Проектирование токарно-винторезного станка

 

В качестве станка-прототипа выбираю токарно-винторезный станок 1К62 исходя из анализа его кинематики и технических характеристик.

 

 

 

2. Синтез и описание кинематической структуры станка

 

Структурная схема станка

 

Формообразование обеспечивается вращательным движением заготовки (В1) по цепи: электродвигатель – шпиндель со звеном настройки iv и поступательным движением инструмента (П2 и П3) по цепи: шпиндель – ходовой вал (при точении) или шпиндель – ходовой винт (при нарезании резьбы) со звеном настройки ir,для обработки конической поверхности используется звено настройки iα

Главным движение в станке является вращение шпинделя, которое он получает от электродвигателя через клиноременную передачу со шкивами и коробку скоростей.

 

3. Определение технических характеристик станка

 

Определение предельных расчётных диаметров:

Для вычисления предельных значений частоты вращения шпинделя необходимо определить предельные расчётные диаметры Dmax и Dmin:

 

для токарных станков:

 

Dmax=1,12×D

Dmin=(0,1-0,3)× Dmax

 

D – максимальный диаметр над станиной

Dmax=0,2×1450=1624 мм

Dmin=0,2×1450=290 мм

Определение режимов резания.

Определим режимы резания для трёх операций, выполняемых на токарно-винторезном станке:

1. Продольное точение проходным резцом

Максимальная глубина резания соответствует черновой обработке и по возможности принимается равной всему припуску на обработку или большей его части.

Минимальная глубина резания относится к чистовой обработке.

Выбираем резец с сечением державки 16х25 мм.

Материал режущей части – твёрдый сплав.

tmax=8 мм

tmin=0,2 мм

Максимальная подача для токарных станков соответствует черновому точению жестких заготовок из наиболее легко обрабатываемого материала.

Минимальная подача – чистовому точению:

Smax=1,8 мм/об

Smin=0,48 мм/об (при r=0,5)

Скорость резания:

 

 м/мин

 

 м/мин

Предельные значения частоты вращения шпинделя определяются по формулам:

  об/мин

  об/мин

2. Прорезание канавки и отрезание:

Smax=0,37 мм/об

Smin=0,1 мм/об

 

 

 м/мин

 м/мин

 об/мин

 об/мин

3. Растачивание отверстий:

tmax=5 мм tmin=0,2 мм

Smax=0,4 мм/об

Smin=0,13 мм/об

 

 

 

где K=0,9 – поправочный коэффициент при растачивании

 м/мин

 м/мин

 об/мин

 об/мин

 

4. Выбор и описание компоновки станка

 

Компоновка станка в значительной степени влияет на технико-экономические показатели. От компоновки зависит жёсткость конструкции, тепловой баланс и температурная деформация, универсальность станка и его переналаживаемость, металлоёмкость, трудоёмкость изготовления, сборки, ремонтопригодность.

Прототипом проектируемого станка является токарно-винторезный станок модели 1К62, поэтому выбираем аналогичную компоновку проектируемого станка.

Станина станка установлена на передней и задней тумбах, несёт на себе все основные узлы. Слева на станине размещена передняя бабка. В ней имеется коробка скоростей со шпинделем, на переднем конце которого закреплён патрон. Справа установлена задняя бабка. Её можно перемещать вдоль направляющих станины и закреплять в зависимости от длины деталь на требуемое расстояние от передней бабки. Режущий инструмент (резцы) закрепляют в резцедержателе суппорта.

Продольная и поперечная подачи суппорта осуществляется с помощью механизмов, расположенных в фартуке и получающих вращение от ходового вала или ходового винта. Первый используют при точении, второй – при нарезании резьбы. Величину подачи суппорта устанавливают настройкой коробки подач. В нижней части станины имеется корыто, куда собирается стружка и стекает охлаждающая жидкость.

 

Рис.1 – Схема компоновки токарно-винторезного станка

 

Для схемы структурная формула имеет вид: COZXWR.

Достоинства: из-за подвижности только одного узла, система обладает высокой жесткостью; обеспечивает высокое качество обработки при небольших скоростях резания.

 

5. Проектирование и описание кинематической схемы станка

 

Кинематический расчёт привода главного движения

1. Диапазон регулирования частот вращения шпинделя:

 

 

Число ступеней скорости шпинделя:

 

 

j - знаменатель геометрического ряда частот вращения. Для универсальных станков рекомендуется j=1,26 и j=1,41.

Принимаю j=1,26

Число ступеней не может быть дробным, поэтому, для обеспечения возможности регулирования скорости вращения во всем диапазоне частот, и принимая во внимание что привод лучше реализовывать используя двух и трех венцовые блоки то принимается  z=18.

2. Выбираем стандартный ряд частот вращения:

50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 230; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1230; 1600; 2000; 2500.

Уточняем значение диапазона регулирования:

3. Определяем тип структуры привода:

при , где в приводах главного движения С = 8 для прямозубых колёс - условие выполняется, следовательно, структура привода простая.

4. Определяем число групп переключения и порядок расположения и переключения и порядок расположения и переключения групп:

Для Z=18 принимаю 3 группы: Z=3×3×2

Р1=Р0=3

Р2=Р1=3

Р3=Р2=2

Формула структуры привода:

3(1)×3(3)×2(9)

Осуществимость принятого варианта структуры привода по диапазону регулирования группы проверяем для последней в порядке переключения группы по условию:

 

 

- условие выполняется

5. Структурная сетка

Z=3(1)×3(3)×2(9)

 

 

 

6. График частот вращения

 

Кинематическая схема привода главного движения

 

6. Расчёт параметров кинематической цепи

Привод главного движения

Определение численных значений передаточных отношений:

            

        

Определяем число зубьев для данных передач коробки скоростей

Для Р1:

 

   

 

    

    

    

Число зубьев недопустимо малы, т.к. Zmin≥18¸20, поэтому увеличим их в 4 раза:

  

  

  

 

Для Р2:

 

   

 

     

    

    

Увеличим числа зубьев в 2 раза:

  

  

  

Для Р3:

 

 

     

    

Увеличим числа зубьев в 6 раз:

 

  

  

 

9. Определяем фактический ряд чисел частот вращения и сравниваем его со стандартным рядом:

Dдоп=(j-1)×10=(1,26-1)×10=2,6%

 

 

ni	Уравнение кинематической цепи УКЦ	Число n		Di, %
		фактическое	стандартное
n1		51,3	50	2,6
n2		64,2	63	1,9
n3		81,6	80	2,0
n4		99,1	100	0,9
n5		124,6	125	0,3
n6		156,8	160	2,0
n7		195,7	200	2,1
n8		244,8	250	2,0
n9		309	315	1,9
n10		408,4	400	2,1
n11		516,2	500	3,2
n12		642,8	630	2,0
n13		793	800	0,8
n14		997	1000	0,3
n15		1246	1230	1,3
n16		1558	1600	2,6
n17		1958,4	2000	2,0
n18		2448	2500	2,0

 

В результате проверочных расчётов фактическое значение n не намного расходится от стандартного.

 

6. Динамические, прочностные и другие необходимые расчёты

проектируемых узлов

 

1. Частота вращения на валах

nI=nдв=1460 мин-1

nII=1000 мин-1

nIII=1000 мин-1

nIV=630 мин-1

nV=160 мин-1

Угловые скорости на валах привода

 с-1

 с-1

 с-1

 с-1

 с-1

Определяем мощности на валах:

РI =11000 Вт

РII = РI ·hпод· ηцил ·hрем = 11000 ·0,99·0,98·0,97 = 10350Вт

РIII = РII ·hпод· ηцил = 10350·0,99·0,98= 10040 Вт

РIV = РIII·hпод· ηцил =10040·0,99·0,98= 9740 Вт

РV = РIV·hпод· ηцил =9740·0,99·0,98= 9450Вт

где ηпод=0,99 – КПД пары подшипников

ηцил=0,98 – КПД цилиндрической прямозубой передачи

ηр.п=0,98 – КПД ременной передачи

Определяем передаваемые крутящие моменты:

ТI=РI/ωI=11000/152,8=71,99 Н∙м

ТII=РII/ωII=10350/104,7=98,85 Н∙м

ТIII=РIII/ωIII=10040/104,7=95,89 Н∙м

ТIV=РIV/ωIV=9740/65,94=147,7 Н∙м

ТV=РV/ωV=9450/16,7=565,86 Н∙м

 

7. Расчет цилиндрической закрытой передачи

 

Выбор материала шестерни и зубчатого колеса:

а) шестерня:

• материал - сталь 40Х
• твердость – HB1 = 280
• σв1 = 750 МПа
• σТ1 = 520 МПа

б) зубчатое колесо:

• материал - сталь 55
• твердость – HB2 = 260
• σв2 = 680 МПа
• σТ2 = 380 МПа

Условие выбора материала: HB1 = HB2 + (20 ÷ 40)

   280 = 260 +20

Расчет допускаемых контактных напряжений:

Базовое число циклов ( рис.4.1.3, [1]):

 

Эквивалентное число циклов:

 

где - продолжительность работы передачи, час; с=1- число зацеплений.

KНЕ=13·0,6+0,63·0,4=0,6864-коэффициент, учитывающий изменение нагрузки передачи в соответствии с циклограммой .

Коэффициент долговечности:

 

 

 

Предел контактной выносливости

Для HB1(2) ≤ 350 и способе термообработки – улучшение:

Таким образом, допускаемые контактные напряжения: