Проектирование поперечно-строгального станка

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ЦЕЛИ И  ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 5

2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  ПОПЕРЕЧНО-СТРОГАЛЬНОГО СТАНКА-ПРОТОТИПА 6

3 НАЗНАЧЕНИЕ  ПРЕДЕЛЬНЫХ  РЕЖИМОВ  РЕЗАНИЯ 7

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПРИВОДА 10

5 РАСЧЕТ КОРОБКИ  ПОДАЧ 15

5.1 Построение  уравнений кинематического баланса 15

5.2 Определение  крутящих моментов 17

5.3 Определение  диаметров валов 18

5.4 Определение  модулей зацепления зубчатых  передач 19

6 ВЫПОЛНЕНИЕ  ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ 23

6.1 Проверочный  расчёт валов при изгибе и  кручении 23

6.2 Проверочный  расчет вала на прочность 26

6.3 Расчёт  подшипников 29

7 ПРОЕКТИРОВАНИЕ  СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ 30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 31

ПРИЛОЖЕНИЕ  А Механизм коробки подач (развертка) 33

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б Механизм коробки подач (свертка) 34

ПРИЛОЖЕНИЕ  В Спецификация 35

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В современном  машиностроении обработка резанием является главным технологическим методом, обеспечивающим высокое качество и точность обрабатываемых поверхностей деталей.

Курсовой проект по дисциплине «Металлорежущие станки» является важным звеном в подготовке инженера-механика. Это комплексно-творческая работа, в которой студент должен показать умение при решении практических задач, применять как ранее полученные знания по инженерным и специальным  дисциплинам, так и знания по данной дисциплине.

Для разрешения этих проблем  перед нами поставлена задача спроектировать долбёжный станок опираясь на полученные знания полученные в процессе изучения дисциплины «Металлорежущие станки»  основываясь  при этом на предлагаемый прототип станка модели 7А33.

Исходные данные

Наибольший ход ползуна, мм – 320

Размер стола, мм – 320х280

Материал заготовки –  Сталь 45 (s_в = 70-75  кг/мм²)

Материал инструмента  – Т15К6

Прототип станка – 7А33

Графическая часть: коробка  подач – 2 листа

Управление коробкой подач: многорукояточное

 

1 ЦЕЛИ  И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

Курсовое проектирование ставит своей целью научить студента самостоятельно разбираться в технологических, кинематических, конструктивных и экономических  вопросах проектирования металлорежущего  оборудования

Важнейшей задачей  является ускорение научно-технического прогресса путем комплексной механизации и автоматизации производства. Эффективность машиностроения должна повыситься за счет изменения структуры парка металлообрабатывающего оборудования.

Это достигается путем увеличения удельного веса автоматизированного оборудования, в том числе автоматических линий, станков с ЧПУ, роботизированных, оснащенных микропроцессорной и вычислительной техникой гибких автоматизированных комплексов (ГАК) и гибких производственных систем (ГПС), позволяющих быстро и эффективно перестраивать производство на выпуск новых изделий.

Вместе с тем студент  не должен ограничиваться решением вопросов только проектируемого узла. Необходимо подробно разбираться и чётко  знать ряд общих вопросов, касающихся всего станка, его технологического назначения, соответствия современному уровню производительности, точности, автоматизации, требованиям технической  эстетики, безопасности и др. В процессе курсового проекта студент должен научиться применять стандарты, нормали, типовые схемы и конструкции, справочную техническую литературу. 

2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОПЕРЕЧНО-СТРОГАЛЬНОГО СТАНКА-ПРОТОТИПА

 

Поперечно-строгальные станки предназначены для строгания  горизонтальных, вертикальных и наклонных  плоскостей на заготовках мелких и  средних деталей, для прорезания прямолинейных пазов, канавок и  выемок, значительно реже — для  изготовления линейчатых поверхностей с фасонной направляющей — линией.

Для обработки на поперечно-строгальном  станке заготовку крепят на консольном столе, а резец — в резцедержателе ползуна, совершающего горизонтальное возвратно-поступательное движение, большей  частью — поперек заготовки. Поперечная или вертикальная подача сообщается столу с заготовкой с помощью консоли автоматически или вручную. Предлагаемый прототип станка модели 7А33.

Технические характеристики станка

Ход ползуна, мм: 320

Размер стола, мм: 320-280

Число двойных ходов ползуна  в минуту: 47-186

Горизонтальная подача, мм/дв.ход : 0,1-1,2

Вертикальная подача, мм/дв.ход: 0,05-0,6

Мощность главного привода, кВт: 1,7-3,0

Габаритные размеры станка, мм: 1770х900х1540

Масса, кг: 900

Точность: Н

Краткое описание конструкции  и работы станка

Поперечно-строгального станка состоит из станины, ползуна и  стола. Ползун заканчивается резцедержателем, в котором закрепляют строгальный  резец. Заготовку закрепляют непосредственно  на столе или в тисках. Чтобы  придать ей правильное положение  относительно инструмента, можно при  помощи винтов и передвигать стол в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При вращении рукоятки может также передвигаться в  вертикальной плоскости резец. Для  станка характерны два основные движения: главное движение ползуна (вперед - рабочее движение и назад - холостое) и движение подачи поступательное движение стола в горизонтальной плоскости. Резец совершает холостое движение, на которое расходуется почти  столько же времени, сколько и  на рабочее - и это одна из основных причин, ограничивших применение строгальных  станков.

3 НАЗНАЧЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ  РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

 

При  работе  на  строгальном  станке применяют  строгальные резцы. Принимаем для резцов, оснащенных пластинками твердого сплава Т15К6:

Сечение резца 30 X 45 мм;

Расчеты выполним для черновой и чистовой обработки:

Сталь  45  (s_в = 70-75  кг/мм²) – черновая обработка,

Сталь  10  (s_в = 30-40  кг/мм²) – чистовая обработка.

Установим исходные данные для черновой и чистовой обработки [1].

Черновая обработка:

Глубина резания, мм: t=2,8

Подача, мм/дв.ход: S=1,2

Скорость резания, м/мин: V_min=9,7

Длина хода ползуна, мм: L_max=320

Отношение рабочего хода к  холостому: x=1,5

Сила резания, Н: Р_Zmax=5900

Чистовая обработка:

Глубина резания, мм: t=0,9

Подача, мм/дв.ход: S=0,1

Скорость резания, м/мин: V_max=27

Длина хода ползуна, мм: L_max=12,5

Отношение рабочего хода к  холостому: x=2,5

Определяем максимальное и минимальное значение чисел  двойных ходов, дв.ход.\мин [14]:

 

 

где  L_max  и L_min – наибольшая  и наименьшая  длина хода  рабочего  органа станка,  мм;

V_max  и V_min – наибольшее  и наименьшее   значение   скорости  обратного и прямого хода, м/мин;

 

Диапазон  регулирования  привода  подач  D_s  находят непосредственно из  соотношения [14]:

 

 

где  S_max  и  S_min – наибольшая  и  наименьшая  величина  подачи, мм/дв.ход

 

 

Данное значение соответствует  диапазону регулирования 3 – 40.

При расположении чисел подач по геометрическому ряду диапазон регулирования  можно выразить через знаменатель  этого ряда φ и количество одновременно работающих зубьев храпового колеса [14]:

 

 

где φ – знаменатель геометрического ряда;

 Z – количество одновременно работающих зубьев храпового колеса.

 

Знаменатель геометрического  ряда зависит как от типа, так  и типоразмера станка. Принимаем φ=1,26 [14]

Выражение (3.4) используют для определения количества одновременно работающих зубьев храпового колеса [14]:

 

 

 

Эффективная мощность, кВт [2]:

 

 

 

Согласно эффективной  мощности выбираем асинхронный однофазный электродвигатель 4А100S4У3 с короткозамкнутым ротором мощностью N=3 кВт и частотой вращения n=1435 об/мин ГОСТ 17494-72.

 

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПРИВОДА

 

 

 

Рисунок 1 - Кинематическая схема гидропривода

 

К основным параметрам гидроприводов  относятся: диаметр гидроцилиндра, диаметр штока, ход поршня и производительность насосной станции.

В общем случае гидроцилиндр должен развивать усилие, достаточное  преодоление соответствующей сил  резания, сил трения и сил инерции. В расчетах используют только максимально-возможные (предельные) составляющие сил резания  и другие силы.

В строгальных станках в приводе главного движения составляющая сил резания Р_zmax (черновая обработка) достаточно велика (до 2500 кг). Силы трения составляют 1,5...2,5%  от силы Р_zmax.  Поэтому их обычно не учитывают. Силы инерции соизмеримы с силой резания, но имеют наибольшее значение в момент реверсирования хода ползуна (долбяка), то есть тогда,  когда резание не производится. Кроме того,  типовые гидросхемы устройства (дроссели), обеспечивающие плавное торможение и разгон,  что существенно снижает эти силы. В связи с этим силы инерции также можно не учитывать.

Движение подач осуществляется в момент реверсирования рабочего органа. При этом составляющая сил резания  Р_х = 0. Силы инерции также невелики. Поэтому в приводе подач учитывают только силы трения и силы тяжести (при вертикальных подачах).

 

Выбор насоса [5].

По необходимой мощности подбираем насос Г12-32М с параметрами:

Рабочий объем: 25 см³

Номинальная подача: 27,9 л/мин

Давление на выходе: 6,3 Мпа (номинальное)

Частота вращения: номинальная  – 960 об/мин

максимальная – 1500 об/мин

минимальная – 600 об/мин

Мощность: 2,8 кВт

КПД: 0,88

Ресурс: 10000 ч.

Масса: 8,2 кг

По известной общей  силе сопротивления диаметр гидроцилиндра  определяется по следующим зависимостям [14]:

 

где Р_с – общая сила сопротивления движения, Н;

 Р_с = 5900

 F – площадь цилиндра, м²;

 Р_р – рабочее давление в гидросистеме, Па

 

где  Р_н – максимальное давление, развиваемое насосом, Па

 

 

 

Из выражения (4.1)

 

F =

 

где  D_р – расчетный диаметр гидроцилиндра, м.

Откуда 

 

D_р =

D_р =

 

По расчетному значению D_р принимаем ближайшее большее стандартное значение  D_q = 63 мм.  После  этого,  используя выражение (4.3), определяем действительное значение площади гидроцилиндра F_q [14].

 

F_q =

 

Диаметр d_ш штока поршня гидроцилиндра зависит от соотношения скоростей обратного и рабочего ходов «Х» (Х=1,5). При постоянном расходе рабочей жидкости скорость движения обратно пропорциональна площади поршня. При обратном ходе часть площади поршня «занята» штоком, то есть чем больше диаметр штока d_ш, тем больше скорость обратного хода. Сказанное позволяет предложить для определения d_ш следующее выражение [14]:

 

d_ш = D_q

d_ш = 63 ^.

 

По расчетному значению d_ш  принимают ближайшее стандартное значение d_ш=40 мм

Ход поршня выбирается в  зависимости от максимальной длины  рабочего хода L_max.

Общая производительность насосной установки определяется из соотношения [14]

 

Q = F_q ·V_max

 

где   Q – общая производительность насосной установки, м³/с;

F_q – площадь гидроцилиндра, м²;

V_max – максимальная скорость резания, м/с.

 

Q =

 

На  строгальных станках, как правило, применяют сдвоенные насосы, то есть

Q = Q₁ + Q₂

 

где Q₁ и Q₂ - производительность насосных секций.

Соотношение производительности секций следующее:

Q₂ = 2Q₁

 

Использование сдвоенных  насосов обеспечивает ступенчатое  регулирование скорости резания. При  низшем диапазоне  скоростей работает насос с производительность Q₁, а рабочая жидкость из другого насоса идет на слив. При среднем диапазоне работает насос с производительность Q₂, а Q₁ идет на слив. При третьем диапазоне работают обе секции. При четвертом диапазоне, при котором также работают обе секции насоса и, кроме того, рабочая жидкость из полости слива гидроцилиндра поступает в рабочую полость. При этом скорость движения удваивается. Внутри каждого из диапазонов скорость движения изменяется бесступенчато при помощи регулируемого дросселя.

Из (4.8) следует: Q₁ =0,028 м³/мин и Q₂=0,056 м³/мин