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

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

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]

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.