Модернизация привода токарно-винторезного станка мод. 1А616
Министерство образования и
науки Украины
Житомирский государственный
технологический университет
Кафедра ТМ и КТС
Курсовой проект
по дисциплине: "Оборудование
и транспорт механических цехов"
"Модернизация привода
токарно-винторезного станка мод. 1А616"
Житомир
Вступление
Проектирование или модернизация металлорежущего станка
или отдельного его узла – это скрупулезный творческий поиск, который
обязательно сопровождается необходимыми проектными и проверочными расчетами,
связанных с достижением заданных показателей точности и надежности,
производительности и металлоемкости и т. д.
Для реализации всех этих задач необходимо постоянно
повышать качество подготовки специалистов станкостроения.
Шпиндель и шпиндельный узел есть наиболее
ответственным элементом металлорежущего станка, так как от него зависит
точность обработки детали. В связи с этим, к шпинделю и его опор при расчете и
проектировании предъявляются повышенные требования: проверка на прочность,
проверка на жесткость и податливость, проверка на виброустойчивость и биение.
Только инженер, который владеет хорошей общей
конструкторской и технологической подготовкой, может создать современную машину
или систему, отворив известный прототип, но на более высоком научно-техническом
уровне.
Задание
Произвести модернизацию токарного станка, переделав
его шпиндельный узел с ступенчатым регулированием частоты вращения двигатель в
шпиндельный узел с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя.
При этом необходимо реализовать параметры в
соответствии с заданием.
Исходные параметры
Материал обрабатываемого материала - СЧ.
Максимальная частота вращения шпинделя - 
.
Мощности двигателя - 
.
Диаметр сверла (при осевом сверлении) - 12 мм.
Данные: материал обрабатываемого материала - СЧ; , на основе заданной мощности двигателя
- 
, был выбран базовый станок 1А616, и
двигатель из серии 4ПФ112SВБ.
Технические характеристики двигателя 4ПФ112SВБ
Мощность двигателя, кВт - 4.
Максимальны обороты двигателя, мин-1 - 4800.
КПД - 76.
Технические характеристики станка 1А616.
Высота центров, мм - 165.
Максимальное расстояние между центрами, мм - 710.
Наибольший диаметр заготовки, устанавливаемый над станиной,
мм - 320.
Наибольший диаметр обработки над суппортом, мм - 180.
Диаметр сквозного отверстия в шпинделе, мм - 35.
Пределы величин продольных и поперечных подач суппорта, мм/об
- 0,03-1,04.
Типы нарезаемой резьб:
метрическая, наг в мм - 0,5-48;
дюймовая, число ниток на 1" - 48-2.5;
модульная, модуль в мм - 0,25-40-,5;
питчевая, в питчах - 128-4,5;
Мощность главного электродвигателя, кВт - 4,5.
Расчет
кинематики привода шпинделя с плавным регулированием скорости
Диаметры обработки
Глубина резания.
,
где 
=0,6 для чугуна и бронзы; =0,7 для сталей;
Подача.
Для обеспечения необходимой частоты вращения шпинделя равной
3500 мин-1 необходимо ставить ременную передачу с плоским зубчатым
ремнем. Передаточное отношение ременной передачи:
Расчет
ременной передачи с зубчатым ремнем
Исходные данные:
Характеристика зубчатого ремня.
Толщина зуба - 
мм
Высота зуба - 
Угол профиля зуба - 
Толщина ремня - 
Число зубьев.
Диаметры шкивов:
Скорость ремня:
Межосевое расстояние:
Количество зубьев в ремне:
Длина ремня:
Уточненное межосевое расстояние:
Нагрузка, окружная сила:
Угол обхвата ведущего шкива:
Число зубьев ремня в зацеплении с ведущим шкивом:
Удельная нагрузка:
Ширина ремня:
Допустимая нагрузка ремня:
предварительная натяжка:
Расчет
та проектирование шпинделя и шпиндельного узла
Расчет геометрических параметров шпинделя
Диаметр передней опоры:
мм
Диаметр задней опоры:
мм
Округляем полученные значения диаметров опор к ближайшему,
большему стандартному значению.
мм
мм
Расстояние между опорами:
мм
Длина передней консоли:
мм
Диаметр шпинделя между опорами:
мм
Внутренний диаметр равен диаметру отверстия базового станка
мм
Исходя из значения скоростного коэффициента, выбираем схему
опор, которая будет иметь вид:
Тип подшипников передней опоры: радиально-упорные 46217 в
количестве трех штук, а задней опоры 46212. в количестве двух штук
Силы резания.
,
Скорость резания.
где 
для твердосплавного
инструмента- 92;
t - проектная глубина точения- 3.39 мм;
S - подача, которая соответствует проектной глубине резания-
1.04 мм/об;
V - скорость резания =494,55 м/мин;
- для условий черновой
обработки- (1,05-1,5); x=1.0; y=0.85; n=0 определяются по справочнику.
для твердосплавного
инструмента - 54;
t - проектная глубина точения - 3.39 мм;
S - подача, которая соответствует проектной глубине резания-
1.04 мм/об;
V - скорость резания =494,55 м/мин;
- для условий черновой
обработки- (1,05-1,5); x=0,9; y=0,75; n=0 определяются по справочнику.
Расчет
шпиндельного узла токарного станка на радиальную и осевую жесткость
Расчетная схема:
Определение реакций в опорах:
Проверка:
Крутящий момент на шпинделе:
Проверочный расчет шпиндельного узла на прочность.
Наименьший диаметр пустотелого вала:
прочность обеспечена
Определяем упругое перемещение тел качения и колец
подшипника в нагруженной опоре:
Определяем контактную деформацию посадочных поверхностей
подшипника и корпуса:
Жесткость передней опоры
Передняя опора собрана по схеме "триплекс", по
этому
Податливость передней опоры:
Определяем упругое перемещение тел качения и колец
подшипника в задней опоре:
Определяем контактную деформацию посадочных поверхностей
подшипника и корпуса:
Жесткость передней опоры
Задняя опора собрана по схеме "дуплекс", по этому
Податливость задней опоры:
Перемещение переднего конца шпинделя от изгибающей нагрузки:
Перемещение переднего конца шпинделя от податливости опор:
Перемещение переднего конца шпинделя от сдвига поперечными
силами:
Радиальная жесткость шпиндельного узла при действии на
консоль силы Р.
Так как передняя опора собрана по схеме триплекс та по
принципу суперпозиции 
,
, 
.
Определение осевой жесткости шпиндельного узла:
Расчет осевой силы резания при сверлении 
; S=0,5
мм/об; 
; 
; q=1.2; y=0.75.
Расчет осевой силы резания при точении = 46; t = 3.3 мм; S = 1.1 мм/об; V =494,5
м/мин; =(1,05…1,5); x=1.0; y=0.4; n=0, эти
значения определяются по справочнику.
.
по этому, дальнейший расчет
будет производится по осевой силе 
. Упругое сближение
тел качения и колец упорного подшипника:
Подшипник радиально-упорный 46117
Контактная деформация колец подшипников и корпуса
опоры в месте прикасания:
площадь контакта
Осевая жесткость:
С учетом схемы установки подшипников 
Литература
1.
Г.Д. Василюк., В.Ю. Лоев.,
П.П. Мельничук. Конструювання, розрахунок та експлуатація токарніх верстатив з
ЧПК: Навчальний посібник.-Житомир: ЖІТІ, 2001,-400 с.
2.
Кобзар Є. П., Мельничук Л.С.,
Громовий О.А. Розрахунки та проектування вузлів та деталей верстатів і систем:
Навчальний посібник.- Житомир: ЖІТІ, 2000,-361 с.
3.
Перель Л.Я. Подшипники
качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник.- М.:
Машиностроение, 1983-543 с; ил.
4.
Справочник
технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т1/под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.
Мещерякова.-4-е из., перераб. И доп.-М.:Машиностроение 1985. 656 с., ил.
5.
Справочник
технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т2/под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.-4-е
из., перераб. И доп.-М.:Машиностроение 1985. 496 с., ил.