Разработка коробки скоростей консольно-фрезерного станка

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………….4

2. Анализ поверхностей детали  и методы их геометрического  образования..5

3. Расчет режимов обработки на консольно-фрезерных станках ………...….6

4. Определение мощности двигателя ………………………………….………9

5. Разработка кинематической схемы коробки скоростей ……….……..…...10

6. Кинематический расчет……………………………………………………...11

      6.1 Выбор  структурного варианта коробки  скоростей………………..….12

6.2 Определение чисел зубьев шестерен……………………………….…13

6.3 Определение мощностей на валах…………………………………….14

6.4 Определение крутящего момента на валах…………………………...15

6.5 Предварительный расчет диаметров  валов…………...………………15

7. Расчет цилиндрических прямозубых зубчатых колес ……………………16

8. Расчет валов на  прочность.………………………………………………….20

9. Расчет шпоночных соединений ……………………………………………..22

10. Расчет шлицевых соединений……………………………………………...23

Список литературы……………………………………………..…………...…..25

 

                         

                                                                                  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.

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.

Между наибольшей и наименьшей частотами вращения шпинделя промежуточные частоты могут быть расположены бесступенчато (плавно) или ступенчато (прерывисто). Применение бесступенчатого регулирования частоты вращения даёт возможность более просто осуществить оптимальные режимы резания. С применением бесступенчатого регулирования конструкция станка упрощается. В качестве электрического бесступенчатого привода применяют электродвигатели постоянного тока.

Ступенчатое регулирование  даёт возможность установить ограниченное число частот вращения в заданных пределах. По этой причине величина регулирования не всегда может быть установлена оптимальной. Механизмы со ступенчатым регулированием компактны, просты и имеют более высокий КПД по сравнению с бесступенчатым регулированием.

 

2. Анализ поверхностей  детали и методы их геометрического образования

На фрезерном станке можно обрабатывать плоские поверхности. Для того чтобы получить заданные поверхности необходимо иметь образующую и направляющую линии соответствующей формы и длины.

рис.1 Цилиндрическая фреза

,

рис. 2 Дисковая фреза

t – продолжительность контакта зуба фрезы с заготовкой.

B – ширина фрезерования.

Проектируемый  станок по кинематической структуре  относится к классу Э22 и состоит  из нескольких частных структур (рис. 3). Каждая из этих структур содержит кинематические группы для двух исполнительных движений:

– движения резания  Фv(В) и движения подачи – продольной Фs1 (П2 ) , поперечной Фs 2 (П3 ) или вертикальной Фs 3 (П4 ) .

Кинематическая  группа движения резания Фv(В1) –  простая. Ее внутренняя связь состоит из одной кинематической вращательной пары между шпинделем фрезы и станиной. Внешняя кинематическая связь с органом настройки iv находится между источником движения М1 и шпинделем. Кинематическая группа движения продольной подачи Фs1 (П2) – простая, с внутренней связью в виде поступательной кинематической пары между столом и поперечными салазками и внешней кинематической связью: источник движения М2 → iS → ходовой винт с t1.

Кинематическая  группа движения поперечной подачи Фs2 (П3 ) – тоже простая, с внутренней связью в виде поступательной кинематической пары между поперечными салазками и консолью и внешней кинематической связью: источник движения М2 → iS → ходовой винт с t2.

Кинематическая  группа движения вертикальной подачи Фs3 (П4 ) – простая, с внутренней связью в виде поступательной кинематической пары между консолью и станиной и внешней кинематической связью: источник движения Д2 → iS → ходовой винт с t3.

1 – Источник движения (двигатель), 2 – Коробка скоростей, 3 – Фреза,            4 – Стол, 5 –Салазки , 6 –Консоль, 7 –Коробка подач, 8 – Реверсный механизм

рис. 3 Структурная схема проектируемого станка.

 

3. Расчет режимов обработки на консольно-фрезерных станках

Основными параметрами  консольно-фрезерных станков согласно ГОСТ 165-72 являются размеры рабочей поверхности стола ВхL.

Для определения диапазона  регулирования и мощности привода  главного движения и привода подач  необходимо установить наибольшие и  наименьшие диаметры фрез, которые  можно закреплять в шпинделе станка.

Максимальный расчетный диаметр торцевой фрезы со вставными ножами, оснащенными твердым сплавом, и наименьший диаметр концевой фрезы с винтовыми пластинками из твердого сплава принимаются соответственно равными ;

                

          (1)

.

Максимальный расчетный  диаметр  дисковой прорезной фрезы согласно ГОСТ 8529-69 и ее ширина принимаются соответственно равными

 

,  (2)

При выборе характерных  операций для расчета режимов  резания необходимо учитывать, что  приводы вертикальных и горизонтальных фрезерных станков унифицированы, в связи с этим расчеты производят для следующих операций:

1.Черновое фрезерование плоскостей торцевыми фрезами расчетного максимального диаметра c твердым сплавом. Эта операция определяет максимальное значение сил резания и мощности привода.

Материал инструмента  – твердый сплав Т5К10. Максимальная глубина резания  определяется из условия снятия за один проход припуска на черновую обработку для штамповок ГОСТ 8529-69 или по эмпирической формуле:

  (3)

Величину подачи , скорость резания определяем по картам Ф-2,Ф-4[2]:

    (4)

где - коэффициент, зависящий от размеров обработки;

  -коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности и ее твердости;

  - коэффициент, зависящий от стойкости и материала инструмента.

2. Фрезерование пазов концевыми фрезами минимального расчетного диаметра с пластинами из твердого сплава. Операция определяет максимальную частоту вращения шпинделя . Материал инструмента Т5К10, стойкость . Условная минимальная глубина резания принимается равной:

      

=0,2*12=2,4мм     (5)

       Скорость резания определяем по карте Ф-1[2],

Принимаем

 

 

3. Прорезка пазов или отрезка  дисковыми фрезами максимального  диаметра шириной из быстрорежущей стали. Эта операция определяет минимальную частоту вращения и минимальную величину подачи , которая определяется из карты Ф2 [2]:

S _min = 0,07-0,1 мм/зуб

Расчетная глубина фрезерования принимается равной

            

        (6)

Минимальная скорость резания  определяем по карте Ф-4[2].

                                                                                                               (7)

Минимальная и максимальная частоты вращения шпинделя определяем как:

              (8) 

                 

Окружная составляющая силы резания  и сила, направленная вдоль подачи, определяются по формулам

          

        (9)

где - мощность резания.

Для дисковых трехсторонних, цилиндрических, концевых, радиусных, прорезных и угловых фрез

    

    (10)

где – величина, определяемая по таблице Ф-5[2], принимаем 0.5;

      - скорость резания, м/мин;

      - число зубьев фрезы, принимаем равным 18;

      - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, принимаем 1.25;

      - коэффициент, зависящий от типа фрезы и обрабатываемого материала, принимаем 1.

Сила, направленная вдоль  подачи

 

4. Определение мощности двигателя

 

Привод главного движения. Большинство  приводов главного движения универсальных  станков работают в повторно-кратковременном  режиме, при котором периоды работы под нагрузкой имеют такую длительность и так чередуются с паузами такой продолжительности, что температура нагрева обмотки электродвигателя не превышает допустимой величины. Мощность электродвигателя, работающего в указанном режиме, определяют по формуле:

N_дв = N_{рез max} /h_пр              

где h_пр - КПД привода, ориентировочно принимается h_пр = 0,7 - 0,85;

Выбираем двигатель  из справочника Анурьева[3] мощностью 5,5 кВт и числом оборотов равным 1450 об/мин.

 

рис. 4 эскиз электродвигателя

 

d20	L30	h31	d30	h	d1	d10	L1	L10	L31	b10	d25	h1
265	435	285	300	112	32	12	80	140	70	190	230	8

 

 

 

 

 

 

 

5. Разработка кинематической схемы коробки скоростей

 

Для обеспечения кинематических расчетов сложных коробок применяется  графоаналитический метод, который  заключается в графическом изображении чисел оборотов и передаточных отношений в виде графиков чисел оборотов и структурных сеток.

При изображении структурных сеток  приняты следующие условности:

·  Каждому валу коробки скоростей соответствует своя шкала чисел                оборотов, на которой точками отмечается число скоростей, которое         может иметь данный вал;

·  Числа оборотов на каждой шкале изображаются в логарифмическом масштабе, поэтому геометрический ряд чисел оборотов изображается в виде точек, расположенных на одинаковом расстоянии (оно равно j - знаменателю геометрической прогрессии);

·  Передаточные отношения изображаются в виде линий, соединяющих точки соответствующих чисел оборотов соседних валов; наклон линии характеризует величину передаточного отношения, параллельные линии означают одинаковые передаточные отношения.

Знаменатель геометрической прогрессии определяется по формуле:

   

 где  - максимальная чистота вращения шпинделя = 2293 об/мин

  - минимальная чистота вращения шпинделя = 80,19об/мин

z       - число ступеней частот вращения = 15

Принимаем j = 1,26  

 

 Построение структурной сетки

 Структурная сетка дает представление  о структуре привода главного  движения, т.е. с её помощью можно определить какое количество валов, какое количество частот вращения имеет каждый из валов в том числе и шпиндель. Какое количество ступеней переключения существует в каждой группе передач. По структурной сетке невозможно определить не конкретную частоту вращения какого-либо вала. Не величину передаточного отношения в блоке.

Вертикально проводят столько линий, сколько валов имеет привод. На равном расстоянии друг от друга проводят горизонтальные линии, сколько имеется  главных движений. На каждом валу точками отмечаются количество частот вращения главного вала. На структурной сетки в каждой группе передач точки, характеризующие частоты вращения соединяются лучами, которые соответствуют количеству передаточных отношений в каждой группе передач. Принимаем z=4*2*2=16.

 

рис. 4 Структурная сетка привода главного движения

 

6. Кинематический  расчет.

 

Целью кинематического расчета  является определение параметров зацепления проектируемой коробки скоростей.

Сначала строится график частот вращения. Построение ведется аналогично построению структурных сеток, но имеются свои особенности: