Металлорежущие станки

Таблица 1.1 - Классы точности

	R	A	P (x)
Н	0.05	0.56	0.85
П	0.025	0.32	0.9
В	0.0125	0.25	0.99
А	0.0063	0.2	0.999
С	0.0032	0.6	0.9999

 

Принимаем класс точности станка – Н

Определяем значение радиального  биения для шпинделя

 

 

 

 

1.5 Построение станочного конфигуратора

 

Структурная схема технологического процесса показывает последовательность расположения оборудования в порядке прохождения технологического процесса с количественной характеристикой параметрической, геометрической и технологической точности, технической характеристикой станка, а так же других показателей, отражающих формирование качества и точности изделия.

Точность  техпроцесса характеризуется  точностью  и стабильностью во времени и  пределах, соответствием хода процесса и, обеспечивается точность заготовки, МРС, оснастки, режущего инструмента, измерения, наладки, режимов обработки, базирования, а так же состояния рабочего пространства.

Структурную схему технологического процесса формируем  из одного модуля. Модуль состоит из трех блоков. В верхнем блоке в  виде небольших таблиц формируем  из стандартов показатели геометрической точности, нормы точности и жесткости станка, над верхней частью таблицы размещаем знак точности установленного по уровню,  выбранному из [3].

С правой стороны  в верхнем квадрате в отдельной  таблице указываем элементы параметрической  точности.

В нижних квадратах с левой и  правой стороны указываем показатели технологической точности станка с  учетом анализа показателей аналогов и прототипа, а так же требований действующих стандартов на нормы  технологической точности. В нижних квадратах  так же показываем сечение заготовки и детали, обрабатываемых на станке.

В среднем блоке даются сведения о станке, мощности подачи, пол бокам  ромба указываем диапазон скоростей  подач и диапазон частот вращения шпинделя.

      По ГОСТ 7599 – 82Е  пункт 2.2. предусмотрено ужесточение сдаточных норм на 40% на заводе изготовителе для повышения конкурентоспособности.

где - отклонение температуры участка;

- радиальное биение;

- виброскорость;

- жёсткость;

2,2 кВт -  мощность механизма главного движения;

150...1450 об/мин – частота вращения шпинделя.

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет режимов резания

 

материал режущей части резца  – твердый сплав Т15К6.

Глубина резания, мм:

Выбираем подачу. Выбираем S₀=0,2 мм/об.

Определяем скорость резания, м/мин

,

где  , m, x, у – коэффициенты, учитывающие вид обработки;

– период стойкости инструмента, мин, Т=60мин;

– коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки.

                                                        ,          

где –  коэффициент, учитывающий влияние материала;

,

где  ,

= 850 МПа.

– коэффициент, учитывающий состояние  поверхности, ,

– коэффициент, учитывающий материал инструмента, .

=420,

x=0,15,

y=0,20,

m=0,20.

Определяем частоту вращения, мин^-1

,

где D – диаметр поверхности, мм; D = 90мм

Определяем силы резания

                                                   

где Сp ,х, у, п – коэффициенты для конкретных (расчетных) условий обработки для каждой из составляющих силы резания.

,

Определяем составляющую силы резания  Р_z, Н

Определяем мощность резания, кВт

Определение КПД 

Подшипники (8) – 0.98

Зубчатые цилиндрические передачи (5) – 0.99

2.2 Выбор марки двигателя

 

Правильный выбор электродвигателя, особенно по мощности, правильная установка  имеют важное значение для нормальной работы станка. Если мощность двигателя  занижена, то возможности станка не будут полностью использованы, возможны значительные сокращения срока службы и аварий электродвигателя. Завышение мощности ведет к систематической недогрузки электродвигателя  и соответственно понижению его КПД. При работе электродвигателя с непрерывной, постоянной нагрузкой выбирают двигатель с равной или несколько большей номинальной мощностью.

Приведенная мощность резания

,

При выборе электродвигателя пользуемся [ 1 ]. Выбираем асинхронный  двигатель  марки АИР90L4Уз ГОСТ 2489 – 90 с асинхронной частотой и мощностью 2,2 кВт.

АИР90L4УЗ: АИ – серия;  Р- вариант привязки мощности к установочным размерам; 90 – высота оси вращения ротора; L– установочный размер по длине станины; 4 – число полюсов; У3 – климатическое исполнение и категория размещения (для работы в зонах с умеренным климатом) по ГОСТ 28330– 89.

Частота асинхронная будет равна:

где f = 50 Гц – частота тока, Гц

p = 2 – число пар полюсов

s = 7% = 0,07 – коэффициент скольжения

Рисунок 2.1 - Эскиз электродвигателя

 

Таблица 2.1 - Габаритные размеры электродвигателя

Двигатель	Габаритные размеры			Установочные и присоединительные  размеры							Масса, кг
	l30	h31	d30	l1	l10	l31	d1	d10	b10	h
АИР90L4	337	224,5	210	50	125	56	24	(10/12)	140	90	18,6(20,2)

 

2.3 Построение структурной схемы,  графика частот вращения, кинематической  схемы

 

Построение структурной  сетки

Записываем все возможные варианты структурных формул и определяем     характеристики групп передач привода.

Z = 6 = 2×3 = 3×2.

Принимаем вариант 

Z = 3×2= 6

 Определяем характеристики  групп передач привода.

I. Основная группа:

    Число передач           ,

    Характеристика         .

II. Первая переборочная группа:

    Число передач           ,

    Характеристика         .

Строим структурную сетку для  одного варианта структурной формулы

Число структурных вариантов:

p = n! = 1×2 = 2,

где n – количество элементарных двухваловых передач.

   Структурная формула:

Z = 3[x0] × 2[x1].

Записываем все возможные варианты структурных формул:

Z = 3[1] × 2[3],

Z = 3[3] × 2[1].

Оптимальным вариантом из двух возможных  является

 

Рисунок 2.2 - Структурная сетка

 

Вариант с веерообразным графиком, т.к. в нашем случае  в коробке  скоростей происходит уменьшение чисел  оборотов от ведущего вала к шпинделю. При применении этого варианта в  области высоких чисел оборотов работает большее число шестерен; скоростные шестерни имеют меньшие габариты, а значит, веерообразный вариант соответствует более компактной коробке скоростей.

Определяем знаменатель геометрического  ряда j прототипа по формуле:

,

где j - знаменатель ряда, принимаем равным 1,58 так как  число интервалов одной из групп - 3;

z - число скоростей шпинделя;

- диапазон регулирования скоростей резания.

Определяем минимальное значение оборотов шпинделя

Рассчитываем численное значение скоростей вращения шпинделя. Расчетные  числа оборотов сравниваем с табличными [1] .

                Расчетные значения:                    Табличные значения:

148 ,                        150 ,

234 ,                    240 ,

370 ,               370 ,

584 ,               580 ,

922 ,                 900 ,

1457 ,                  1450 ,

Определяем передаточные отношения  передач

Выбираем i таким образом, чтобы значения не выходили за допускаемые пределы

.

Получаем следующие соотношения  для передаточных чисел:

,

,

.

Определяем передаточные числа:

Построение графика  чисел оборотов шпинделя

На основе структурной сетки  строим график чисел оборотов шпинделя.

Рисунок 2.3 - График чисел оборотов шпинделя

 

Кинематическая схема универсального токарного станка приведена в приложении 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет и выбор параметров шпинделя

 

Шпиндель, являющийся конечным звеном привода главного движения и предназначенный  для крепления заготовки оказывает существенно, часто лимитирующее, влияние на точность, производительности и надежность всего станка. Шпиндельные узлы станков в соответствии с предъявляемыми к ним требованиям должны обеспечить следующее:

1. Передачу на инструмент или заготовку расчетных режимов для заданных технологических операции.
2. Точность вращения, оцениваемую радиальным и осевым биением переднего конца шпинделя.
3. Жесткость (радиальная и осевая), определяемая по деформации шпинделя под нагрузкой. Деформация шпиндельных узлов в общем балансе упругих перемещений доходит до 50%. Исходя из нормальной р=аботы подшипников, жесткость на участках между опорами ограничивают величиной 500-700 Н/мкм.
4. Высокие динамические качества, которые определяются амплитудой колебаний переднего конца шпинделя  и частотой собственных колебаний. Желательно что бы собственная частота шпинделя была не ниже 500-600 Гц.
5. Минимальные тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла.
6. Долговечность шпиндельных узлов.

Для шпинделя станка выбираем материал Сталь 40Х ГОСТ 4543-71, с поверхностной закалкой с нагревом ТВЧ до твердости HRC_в 48-56

Метод смазывания определяется надежностью  работы шпиндельного узла. Метод циркуляционного смазывания более всего оптимален для данного станка.

Для уплотнения шпинделя используем контактное манжетное резиновое армированное уплотнение с пружиной.

Границы областей допустимых значений диаметра D шейки шпинделя и расстояния b между опорами определяется [11] определяются конструкционными ограничением

,

Конструкционные ограничения: минимальное значение D определяется диаметром d₀ отверстия шпинделя и минимально допустимым значением толщины t стенки шпинделя под передним радиальным подшипником; максимальное значение D- диаметром D₁ последней ступени переднего конца шпинделя. Уточняющим обстоятельством при выборе D является нормальный ряд значений диаметров. Нижнее ограничение b_min накладываемое на расстояние между опорами, определяется условием расположения приводного элемента, а верхнее b_max- общей длиной узла.

Определяем минимальный диаметр  шпинделя по условию жёсткости, так  как этот способ отвечает всем ограничениям по условию прочности, поэтому расчёт считается достаточным.

где N_дв – мощность двигателя МГД, кВт;

n_р – рабочая частота вращения шпинделя (14-я), об/мин.

Исходя из соображений оптимальной  массы вала и необходимых размеров под конус Морзе 3, принимаем диаметр  25 мм под сдвоенные подшипники.

Вылет шпинделя со стороны режущего инструмента:

Левая консоль:

Расстояние между опорами:

Проверка:

 

3.2 Определение эксцентриситета

 

Зная класс точности балансировки определяем  по  ГОСТ 22061-76 значения произведения удельного дисбаланса (ест) на максимальную эксплуатационную угловую скорость вращения (wэ макс) ест · wэ макс, мм·рад/с.

Наименьшее ест · wэ макс=1 мм·рад/с;

Наибольшее ест · wэ макс=2,5 мм·рад/с.

Определяем дисбаланс шпинделя:

,

.

Дисбаланс шпинделя не более 45 мкм при частоте вращения шпинделя n=1395мин^-1

 

Таблица 3.1. Удельный статистический дисбаланс шпинделя

Класс точности балансировки	Значения произведения удельного дисбаланса ( ) на максимальную эксплуатационную угловую скорость вращения ( ) ,
	наименьшее	наибольшее
(0)*	(0,064)	(0,16)
1	0,16	0,10
2	0,40	1,00
3	1,00	2,50
4	2,50	6,30
5	6,30	16,00
6	16,00	40,00
7	40,00	100,00
8	100,00	250,00
9	250,00	630,00
10	630,00	1600,00
11	1600,00	4000,00
(12)*	(4000,00)	(10000,00)