Проектирование фрезерного станка

 

Министерство образования  и науки, молодёжи и спорта Украины

 

Одесский национальный политехнический университет

 

 

 

 

Кафедра металлорежущих станков, метрологии и сертификации

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине “Металлорежущие  станки”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы МИ-083

Денисюк Е.Ю.

 

Руководитель:

Чаругин Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одесса 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

 

1.Введение……………………………………………………………….....

2. Задание на курсовую работу…………………………………………...

3. Выбор метода обработки………………………………………………. 4.Определение режимов резания для обработки данной детали и

выбор электродвигателя…………………………………………………..

5. Построение структурно-кинематической схемы станка (СКС)…….

6. Кинематический расчет привода…………………………………..…

7. Универсальные промышленные роботы в машиностроении….........

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Темпы развития станкостроения количественный и качественный состав станочного парка во многом определяют промышленный потенциал  любой страны и характеризуют  уровень ее машиностроения.

Металлорежущие  станки являются основным видом заводского оборудования, предназначенного для  производства современных машин, приборов, инструментов и других изделий.

Эффективность проектирования и внедрения передовой  технологии, комплексной механизации  и автоматизации процессов производства металлорежущих станков обеспечивается широко развитой специализацией производства на основе агрегатирования, унификации и нормализации деталей и целых узлов. Преимуществом станков, которые выпускаются промышленностью Украины, есть возможность выстраивать их в автоматические линии.

Развитие  вычислительной техники позволило  создавать высокопродуктивное металлорежущие станки с программным управлением, в том числе и с автоматической сменой инструмента. Современные металлорежущие станки – это весьма развитые машины, включающие большое число механизмов и использующие механические, электрические, гидравлические и другие методы осуществления  движений и управления циклом.

Для металлорежущего  оборудования  в настоящее время  характерно быстрое расширение сферы  использования числового программного управления с использованием микропроцессорной  техники. Особого значения достигает  создание гибких производственных систем, благодаря которым можно исполнять  функции управления с использованием компьютеров, исполнять автоматизированное планирование и учёт оборудования.

Научно-технический  прогресс вызвал буйное развитие отраслей хозяйства, необходимых новых машин, оборудования для комплексной механизации.

Модернизация  рабочего парка обеспечивает повышение  продуктивности использования оборудования, качества и точности обработки, автоматизации (поточных линий) обработки станков  и т. д.

Чтобы определить, эффективна ли будет модернизация как экономически, так и технологически, экономисты проводят полный расчёт экономической части модернизации станка в сравнении с базовой моделью, и дают своё решение.

Таким образом  обновляется оборудование с минимальными затратами и максимальным доходом  от реализованной продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ  РАБОТУ

 

Код задания  648.

Форма обрабатываемой поверхности – две плоскости лыски, показанные на чертеже.

Согласно  заданию, необходимо обработать плоскую  поверхность, на указанной детали, обозначенную утолщенной линией. Тип производства – крупносерийное, переналаживаемое; заготовки штучные. Необходимо обеспечить 7 квалитет точности, при чистовой обработке (глубина резания t=2,25 мм), шероховатость R_a=1,25 мкм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР МЕТОДА ОБРАБОТКИ

Проанализировав все методы формообразования, используемые в металлорежущих станках, выбираем наиболее рациональный, с точки зрения обеспечения требуемой шероховатости. Таковым является метод следа. Он основан на том, что образующая линия получается как след движения материальной точки, являющейся вершиной инструмента. Т.о. для обработки данной поверхности выбираем торцевое фрезерование торцевой фрезой.

На рис.1 показана схема обработки поверхности  торцевой фрезой.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1- Схема обработки концевой фрезой

 

По [2]  выбираем торцевую фрезу ГОСТ 9304-69.  Характеристика инструмента:

D=40 мм, L=32 мм, d=16 мм, z=10 шт.

Материал фрезы – Р6М5.

В качестве обрабатываемого материала выбираем алюминий 

АЛ-8 ГОСТ 15 83-93 (HB=60-80, σ_B=300-450 МПа).

Применяем горизонтально-фрезерный станок. На данной операции заготовка устанавливается в призму. 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННОЙ

ДЕТАЛИ И  ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

4.1 Черновое фрезерование

 

Назначаем глубину  резания t:

t=2,0 мм.

 Определяем скорость резания V:

,    (1)

 

 

где C_v=245; q=0,25; x=0,1; y=0,2; u=0,15; p=0,1; m=0,2;

T=120 мин;

По табл.37, с.285 назначаем подачу на зуб: =0,1 мм/зуб.

 

, (2)

 

где K_мv = 0,8 (т.2, табл.4, с.263); K_иv = 0,9 (т.2, табл.5, с.263);

K_пv= 1(т.2, табл.6, с.263);

Т.о. скорость резания равна:

 

 

     

 Частота вращения шпинделя n,об/мин:

 

 , (3)

 

 Определяем мощность резания N, кВт

Эффективная мощность N_э, кВт:

, (4)

 

В формуле (4) величина составляющей силы резания  P_z, Н определяется следующим выражением:

, Н, (5)

 

где C_р=82,5; x=0,95; y=0,8; n=1,1; q=1,1; w=0, (т.2, табл.41, с.291),

K_мp=2, поправочный коэффициент для алюминия 0,25 (т.2, табл.10, с.265).

 

 

 

 

 

 

Итак,  составляющая силы резания  P_z, Н равна:

 

 

 

 

 

       4.2 Чистовое фрезерование

 

Назначаем глубину  резания t:

t=0,25 мм.

 Определяем скорость резания V:

,    (1)

 

 

где C_v=155; q=0,25; x=0,2; y=0,4; u=0,15; p=0,1; m=0,2;

T=80 мин; 

По табл.37, с.285 назначаем подачу на зуб: S=0,06 мм/зуб

 

, (2)

 

где K_мv = 0,8 (т.2, табл.4, с.263); K_иv = 0,9 (т.2, табл.5, с.263);

K_пv= 1(т.2, табл.6, с.263);

Т.о. скорость резания равна:

 

 

 

     

 Частота вращения шпинделя n,об/мин:

 , (3)

 

 Расчет мощности резания.

Так как для  выбора электродвигателя необходима наибольшая мощность резания, принимаем мощность резания по черновой обработке.

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Выбор электродвигателя

 

Для оптимального выбора электродвигателя необходимо выполнить условие:

 

 

N_эл.д.>N_.                                                        (7)

 

В качестве электродвигателя выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель общего применения АИР80В4.

Мощность – 2,8 кВт;

Число оборотов – 2240 мин^-1

КПД = 0,90

Проверяем условие:

2,8 > 2,42

 

Т. к. условие выполняется, то электродвигатель выбран правильно.

Результаты  проведенных расчетов сводим в таблицу 1.

 

Таблица 4.1 - Режимы резания для обработки данной детали и выбранного электродвигателя

Обрабатываемый материал	Алюминий  АЛ-8 ГОСТ 15 83-93 (HB=60-80, σB=300-450 МПа)
Вид обработки	Торцевое плоское фрезерование
Инструмент	Торцевая фреза ГОСТ 9304-69, D=40 мм, z=10 шт, материал фрезы – Р6М5
Режимы резания Чернов./чистов.	t, мм	S, мм/об	V, м/мин	n, мин-1	N, кВт
	2/0,25	0,1/0,06	115/174	917/1385	2,48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ПОСТРОЕНИЕ  СТРУКТУРНО-КИНЕМАТИЧЕСКОЙ

СХЕМЫ СТАНКА (СКС)

 

В соответствии с выбранной схемой резания строим ортогональный эскиз взаимного  расположения обрабатываемой детали и  режущего инструмента в процессе формообразования обрабатываемой поверхности  показанной на рис.2

 

 

 

 

 

Рис. 5.1 - СКС горизонтально-фрезерного станка

 

1. Цепь главного движения:

n_дв1  →  V₁ → W₁  → n_шп (B₁)

2. Цепь продольных подач:

n_дв2 → V₂  →  W₂ →  t_хв2 →  П₂

     3. Цепь поперечных подач:

          n_дв2 → V₂  →  W₃→  t_хв3 →  П₃

 

 

 

 

 

 

 

6. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА

 

Необходимо произвести модернизацию специализации станка для использования  в крупносерийном производстве, а  также сокращение ступеней частот вращения шпинделя, упрощение структуры и  системы управления механизмами  коробки скоростей.

6.1 Построение структурной формулы

 

6.1.1 Принимаем из выполненных расчётов предельные значения частот вращения:

n_шт.max=1600 мин^-1

n_шт.mіп=31,5 мин^-1

 

6.1.2 Определяем частотный диапазон регулирования частот шпинделя

R_n=           (8)

R_n=1600/31,5=50

6.1.3 Определим расчётный знаменатель  ряда частот шпинделя:

 

;            (9)

Для расширения диапазона регулирования  предварительно выбираем число ступеней частоты вращения шпинделя z=12.

 

 

Определяем число ступеней коробки  скоростей

где - число ступеней коробки скоростей;

- знаменатель геометрического ряда ступеней частоты оборотов выходного вала.

Принимаем = 1,41; т.к. станок средних размеров;

 

Принимаем =12

 

6.1.4 Строим структурную формулу:

 

 

 

Структурная формула – аналитическое  выражение структуры привода.

 

z=P_1(x1)∙ P_2(x2) ∙…∙ P_{m(xn) ,}               (10)

 

где   P₁,P₂,P_m – количество различных передач;

x1, x2, xn – характеристики групп передач.

 

z=12=3₍₁₎∙2₍₃₎∙2₍₆₎

 

По стандартному знаменателю определяем промежуточные значения частот вращения шпинделя станка и сводим полученные данные в таблицу 2.

 

n_i=n_i-1∙                         (11)

Таблица 6.1 - Частоты вращения шпинделя станка

n1	n2	n3	n4	n5	n6	n7	n8	n9	n10	n11	n12
31,5	44,9	64	91,5	130,57	186,32	265,88	379,4	541,43	752,62	1102,53	1573

 

6.2 Построение структурной сетки

 

Структурная сетка определяет количество передач, соответствующее аналитической  формуле, количество переключений и  взаимное расположение переключаемых  передач.

  На рис. 6.1 показана структурная сетка для данной структурной формулы.

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1 - структурная сетка коробки скоростей

 

 

3.  Построение структурного графика

 

На графике вертикальными линиями  обозначены валы приводов, горизонтальными  – их частоты вращения. В пределах каждого поля расположен один или  несколько лучей, обозначающих наличие  в приводе различных элементарных механических передач, а так же величины передаточных отношений.

В качестве максимальной частоты вращения двигателя принимаем частоту  вращения двигателя, выбранного ранее  n_дв=1600 об/мин.

В соответствии со структурной сеткой строим график частот вращения привода  главного движения, показанного на рис. 6.2.

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.2 - Структурный график частот вращения привода главного движения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  Построение схемы коробки скоростей

 

 

 

Рис. 6.3 – Схема коробки скоростей

 

 

5.  Определение числа зубьев зубчатых колес

 

Для расчета количества зубьев зубчатых колёс определяем сумму зубьев колес, определив передаточное отношение i:

 

Расчет передаточного отношения 1-ой переборной группы: