Расчёт и конструирование привода главного движения станка
Введение
Фрезерование – один из распространённых и производительных методов обработки металлов резанием.
Процесс резания при фрезеровании сложнее чем при точении. При точении резе непрерывно находится в контакте с заготовкой и срезает стружку постоянного сечения. При всех видах фрезерования с заготовки срезается прерывистая стружка переменной толщины. Кроме того, при фрезеровании каждый зуб фрезы входит в контакт с обрабатываемой заготовкой и выходит из контакта при каждом обороте фрезы. Вход зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой сопровождается ударом.
Таким образом, условия работы фрезы значительно тяжелее условий работы резца при точении. Поэтому важно знать основные закономерности процессов фрезерования, чтобы в каждом конкретном случае производить обработку при наивыгоднейших условиях с наибольшей производительностью.
Процесс резания при фрезеровании сопровождается следующими явлениями:
- пластической деформацией металла как в срезаемом слое, так и ниже линии среза над обработанной поверхностью;
- трением стружки о переднюю грань и обрабатываемой поверхности о заднюю грань инструмента;
- выделение теплоты, которая рассеивается в стружку, инструмент, изделие и окружающую среду;
- изнашивание режущего инструмента;
- возникновении в процессе резания металлов при определённых условиях различного вида вибраций (колебаний).
|
|
Особенности процесса резания при фрезеровании
Процесс резания при фрезеровании характеризуется периодичностью рабочих и холостых циклов зубьев фрез, температурными колебаниями нагрева зубьев, переменной нагрузкой на зуб фрезы, переменной толщиной стружки.
При фрезеровании резание осуществляется только на части дуги окружности, пока зубья фрезы находятся в контакте с обрабатываемым материалом, после чего он совершает холостой ход. В ряде случаев врезание фрезы в заготовку сопровождается ударом, что способствует повышенному изнашиванию и выкрашиванию режущих кромок.
Если врезание осуществляется с нулевой толщины, как при работе осевыми фрезами, то режущая кромка не сможет сразу внедриться в металл и на некотором участке будет скользить по поверхности металла, сминая и наклёпывая его. При биении фрезы, когда отдельные зубья находятся на разных расстояниях от оси её вращения, возникают значительные колебания сил на отдельных зубьях. Прерывистость процесса резания и колебания сил при резании создают неблагоприятные условия для работы станка и способствуют возникновению вибраций. Периодический нагрев при рабочем цикле и охлаждение при холостом вызывают колебания температуры режущих лезвий. При работе без охлаждения эти колебания не столь значительны, так как воздушная среза слабо отводит теплоту.
|
|
Для более интенсивного охлаждения применяют СОЖ. При обработке чугунов и других хрупких металлов нагрев режущих лезвий незначительный, поэтому использование охлаждающих жидкостей не требуется.
Тенденции развития станков
Разработка и внедрение новых типов станков с ЧПУ становится одним из главных направлений автоматизации производства.
При хорошей организации производства станки с ЧПУ дают в короткие сроки большой экономический эффект:
1. Облегчается подготовка производства новых изделий, сокращается подготовительно-заключительное время, не требуется проектирование и изготовление сложных станочных приспособлений.
2. Повышается качество выпускаемой продукции (точность перемещений не зависит от квалификации рабочих).
3. Повышается производительность труда за счёт сокращения машинного и вспомогательного времени.
4. Улучшается использование станков во времени.
Кроме того, получили распространение многооперационные станки, на которых производят комплексную последовательную обработку деталей различными инструментами с автоматической их сменой в рабочем помещении.
|
|
Одной из основных тенденций развития фрезерных станков является расширение их технологических возможностей, путём оснащения его различными приспособлениями, внедрение более качественного инструмента (что позволяет увеличить верхний предел частот вращения шпинделя).
В вертикальных консольно-фрезерных станках повышение точности достигается увеличением жёсткости при точном изготовлении узлов и деталей, оснащёние механизмами точного отсчёта перемещений.
Долговечность и качество станков повышается при закалке чугунных направляющий или установке калёных стальных накладных направляющих, применение устройств для выборки зазоров в передачах винт-гайка, централизованной системой смазки, хорошей защиты трущихся пар от загрязнения и др. рост производительности обеспечивается за счёт увеличения мощности главного привода, расширения диапазона регулирования скоростей, повышения скорости быстрых перемещений, механического зажима инструмента и заготовок, применение различных приспособлений.
Анализ гаммы станков
Для анализа приведём некоторые основные технические характеристики вертикально-фрезерных станков.
|
|
В таблице 1 рассмотрены вертикально-фрезерные консольные станки.
Таблица 1. Основные параметры вертикально-фрезерных консольных станков.
Параметры | 6Т104 | 6Р10 | 6Р11 | 6Р12 | 6Р13 |
Размеры рабочей поверхности стола (длина*ширина) | 160*630 | - | 250*1000 | 320*1250 | 400*1600 |
Наибольшее перемещение стола: Продольное Вертикальное Поперечное | 400 320 160 | 500 300 100 | 630 550 200 | 800 420 280 | 1000 420 300 |
Наибольший угол поворота шпиндельной головки, град | ±45 | ±45 | ±45 | ±45 | ±45 |
Число скоростей шпинделя | 12 | 12 | 16 | 18 | 18 |
Частоты вращения шпинделей, об/мин | 63-2800 | 50-2240 | 50-1600 | 31,5-1600 | 31,5-1600 |
Подача стола | 12 | 12 | 16 | 18 | 18 |
Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт | 2,2 | 3 | 5,5 | 7,5 | 11 |
Для рассмотрения возьмём группы вертикально-фрезерных консольных станков. Из табл. 1 видно, что основные параметры варьируются в достаточно широких диапазонах:
Размеры рабочей поверхности стола от 160*630 до 400*1600.
Наибольшие перемещения стола:
Продольное от 400 до 100
Вертикальное от 160 до 300
Поперечное от 300 до 420
Числа скоростей шпинделя от 12 до 18
Частоты вращения шпинделей от 63 – 2800 до 31,5 – 1600
Мощность электродвигателя от 2,2 до 11
В основном большое распространение получили станки среднего типоразмера.
Анализ показывает, что повышение производительности достигается путём увеличения мощности и быстроходности привода главного движения, скоростей быстрых перемещений, расширении диапазона регулирования скоростей и подач.
Техническое задание
Служебное назначение проектируемого оборудования и область его применения
Станок вертикально-фрезерный 6Р12П предназначен для горизонтального- и вертикального фрезерования изделий из различных материалов. На данном станке используются цилиндрические, дисковые, торцовые, концевые, шпоночные, фасонные и другие фрезы.
Станок предназначен для работы в инструментальных цехах крупносерийного и массового производства и в основных цехах мелкосерийного производства.
Станок предназначен для внутренних постановок. Кинематическое исполнение и категория размещения станков по ГОСТ 15150 – 69 – «УХЛ» категория 4, для работы при температуре от +5 до 40. Высота над уровнем моря до 1000 метров.
Техническое задание разрабатывают на основании приказа 06/4-51 по КузГТУ от 30.03.2009 г. «Использование ПО «Ansys» для автоматизированного проектирования деталей станков».
Основные технические характеристики станка приведены в таблице 2
Таблица 2. Технические характеристики станка 6Р12П
Наименование параметров | Данные |
Размер рабочей поверхности стола, мм Ширина Длина | 1250 320 |
Число Т-образных пазов | 3 |
Ширина Т-образных пазов, мм Среднего Крайний | 18А3 18А4 |
Расстояние между Т-образными пазами, мм | 70±0,4 |
Наибольшее продольное перемещение вертикального стола, мм | 800 |
Наибольшее вертикальное перемещение вертикального стола, мм | 420 |
Наибольшее поперечное перемещение вертикального стола, мм Ручное Механическое | 250 240 |
Расстояние от оси вертикального шпинделя до рабочей поверхности стола, мм. Наименьшее Наибольшее | 30 450 |
Конус конца шпинделя по ГОСТ 836-62 | №3 |
Количество скоростей шпинделя | 18 |
Пределы частот вращения шпинделя, об/мин | 50 - 2500 |
Пределы вертикальных подач стола, мм/мин | 13,3 - 666 |
Количество подач стола | 18 |
Пределы продольных и поперечных подач стола, мм/мин | 40 - 2000 |
Ускоренный ход стола (продольный и поперечный), мм/мин | 4600 |
Ускоренный ход стола (вертикальный), мм/мин | 1533 |
Наибольшее осевое перемещение шпинделя (вертикальное), мм | 70 |
Максимальная масса обрабатываемой детали (с приспособлениями), кг | 250 |
Поворот головки вправо и влево, не менее | ±45о |
Габаритный размеры станка, мм Длина Ширина Высота | 2340 1840 2020 |
Масса станка, кг, не более | 3180 |
Масса комплекта инструмента и принадлежностей в комплекте станка, кг, не более | |
Электродвигатель привода шпинделя; Тип Мощность, кВт Частота вращения, об/мин | АО2-51-4С2 7,5 1460 |
Расстояние от оси шпинделя до вертикальных направляющих станины, мм | 350 |
Электродвигатель привода шпинделя; Тип Мощность, кВт Частота вращения, об/мин | АО2-31-4С2 2,2 1430 |
Требования и нормы показателей качества при эксплуатации станка
Данные станки должны обеспечить безотказность работы, отличаться долговечностью и быть ремонтно-пригодными. Должно обеспечиваться требование устойчивости к вибрациям, влияния внешней среды. Должны быть учтены оптимальные: количество, размеры, сложность формы и точность изготовления деталей станка.
Обеспечить совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, средств, материалов и времени при технологической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонта.
Должно быть обращено особое внимание на использование стандартных, нормализованных узлов, деталей и агрегатов. Должны быть учтены следующий коэффициенты унификации по числу деталей, по массе, по трудоемкости.
Для создания условий обеспечивающих безотказность работы должны соблюдаться следующий требования:
1. Предусмотреть ограждения вращающихся и движущихся частей
2. Предусмотреть устройства, защищающие рабочего от стружки, пыли, СОЖ.
3. Автоматизировать работу станка.
4. Снабдить станок тормозным устройством.
5. Снизить до минимума шум станка.
6. Предусмотреть местную вентиляцию и освещение.
7. Обеспечить надёжное заземление станка.
Должны быть учтены эргономические требования. К ним относятся: закономерности зрительного восприятия, антропометрические данные, биомеханические возможности человека.
При проектировании станка должны быть соблюдены требования, касающиеся вопросов технической эстетики. Должны быть учтены условия среды, где будет находится станок. В оформлении станка должно существовать композиционное единство, определённый замысел и порядок построения его форм. Должна быть соблюдена масштабность станка.
Для изготовления деталей станков применяются самые разнообразные материалы. При проектировании станка нужно учесть требования, предъявляемые к материалам, намеченным для применения в станке при его изготовлении и эксплуатации.
Различные металлы применяются для изготовления станин, салазок, столов, консолей, шпинделей, подшипников, ходовых винтов и т.д.
Пластмассы применяются для изготовления: направляющих, зубчатых колёс, втулок, вкладышей, деталей делительных устройств, ремней, муфт, крышек, ограждений и т.д.
Железобетон: станины и другие базовые детали.
Отделочные материалы и покрытия: лакокрасочное материалы, гальванические покрытия, облицовочно-декоративные материалы и др.
При проектировании станка должны быть учтены климатические условия в которых будет эксплуатироваться данный станок. Должны быть учтены температура воздуха, среднесуточное её колебание, влажность воздуха, соленые испарения, количество осадков.
Должны быть учтены требования к маркировке, наносимой на станок и тару. Важно предусмотреть возможные варианты консервации и установки станка в зависимости от условий его транспортировки.
Должны быть предусмотрены различные виды транспортных средств, позволяющих транспортировать данный станок. Предусмотреть места и способы крепления, на крупных узлах станка, необходимых при транспортировании и установке станка на место.
Должна быть обеспечена патентная чистота. Для этого необходимо:
1. знать патентные закон стран, в которых намечается поставка станков или передача технической документации.
2. изучить описание российских и иностранных изобретений, что сократит время и средства на поиски уже известных решений.
3. изучить фонды свидетельств и патентов на промышленные образцы
4. проверять патентную чистоту отдельных элементов и узлов.
5. принимать меры для патентования за границей оригинальны конструкций.
Служебное назначение станка
Станок вертикально-фрезерный 6Р12П предназначен для горизонтального- и вертикального фрезерования изделий из различных материалов. На данном станке используются цилиндрические, дисковые, торцовые, концевые, шпоночные, фасонные и другие фрезы.
Станок предназначен для работы в инструментальных цехах крупносерийного и массового производства и в основных цехах мелкосерийного производства.
Станок предназначен для внутренних постановок. Кинематическое исполнение и категория размещения станков по ГОСТ 15150 – 69 – «УХЛ» категория 4, для работы при температуре от +5 до 40. Высота над уровнем моря до 1000 метров.
Расчёт и конструирование привода главного движения станка
Выбор структуры привода
Приводы металлорежущих станков предназначены для осуществления рабочих, вспомогательных и установочных перемещений инструмента и заготовки. В нашем случае – это привод вертикального шпинделя.
Применительно к вертикально-фрезерному станку целесообразно использовать передачу от электродвигателя к коробке скоростей при помощь клиновой передачи. Это оправдано тем, что станок передаёт небольшие величины крутящих моментов, и поэтому не требует других, дорогих и более сложных способов передачи крутящих моментов.
Однако в данном случае на станке применяется передача крутящего момента от вала электродвигателя к валу I при помощь упругой муфты 1 (рис. 1).
Выбор электродвигателя
Анализ гаммы станков показывает, что на станках этой группы наиболее широко используются электродвигатели малой и средней мощности. Мощностной диапазон колеблется от 2,2 до 5,5 кВт. Практика показывает, что применение таких типов двигателей наиболее экономически выгодно. Они обеспечивают достаточный диапазон чисел оборотов шпинделя, в среднем от 50 до 2000 об/мин. Используя эти данные на данном станке выбран электродвигатель марки АО2-51-4С2 мощностью 7,5 кВт.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 315; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!