3 = 20%, n3 = 3 000 об / мин;

режим разгона: F4 = 3 770 Н, q4 = 10%, n4 = 3 000 об / мин.

Тяговая сила при движении на рабочем ходу: Q = 6 500 Н.

Начальная сила трения на одной грани То = 4...5 Н; тогда Qбх = 20 Н.

Тяговая сила при разгоне вычисляется по формуле (1.4).

Масса шпиндельной бабки т = 1500 кг.

Из формулы (1.5) находим ускорение.

Максимальная скорость быстрого хода, V = 30 ООО мм / мин.

Время изменения подачи от 0 до максимума, t - 0,2 с.

Qразг=4*5+1500+2,5=3770 Н

Среднюю скорость вращения nm расчитываем по формуле (1.2)

Среднюю нагрузку при переменных нагрузке и скорости вращения рассчитываем по формуле (1.1):

Найдем требуемый ресурс L по зависимости:

L=24000*900*60=13*107 об

Рассчитаем допустимую динамическую нагрузку С по формуле (1.6)

По полученным данным подбираем передачу «винт-гайка качения» фирмы “Rexroth” SEM-E-S 32 x lOR * 3.5-4, статическая грузоподъем­ность Со =58,ЗкН; динамическая грузоподъемность Са/И =31,7 кН. Фланцевая одинарная гайка.

Определение вращающего момента на ходовом винте Вращающий момент на валу определяется по формуле:

Коэффициент полезного действия винтовой передачи принимаем ηВ=10,8, тогда

Определение частоты вращения ходового винта при быстрых перемещениях

Частоту вращения ходового винта на быстром ходу п6 х определяем по формуле

Скорость быстрого хода суппорта V= 30 000 мм / мин.

Предварительный выбор электродвигателя

При повторно-кратковременном режиме двигатель выбирают с учетом продолжительности включения (ПВ), т. е. по моменту с по­мощью формулы:

Табли ца 1.2— Конфигурация двигателя 1FT5074-1AF71

Показатель	Значение
Статический момент М, Н • м	25,0
Максимальный момент М , Н • м	34,0
Момент инерции ротора (без тормоза) J, 1(Г* кг • м2	36,7
Максимальная частота вращения, мин'1	3 000,0
Мощность, кВт	5,7

Исходя из вышеприведенных расчетов, подбираем синхронный сер­водвигатель фирмы “Siemens” серии 1FT5074-1AF71. Основные пара­метры этого двигателя приведены в таблице 1.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный курсовой проект позволил закрепить теоретические положения курса, излагаемые в лекциях, углубить навыки пользования справочным материалом, стандартами ЕСКД. В процессе выполнения курсового проекта были получены важнейшие комплексные требования об устройстве токарных станков, в частности, с ЧПУ. Изучение курса позволило ознакомиться с общим методическим подходом к изучению станков, расчетами отдельных узлов и механизмов к данным целевым узлам станка и станку в целом, а также с принципиальными конструктивными решениями.

В данном курсовом проекте был разработан привод главного движения токарные станка с ЧПУ на примере токарного станка СБ5582. Привод состоит из электродвигателя, поликлиновой ременной передачи, зубчатой ременной передачи и трехваловой коробки. Был определен знаменатель геометрического ряда , выбран электродвигатель 1FT5074-1AF71, имеющий номинальную мощность кВт, и номинальную частоту вращения n = 1530 мин^-1 В данном курсовом проекте были произведены расчеты передачи «винт-гайка качения», уточнённый расчет привода подачи, была описана система смазки ВГК, обосновали выбор конструкции ВГК, выбор материала и термической обработки.

При выполнении курсовой работы были использованы знания о кинематике станков, использовались ГОСТы и справочная литература. Для разработки чертежей использовалась программа КОМПАС 3D – V13.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 6

1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ, АНАЛОГИЧНЫХ ПРОЕКТИРУЕМОМУ.. 7

1.1 Описание конструкции и системы управления станка-прототипа. 10

1.2 Описание конструкции системы управления и принцип работы проектируемого узла 18

1.3 Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла 18

1.4 Описание кинематической схемы проектируемого узла, построение структурной сетки и графика частот. 20

1.5 Расчет мощности привода и крутящих моментов на валах. 25

1.6 Расчет передач, устройств и механизмов привода станка. 27

1.6.1 Расчет зубчатых зацеплений привода. 27

1.6.2 Расчет передачи зубчатым ремнем. 42

1.6.3 Расчет поликлиновой передачи. 46

1.6.4 Предварительный расчет валов. 50

1.6.5 Уточненный расчет валов. 52

1.6.6 Выбор подшипников. 58

1.6.7 Расчет шпоночных соединений. 60

1.6.8 Выбор и проверочный расчет муфт. 62

1.7 Расчет шпинделя на жесткость и угол кручения. 62

1.8 Обоснование конструкции шпинделя, выбор материала и термической обработки 67

2 ОПИСАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА И ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ В ЦЕЛОМ.. 70

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 73

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 74

ВВЕДЕНИЕ

Развитие вычислительной техники привело к созданию станков с программным управлением. Станки с ЧПУ заняли нишу между универсальными и агрегатными станками при производстве большой номенклатуры продукции (обеспечивается библиотекой программ обработки) относительно небольшими партиями (десятки и сотни штук). Малое время переналадки и высокая повторяемость обработки на станках с ЧПУ позволили резко увеличить выход годных деталей при многооперационной обработке.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением.

Оснащенность станков системами ЧПУ (адаптивными, позиционными и контурными) отражена в их обозначениях, которые, сохраняя принцип цифрового обозначения моделей станков отечественного производства, дополняются в конце следующими буквенно-цифровыми знаками: Ф1 — для станков с цифровой индикацией и предварительным набором координат, Ф2 — для станков с системами ЧПУ позиционного типа; ФЗ — для станков с системами ЧПУ контурного типа, Ф4 для станков с универсальными системами ЧПУ для позиционной и контурной обработки.

В данной курсовой работе производится кинематический анализ токарного станка с ЧПУ модели СБ5582, расчет привода подачи. В работе рассматриваются основные узлы станка, органы его управления, принцип работы, кинематическая схема станка. Также производится обоснование конструкций основных базовых элементов станка и приведены указания по эксплуатации и обслуживанию станка.

Целью данной курсовой работы является проектирование конструкции привода подачи токарного станка с ЧПУ согласно исходным данным.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ, АНАЛОГИЧНЫХ ПРОЕКТИРУЕМОМУ

Современные токарные станки быстроходны, обладают высокой мощностью, имеют повышенную жесткость и виброустойчивость, долговечны и надежны в работе, что в совокупности обеспечивает высокую производительность и точность обработки детали. Более 70% изделий в машиностроении изготовляют в условиях мелкосерийного и серийного производства. Эффективным средством автоматизации мелкосерийного и серийного производства является программное управление металлорежущими станками. Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

В станках с ЧПУ управление рабочими органами в процессе обработки производится автоматически по заранее разработанной программе без непосредственного участия рабочего. Программное управление — это такая система управления, которая обеспечивает автоматическую работу механизмов станка по легко переналаживаемой программе. По заданной программе можно управлять: регулированием направления и скорости перемещения исполнительных органов станка, циклом работы станка, сменой инструмента и т. д.

Важной особенностью автоматизации процесса обработки на металлорежущих станках с помощью устройств программного управления является сохранение станками широкой универсальности. Это дает возможность производить на них обработку всей номенклатуры деталей, которая может быть произведена на универсальных станках соответствующих типов.

Программное управление позволяет: автоматизировать процесс обработки; сократить время наладки станка, сведя всю наладку к установке инструмента, заготовки и программы на станке; организовать многостаночное обслуживание в серийном и мелкосерийном производстве; повысить производительность труда, культуру производства и качество обработанных деталей.

Основной задачей рациональной эксплуатации металлорежущих станков с ЧПУ является обеспечение длительной и безотказной обработки на них деталей с заданной производительностью, точностью и шероховатостью обработанной поверхности при минимальной стоимости эксплуатации станков.

Токарные станки с ЧПУ предназначены для наружной и внутренней обработки сложных заготовок деталей в автоматическом и полуавтоматическом режимах. На этом оборудовании выполняют традиционный комплекс токарных операций: точение, отрезку, сверление, нарезание резьбы.

Станки с числовым программным управлением (CNC) имеют следующие основные преимущества в сравнении с универсальными токарными станками:

· производительность в 1,5- 2,5 раза выше;

· детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки конечного изделия;

· значительно сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей;

· значительно сокращается продолжительность цикла изготовления деталей.

Классификация и технологические параметры токарных станков с ЧПУ.

В основе классификации оборудования этой группы лежат следующие технические признаки и особенности:

· расположение оси шпинделя: горизонтальные и вертикальные;

· число используемых в работе инструментов: одноинструментальные и многоинструментальные;

· способы закрепления инструмента: на суппорте, в револьверной головке, в магазине инструментов;

· вид выполняемых работ: центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные и прутковые;

· степень автоматизации: полуавтоматические и станки-автоматы.

Привод подачи - один из основных узлов, определяющих

производительность и точность станка с ЧПУ. Поскольку УЧПУ практически

безинерционно формируют сигналы управления приводом, обеспечивающие

движение по заданной траектории или позиционирование в заданной

координате, большое значение приобретает совершенствование параметров

исполнительного двигателя и схемы управления им с учетом особенностей

кинематической цепи привода.

По мере совершенствования в УЧПУ увеличения жесткости и точности

узлов станка повышаются требования к быстродействию и точности привода

подач: скорость быстрых перемещений в современных станках доведена до

50м/мин, а дискретность перемещений – до 1 нм.

На современных отечественных предприятиях благодаря высокой точности обработки и надежности хорошо зарекомендовали следующие модели токарных станков с ЧПУ (CNC): 16К20Ф3, 16А20Ф3, 16К20Т1, 16К20Ф3С32, 16А20Ф3С39, 1М63МФ101, 16Б16Т1, 16К30Ф3, 1М63БФ101, 16Б16Т1С1.