Характеристика металлорежущих станков

Содержание.

Введение…………………………………………………………………3

1. Изучение станков-аналогов…………………………………………….4

2. Режимы резания………………………………………………………...6

3. Проектирование кинематики привода частот вращения шпинделя.

3.1 Диапазон регулирования Rn
………………………………………10

3.2 Работа структурной формулы…………………………………….11

3.3 Разработка кинематической схемы привода…………………….12

4. Проектирование кинематики привода подач.

4.1 Диапазон регулирования Rs
………………………………………15

4.2 Разработка структурной формулы……………………………….15

5. Расчёт коробки скоростей…………………………………………….20

6. Расчёт вала……………………………………………………………..25

7. Список литературы……………………………………………………27

Приложения

Введение.

Специализированные станки занимают промежуточное положение между универсальными и специальными станками. Эти станки при помощи сменных устройств и приспособлений в относительно короткий срок могут переналаживаться на обработку другой детали этого же наименования, но с другими размерами. Следовательно, специализированные станки – это специальные станки, обладающие возможностью переналадки, их также можно отнести и к универсальным станкам упрощённой конструкции. При проектировании специализированного станка необходимо учитывать особенности проектирования как универсальных, так и специальных станков. Специализированные станки следует создавать на основе нормальных рядов станков широкого назначения с максимальной унификацией основных углов и деталей.

1.
Изучение станков аналогов.

Модель станка	2М55	2554	2Ш55
Наибольший условный диаметр сверления в стали Наибольшие перемещения: вертикальное, рукава на колонне горизонтальное, сверлильной головки по рукаву Наибольшее вертикальное перемещение шпинделя Число скоростей шпинделя Подача шпинделя, мм/об Частота вращения шпинделя об/мин Наибольшая сила подачи, мН Мощность эл/привода главного движения, кВт Габаритные размеры: длина ширина высота	50 750 1225 - 21 0,056-2,5 20-2000 20 5,5 2665 1020 3430	50 1000 1250 400 - 0,05-5,0 18-2000 20 5,5 2685 1028 3390	50 1250 750 400 21 0,1-1,12 10-1000 16 4,0 4280 1650 3550

Операции, выполняемые на проектируемом станке: сверление, развёртывание, зенкерование. Соответственно инструменты: свёрла, развёртки, зенкера. Материал режущей части инструмента – быстрорежущая сталь. Применительно к обрабатываемым материалам:

Ст3: Р9; Р18; Р6М5

Ал: свёрла – Р9К10; Р6М5; зенкера, развёртки – Р6М5; Р6М5Ф3.

СЧ: свёрла – Р6М5; Р6М5К5; зенкера, развёртки – Р6М5; Р14Ф4; Р6М5Ф3.

Компоновка станка:

Структурная схема станка:

2.
Режимы резания, реализуемые станком.

Подачи, требуемые для реализации процесса резания:

при зенкеровании: Ø20 Ø50

Al 0,7 – 0,8 1,6 – 2,0

Cr 0,7 – 0,8 1,6 – 2,0

Ст 3 0,7 – 0,9 1,0 – 1,3

При зенкеровании глухих отверстий S ≤ (0,2 – 0,5) мм/об

при развёртывании: Ø20 Ø50

Al 2,7 3,1

Cr 2,2 2,7

Ст 3 1,1 1,5

При развёртывании глухих отверстий S ≤ (0,2 – 0,5) мм/об

при сверлении: Ø20 Ø50

Al 0,47 – 0,54 0,71 – 0,81

Cr 0,40 – 0,52 0,70 – 0,80

Ст 3 0,38 – 0,43 0,58 – 0,66

Поправочные коэффициенты, с учётом Ко
= 0,5, получим

Ø20 Ø50

Al 0,24 – 0,27 0,35 – 0,45

Cr 0,20 – 0,26 0,35 – 0,45

Ст 3 0,19 – 0,22 0,29 – 0,33

Материал заготовки	Vmax, м/мин	Vmin,м/мин	Smax	Smin
Ст 3	66,7	1,5	0,19
Al	4,64	3,1	0,23
Cr	2,7	0,2

Находим предельные скорости резания.

Для развёртывания

где коэффициент Cv
,,
показатели степени m
,
x
,
y
приведены в таблице 29 стр. 279 /5/;

D
–
обрабатываемый диаметр, мм;

T
–
период стойкости, мин (по таблице 30 стр. 279 /5/);

Kv
– поправочный коэффициент.

Развёртывание Ø50 в Ст3:

Развёртывание Ø50 в СЧ:

Развёртывание Ø50 в Ал:

Для сверления:

где коэффициент Cv
,,
показатели степени m
,
x
,
y
приведены в таблице 28 стр. 278 /5/

Для сверления Ø20 в Ст3:

Находим предельные частоты вращения шпинделя

где

V
– скорость резания, м/мин;

D
– обрабатываемой диаметр, мм.

мин-1

мин-1

Выбор электродвигателя.

Мощность привода главного движения:

где

Nl
– эффективная мощность, кВт;

k
–
коэффициент допустимой перегрузки, k
=
1,25;

η –
КПД кинематической цепи привода, η =
0,8.

Находим эффективную мощность резания.

Для сверления Ø20:

где

n
– частота вращения, мин-1
;

где

См
= 0,0345; q
= 2,0; y
= 0,8; Kp
= 0,8;

D
– обрабатываемый диаметр, мм;

S
– подача при сверлении, мм/об;

Н·м.

Тогда кВт.

Находим эффективную мощность при рассверливании Ø50 в Ст 3:

Н·м.

Скорость резания при рассверливании Ø50:

Частота вращения:

мин-1
.

Мощность: кВт

Выбираем двигатель с n
= 1500 об/мин 4А112М4Уз с мощностью 5,5 кВт.

Nэд
> N, где

→ кВт.

3.
Проектирование кинематики привода частот вращения.

3.1 Диапазон регулирования частоты вращения
Rn

.

определяется по формуле:

.

.

Число ступеней z
скорости исполнительного органа:

, где

φ –
знаменатель ряда, для радиально-сверлильных станков

φ =
1,12 – 1,26

. Примем z
=
18.

Выбирается стандартный ряд частот вращения:

30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 236; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.

Уточняем Rn
:

.

3.2 Разработка структурной формулы привода.

1) z = 18 = 3[1] 3[3] 2[9]

2) z = 18 = 3[3] 3[1] 2[9]

3) z = 18 = 3[2] 3[6] 2[1]

4) z = 18 = 3[6] 3[2] 2[1]

5) z = 18 = 3[1] 3[6] 2[3]

6) z = 18 = 3[6] 3[1] 2[3]

Строим структурные сетки:

При выборе оптимального варианта структурной формулы исходим из того, что чем более быстроходными являются промежуточные валы, тем меньше их размеры, размеры монтируемых на них деталей и в конечном счёте, габариты коробки передач. В этом отношении вариант 1 предпочтительнее, т.к. для II и III валов n''max
< n'max
. Следовательно, по 1-му варианту для валов II и III будет меньше крутящий момент и, соответственно, меньше размер вала. Для структурных сеток более выгодным является “прогнутый” характер крайней левой ветви.

3.3 Разработка кинематической схемы привода.

Строим график частот вращения:

Находим число зубьев передачи:

a
2
+
b
2
= 3

→ a
3
+
b
3
= 18 → 18 – наименьшее общее кратное К

a
4
+
b
4
= 9

Определяем Emin
для минимального передаточного отношения :

Сумма чисел зубьев сопряжённых колёс:

Определяем числа зубьев сопряжённых колёс:

Для второй группы:

a
5
+
b
5
= 33

→ a
6
+
b
6
= 9 → К=99

a
7
+
b
7
= 18

Округлим до целого числа Е
= 1

Округлим 2Z0
= 100

Для третей группы:

a
8
+
b
8
= 5

a
9
+
b
9
= 3 К
= 15 - первоначально

Пусть К
= 30.

Уравнение кинематической цепи:

об/мин

Так как станок специализированный, нарезания резьбы на нём не осуществляется, следовательно, реверс может осуществляться двигателем.

4 Проектирование кинематики привода подач.

4.1 Диапазон регулирования
Rs
.

Выбираем знаменатель ряда φ
= 1,26

Число ступеней передач:

Стандартный ряд подач:

0,19; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5.

4.2 разработка структурной формулы.

Z = 12 = 3[1]2[3]2[6]

Z = 12 = 3[4]2[2]2[1]

Выбираем первый вариант.

Переходим от геометрического ряда подач S1
, S2
,… Sz
к геометрическому ряду частот вращения последнего вращательного звена в цепи подач n1
, n2
,…nz
.

Для сверлильного станка вращательное движение преобразовывается в поступательное с помощью передачи реечное колесо-рейка.

мм/об,

где n
р.к.
– обороты реечного колеса, совершаемое за время, когда шпиндель сделает один оборот;

m
– модуль реечного колеса;

z
– число зубьев реечного колеса.

Отсюда:

Вычислим соответствующие обороты реечного колеса:

Приводим к стандартному ряду:

Строим график подач:

Передаточные отношения:

Находим числа зубьев колёс по использованной раннее методике.

a
2
+
b
2
= 18

→ a
3
+
b
3
= 9 → 18 – наименьшее общее кратное К

a
4
+
b
4
= 2

Определяем Emin
для минимального передаточного отношения :

Выбираем Е
= 3.

Сумма чисел зубьев сопряжённых колёс:

a5
+ b5
= 7

a6
+ b
6
= 9 → К
=63

Уточняем

a
7
+
b
7
= 33

a
8
+
b
8
= 9 → К =
99

Примем 2·Z0
= 100

Для червячной передачи ; число заходов червяка k
= 2 → Zk
= 16. По стандарту Z = 17.

Для полученных на валу VΙΙ значений n необходимо рассчитать соответствующие им нормализованные значения подач:

S = nр.к.
·π·m·z мм/об.

Получаем S = nр.к.
·122,46 мм/об

5 Расчёт коробки скоростей.

Определяют первоначально ориентировочно межосевое расстояние:

мм, где

Ka
–
коэффициент, учитывающий материал; Ka
= 495, т.к. колесо и шестерня изготовлены из стали;

U
– передаточное число; для понижающих U
= 1/i
и для повышающих U
= i
;

МТ2
– крутящий момент на валу колеса, Н·м;

КНβ
– коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, КНβ
= 1,3;

[σ
]Н
– допускаемое напряжение, МПа;

ψва
– отношение ширины зубчатого венца к межосевому расстоянию, ψва
= 0,2.

Допускаемые контактные напряжения:

где

σН0
– базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев; для стали 50ХН

σН0
= 2·350 + 70 = 770 МПа;

SH
– запас прочности, SH
=1,1.

МПа

За nрасч.
принимается 95 мин-1
.

Расчётный крутящий момент на шпинделе:

Н·м, где N
= 4,6 кВт.

Н·м – на VI валу.

На V валу МТ
V
= МТ
VI
·i9
·ηV
-
VI

МТ
V
= 472·1/4·0,96 = 113 Н·м

Аналогично

МТ
IV
= 113·7/11·0,96 = 69 Н·м

МТ
III
= 69·4/5·0,96 = 53 Н·м

МТ
II
= 53·7/11·0,96 = 32 Н·м

МТ
I
= 32·4/5·0,96 = 25 Н·м

мм

→ m
= 2

Отсюда aW0

= 90 мм

мм

→ m
= 2,5

Отсюда aW
1
= 90 мм

мм

→ m
= 4

Отсюда aW
4
= 108 мм

мм

→ m
= 2

Отсюда aW
1
= 100 мм

мм

→ m
= 2

Отсюда aW
8
= 120 мм

Проверка на контактную прочность:

МПа

Проверяем:

Расчет на изгиб:

мм, где

Km
–
вспомогательный коэффициент, Km
= 13;

МТ1
– крутящий момент на шестерне, Н·м;

К
F
β
– коэффициент нагрузки, К
F
β
= 1,3;

YF
1
– коэффициент формы зуба (табл. 4.13 I1I)

ψвт
– отношение ширины колеса к модулю т
;

σFP
1
– допускаемое изгибное напряжение для материала шестерни, МПа.

Для реверсивных передач:

σ
FP
= 0,3· σ
F
О
·KFL
МПа, где

σ
F
О
– предел выносливости зубьев на изгиб;

KFL
– коэффициент режима нагружения и долговечности, KFL
= 1.

σ
FP
= 0,3· 1,8·350·1,0 = 190 МПа.

Проверяем:

мм

мм

мм

мм

мм

Находим геометрические параметры зубчатых колёс:

делительный диаметр d
=
mz
;

диаметры вершин da
=
d
+ 2
m
;

диаметры впадин df
=
d
– 2
m
;

где т
– модуль зацепления, мм;

z
– число зубьев.

z	d , мм	da , мм	df , мм
z0 z'0 z1 z'1 z2 z'2 z 3 z' 3 z 4 z' 4 z 5 z' 5 z 6 z' 6 z 7 z' 7 z 8 z' 8 z9 z'9	40·2 = 80 50·2 = 100 28·2,5 = 70 44·2,5 = 110 18·4 = 72 36·4 = 144 21·4 = 84 33·4 = 132 24·4 = 96 30·4 = 120 24·2 = 48 76·2 = 152 56·2 = 112 44·2 = 88 38·2 = 76 62·2 = 124 24·2 = 48 96·2 = 192 80·2 = 160 40·2 = 80	84 104 75 115 80 152 92 140 104 128 52 156 116 92 80 128 52 196 164 84	76 96 65 105 64 136 76 126 88 112 44 148 108 84 72 120 44 188 156 76

6 Расчёт третьего вала.

Приближённый расчёт вала:

мм.

Уточнённый расчёт вала:

Общий коэффициент запаса прочности:

, где

- коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

- коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям, где σ-1
и τ-1
– пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения.

σ-1
= 0,45· σв
; τ-1
= 0,58· σ-1
.

Материал вала – сталь 45; σв
= 590 МПа, σТ
= 300 МПа, термическая обработка – нормализация;

Kσ
= 2; Kτ
= 1,75; εσ
= 0,88; ετ
= 0,77; β
= 1 – учитывает влияние шероховатости.

, где

Fa
– осевая сила, действующая на вал, F
0
= 0 → σm
= 0.

Mu
= Ft
·l
, находим по zy

Н, тогда

Mu
= 963
·195 = 91500 Н·мм

W
и WK
– моменты сопротивления износу и кручению

φа
= 0,05; φτ
= 0 – коэффициенты.

Т.к. вал шлицевой:

WK
=
2·W

ξ
= 1,15; Кσ
= 1,5; Кτ
= 2,5

WK
= 2·130 = 260 мм3

Отсюда Н/мм2
; Н/мм2

Коэффициент запаса прочности:

;

Общий коэффициент запаса прочности:

Список литературы.

1. Дунаев П.Ф., Лёликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высш. Шк., 1985.

2. Металлорежущие станки / Под ред. Телинкичиева. – М.,1973.

3. Металлорежущие станки / Под ред. Н.С. Ачеркана. – М., 1965. – Т.1. – 764 с.; Т.2. – 628 с.

4. Сверлильные и хонинговальные станки / С.И. Куликов, П.В. Волощенко, Ф.Ф. Ризванов и др. – М, 1977.

5. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.М. Мещерякова. – М., 1977.

6. Тарзиманов А.Г. Проектирование металлорежущих станков. – М., 1980.

7. Трофимов А.М. Металлорежущие станки: Альбом с приложениями – М., 1979.

8. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов (С.Л. Чернавский, Г.А. Снесарев и др. – 5-е изд. – М.,1984.