Описание токарно-винторезного станка 16к20

ВСТУП

 

Високі  темпи зростання випуску продукції  машинобудівної та інших галузей  виробництва вимагають розробки і впровадження новітнього високопродуктивного  обладнання, різних типів верстатів-автоматів  і автоматичних ліній.

Сучасне металорізальне обладнання – це високо розвинені машини, що включають велику кількість механізмів і використовують механічні, електричні, електронні, гідравлічні, пневматичні та інші методи здійснення рухів. На них оброблюють різноманітні деталі (від найдрібніших до деталей, розміри яких сягають декількох десятків метрів) з необхідною точністю виконання.

На металорізальних  верстатах обробляються деталі різноманітної  форми з різними вимогами до їх якості, та точності їх виконання. Спектр оброблюваних матеріалів також поширений: чорні та кольорові метали, металокерамічні  сплави, пластмаси, деревина, дорогоцінне  та напівдорогоцінне каміння та інше. Конструкції верстатів постійно удосконалюються з урахуванням  зростаючих вимог до їх точності, продуктивності та інших характеристик.

При реалізації поставлених завдань важливе  місце займає проблема поліпшення використання діючого металорізального обладнання за рахунок його удосконалення, а  саме:

- підвищення  швидкостей обробки

- підвищення  точності і надійності роботи

- збільшення  потужності приводу

- застосування  засобів автоматизації і управління  робочим процесом

- використання  пристосувань і пристроїв, що  розширюють технологічні можливості  верстатів. 

Найпоширенішою  серед металорізальних верстатів  є токарна група, до якоі відноситься і проектований верстат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ  ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕРСТАТА

 

1.1Аналіз завдання і огляд  конструкцій верстатів аналогів

Згідно  із завданням на проект необхідно  спроектувати токарний  верстат  з наступними вихідними даними:

1) Типорозмір верстата, визначається максимальним діаметром обробки над станиною – Dmax=400 мм;

    2) Максимальна довжина обробки L=1000 мм;

     3) Клас точності верстата – нормальний;

4) Призначений  для виконання різних токарних  робіт і нарізання метричної,  модульної,дюймової та пітчевої різьб;

5) Деталь  установлюється в центрах або  в патроні.

На  даний час в промисловості в промисловості використовуються верстати токарної групи, що діляться на універсальні, спеціальні і спеціалізовані. Універсальні верстати призначені для виконання різноманітних операцій. На спеціалізованих верстатах виконується менша кількість операцій. Спеціальні верстати розроблені для обробки вузького кола деталей (одного типурозміру). Універсальні верстати, у свою чергу, поділяються на токарно-гвинторізні і токарні. Токарні верстати призначені для виконання всіх видів токарних операцій, за винятком нарізання різьб різцями.

Верстатобудівна промисловість випускає різні моделі токарних і токарно-гвинторізних верстатів - від настільних до важких. Найбільшій діаметр оброблюваної поверхні коливається від 95 до 5 000 мм при довжині заготовки від 125 до 24 000 мм. Деякі токарно-гвинторізні верстати оснащуються копіювальнім пристроєм,  що дозволяють обробляти складні контури без необхідності використання фасонних різців та комбінованого розточувального інструменту, а також значно спрощують наладку і підналадку верстата.

Розглянемо  декілька верстатів аналогів і виберемо з них один, як базову модель для проектованого.

 

Верстат моделі 16Л20

Верстат призначено для виконання різноманітних токарних робіт в центрах або патроні, а також для нарізання метричних, модульних, дюймових і пітчевих різьб. Верстати можна використовувати в механічних цехах при дрібносерійному й одиничному виробництвах. Клас точності верстата 16Л20 - Н, шорсткість обробленої поверхні Ra 2,5 мкм. Частота обертання шпинделя регулюється коробкою швидкостей і двома переборами в шпиндельній бабці.

 

Мал.1 Верстат мод. 16Л20

 

Його  характеристики:

Найбільший  діаметр обробки, мм:

-над супортом: 400

-над станиною: 210

Найбільший  діаметр прутка, мм: 34

Найбільша маса виробу, кг: 195

Найбільша довжина  оброблюваного виробу, мм: 1500

Кроки нарізуваних різьб:

-метрична (крок), мм: 0,25-56

-дюймова, число ниток на один дюйм:112-0,5

-модульних, модуль: 0,25-56

-пітчевая, пітч:112-0,5

Потужність електродвигуна приводу головного руху, кВт: 3,8-6,3

Частота обертання, об/хв: 730-1450

Габарит верстата (ДхШхВ),мм: 2920х1035х1450

Маса верстата, кг: 2050

 

Верстат моделі 16К20

Токарно-гвинторізні верстати моделі 16К20 призначені для виконання різноманітних токарних робіт: обточування і розточування циліндричних і конічних поверхонь, нарізання зовнішніх і внутрішніх метричних, дюймових, модульних і пітчевих різьб, а також свердління, зенкерування, розгортання, і т.п. Відхилення від циліндричності 7 мкм, конусності 20 мкм на довжині 300 мм, відхилення від прямолінійності торцевої поверхні на діаметрі 300 мм - 16 мкм.

Верстати  оснащені механічним фрикційні, приводи  швидких переміщень супорта, задня  бабка має аеростатичне розвантаження, направляючі станини загартовані HRC 49 ... 57

Мал.2 Верстат мод. 16К20

Його  характеристики:

Найбільший  діаметр оброблюваної заготовки, мм:  

-Над станиною: 400 

-Над супортом: 220

Найбільша довжина  оброблюваної заготовки, мм: 750-1500

Клас точності за ДСТ 8-82: H

Розмір внутрішнього конуса в шпинделі: Морзе 6 М80 *

Кінець шпинделя по ГОСТ 12593-72: 6К, 6М *

Діаметр скрізного отвору в шпинделі, мм: 55, 62 *

Число ступенів частот обертання шпінделя:

-прямого: 23

-зворотного: 12

Межі частот обертання шпинделя, хв:

-прямого: 12,5-2000

-зворотного: 19-2420

Межі робочих  подач, мм / об:

-поздовжніх: 0.07-4.16

-поперечних: 0.035-2.08

Межі кроків нарізуваних різьб:

-дюймових, число ниток на дюйм: 24 ... 1.625

-метричних, мм: 0.5-192

-модульних, модуль: 0.5 ... 48

-пітчевих, пітч: 96 .. 1

    -Архімедової спіралі, дюйм: 3 / 8 ", 7 / 16"

    -Архімедової спіралі, мм: 8, 10, 12

Найбільший  момент кручення, кНм: 2

Габаритні розміри  верстата, мм:

-довжина: 2812

-ширина: 1166

-висота: 1324

Маса верстата, кг: 2140

 

Верстат моделі 16К20Ф3

Верстат 16К20Ф3 патроно-центровий призначений для токарної обробки зовнішніх і внутрішніх поверхонь деталей типу тіл обертання із ступінчастим і криволінійним профілями в один або кілька проходів у замкнутому напівавтоматичному циклі, а також для нарізування кріпильних різьб (залежно від можливостей системи ЧПУ). Верстати даної моделі застосовуються в штучному, дрібносерійному і серійному виробництві з дрібними партіями повторюваних деталей. Клас точності верстата-П. Верстати можуть випускатися в спеціальному і спеціалізованому виконаннях з наладкою по комплекту замовлення, наприклад 16К20Т1.Н001, 16К20Т1.Н002, 16К20Ф3С32.Н001, 16К20РФ3С32.Н002 і т.п.

 

Мал.3 Верстат мод. 16К20Ф3

 

Його характеристики:

Найбільший  діаметр встановлюваного виробу над станиною, мм: 500

Найбільший  діаметр виробу над супортом, мм: 220

Висота  різця, встановленого в різцедержачі, мм: 25

Найбільша довжина виробу при установці в центрах, мм: 1000

Найбільша довжина обробки, мм: 905

Частота обертання шпинделя (безступінчасте регулювання), об / хв: 22,4 - 2240

Межі  частоти обертання шпинделя, що встановлюються вручну, об / хв:                                               

I діапазон: 22,4 - 355                                               

II діапазон: 63 - 900                                               

III діапазон: 160 - 2240 

Максимальна (максимально-рекомендована) швидкість  робочої подачі, мм / хв (мм / об):

-поздовжньої: 2000 (2,8)

-поперечної: 1000 (1,4) 

Швидкість швидких ходів, мм / хв, не менше:

-поздовжніх: 7500

-поперечних: 5000

Межі  кроків нарізання різьб, мм: 0,01 - 40,95

Кількість позицій автоматичної поворотної головки: 6

Граничні  діаметри свердління, мм:

-по чавуну: 28

-по сталі: 25

Габарит верстата, мм, не більше: 3250 × 1700 × 2145

Маса  верстата, кг, не більше: 3800

 

Верстат моделі 1К62

Токарно-гвинторізний верстат мод. 1К62 призначено для виконання  різноманітних токарних робіт, в  тому числі для нарізання метричної, модульної, дюймової та пітчевой різьб на заготовках, що встановлюються в центрах або патроні.

Основні переваги даної серії верстатів - висока потужність головного приводу, велика жорсткість і міцність всіх ланок кінематичного ланцюга, надійність і вібростійкість конструкції, широкий  діапазон частот обертання шпинделя, розрахованих на швидкісне і силове різання.

Шпиндель  верстатів встановлений на спеціальних  підшипниках, які забезпечують необхідну  твердість і високу точність обробки.

Обробка різноманітних матеріалів може проводитися  з ударними навантаженнями без втрати точності.

Верстати  можуть використовуватися для обробки  загартованих заготовок з жароміцної та інструментальної сталі, що вимагають  важких режимів різання.

Мал.4 Верстат мод. 1К62

 

Його характеристики:

Відстань  між центрами, мм: 1000

Найбільший  діаметр виробу над станиною, мм: 400

Найбільший  діаметр виробу, оброблюваного над  поперечними санчатами супорта, мм: 220

Найбільша довжина обточування, мм: 935

Найбільший  діаметр прутка, що проходить через  отвір в шпинделі, мм: 50

Частота обертання шпинделя, об / хв: 12,5 - 1600

Величина  подачі, мм / об:

-поздовжньої: 0,05-2,8

-поперечної: 0,025-1,4

Крок  нарізати різьблення:

-метричної, мм: 0,5-112

-модульної, модуль: 0,5-112

-дюймової, число ниток на 1":56-0,5

-пітчевой, пітч: 56-0,5

Потужність  електродвигуна головного приводу, кВт: 10

Габарит верстата, мм:

-Довжина: 2795

-Ширина: 1198

-Висота: 1500

Маса  верстата, кг: 3010

 

Верстат моделі ГС526.

Токарно-гвинторізні  верстати ГС526 призначені для виконання  різноманітних токарних робіт, а  також для нарізання метричної, дюймової, модульної та пітчевой різьб.

Верстати можуть застосовуватися в різних галузях промисловості на широкому спектрі операцій для обробки різних матеріалів.

Верстати ГС526 з індексом «У» оснащені фартухами мод. 067.0000.000, 011.0000.000, що мають власний привід прискореного переміщення каретки і супорта, що покращує динаміку роботи верстатів на прискореному ході і коробками подач мод. 077.0000.000, які дозволяють нарізати різьби 11 і 19 ниток на 1" без заміни змінних зубчастих коліс.

Мал.5 Верстат мод. ГС526

 

Його  характеристики:

Найбільший  діаметр оброблюваної заготовки, мм:

- Над  станиною: 500

- Над  супортом: 275

Найбільша довжина  оброблюваної заготовки, мм: 1000

Центр в шпинделі з конусом за ДСТ 13214-79: Морзе 6

Кінець шпинделя за ДСТ 12593-72:  6K

Діаметр циліндричного  отвору в шпинделі, мм: 1957

Найбільша висота різця встановлюваного на верстаті, мм: 25

Кількість швидкостей шпинделя:

     - Прямого обертання: 22

     - Зворотного обертання: 22

Межі частоти  обертання шпинделя, хв-1: 16 .. 2000

Межі робочих  подач супорта, мм / об:

- Поздовжніх: 0,05 .. 2,8

- Поперечних: 0,025 .. 1,4

Межі кроків нарізують різьблення:

- Метричних,  мм: 0,5 .. 112

- Дюймових, число ниток на 1": 56 .. 0,5

- Модульних,  модуль: 0,5 .. 112

- Пітчевих, пітч: 56 .. 0,5

Найбільший  момент кручення на шпинделі, кНм: 1

Потужність  приводу головного руху, кВт : 11 (7,5)

Маса верстата, кг, не більше: 3100

Клас точності по ГОСТ 8-82: П

 

 

 

Порівняємо  розглянуті верстати. При порівнянні звіримо такі параметри як: типорозмір, максимальну довжину обробки, параметри нарізаних різьб, діапазон частот обертання, кількість частот обертання.   Отримані дані занесемо в таблицю 1.

Таблиця.1. Порівняння верстатів заданого типорозміру

Модель		16Л20	16К20	16К20Ф3	1К62	ГС526
Клас точності		Н	Н	Н	Н	П
Lmax, мм		1500	1000	1000	1000	1000
n1 - nz,  об/хв		16-1600	12,5-1600	2,5-200	12,5 - 1600	16-2000
Крок різьби	Метричної	0,25-56	0,5-112	До 20	0,5-112	0,5-112
	Дюймової, ниток/дюйм	56-0,25	56-0,5	-	56-0,5	56-0,5
	Модульної, модуль	0,5-112	0,5-112	-	0,5-112	0,5-112
	Пітчевої, пітч	112-0,5	56-0,5	-	56-0,5	56-0,5
Z		21/18	22	22	22	22
Маса верстата, кГ		2050	2140	3800	3100	3100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Вибір базової моделі й  обґрунтування конструкції верстата

 

Як  видно із таблиці найбільш оптимальним  варіантом є верстат 16К20 заводу «Червоний  пролетарій», тому що по технічним характеристикам ця модель верстата точніше підходить під параметри проектовного верстата . Загальний вид верстату зображено на малюнку 6.

Мал.6. Загальний вид верстата 16К20

 

Станина 8 c напрямними 6 покоїться на двох тумбах 9 і 15. На верстаті зліва знаходиться шпиндельна (передня) бабка 1, несуча шпиндель 2, який здійснює головний робочий рух v, вали коробки швидкостей і важелі керування нею 18 і 19. З правого боку розташована задня бабка 7, підтримуюча заготовку при обробці за допомогою заднього центру. По напрямних станини між обома бабками переміщується супорт (від латинського supporto - підтримую) із закріпленим у різцевій голівці 3 інструментом. Супорт має нижню каретку 5 з продольним переміщенням Sпрод, середні поперечні салазки U з поперечним переміщенням Snon, верхні різцеві салазки 4 із переміщенням 5 в горизонтальній площині під будь-яким кутом. Таке поєднання можливих переміщень дозволяє мати рух різця з будь-якої утворюючої поверхні обертання.

Переміщення супорта здійснюється через механізми  фартуха 12, що одержує рух від  коробки подач 14 через ходовий  гвинт 10 або ходової валик 11.

 Характеристики токарно гвинторізного верстату мод. 16К20:

1. Максимальний діаметр заготовки: - Над станиною: 400 мм;

                                                                     -Над супортом: 220 мм;

2. Найбільша довжина заготовки: 1000 мм;
3. Крок різьби: - Метричної: 0,5-112 мм;

- Дюймової: 56-0,5 ниток/дюйм;

- Модульної: 0,5-112 мм;

- Пітчевої: 56-0,5 пітч;

4. Частота обертання шпинделя: 12,5-1600 об/хв;
5. Знаменник ряду φ = 1,26;
6. Кількість швидкостей Z=22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Розробка і обґрунтування  кінематичної структури верстата

 

Проектований  верстат призначений для токарної обробки деталей, а також для  нарізання метричної, модульної, пітчевої  та дюймової різьб. За умови, що нарізання різьби виконується різцем структурна схема буде мати наступний вигляд:

 

 

Мал.7 Структурна схема токарно-гвинторізного верстата.

 

Як  бачимо зі структурної схеми верстат  має два основних елементарних рухи:

• Обертальний О1- рух деталі
• Поступовий П2-рух інструменту

КГР швидкості різання Ф_v(О1):

М1→ 1→Р1→i_v→2→О1.

Внутрішній кінематичний зв'язок представлено обертальною парою між шпинделем і шпиндельною бабкою. 

Зовнішній кінематичний зв'язок:

М1 → 1 → Р1 → iv → 2.

Рух простий з незамкненою траєкторією і настроюється за 2 параметрами:

1.Швидкість - 1v

2.Напрямок - Р1

КГР подачі Ф_s1(П2):

М1 → 1 → Р1 → iv → 2 → Р2→is1 → 4 → 5 → П2.

Внутрішній  кінематичний зв'язок представлено поступальною парою між супортом і його напрямними.

Зовнішній кінематичний зв'язок:

М1 → 1 → Р1 → iv → 2 → P2 → is1 → 4 → 5 → П2.

Рух простий з незамкненою траєкторією, налаштовується за 4 параметрами:

1.Швидкість - is1

2.Напрямок - Р2

3 та 4 . Шлях і вихідне положення за допомогою упорів.

1.4 Визначення основних параметрів верстата

 

1.4.1 Визначення технічних характеристик верстата, не визначених

у завданні

Відсутні  технічні характеристики вибираємо  за ДСТ18097-93 «Верстати токарно-гвинторізні та токарні. Основні розміри. Норми точності.». Для верстата з Dmax=400мм ці характеристики матимуть наступні значення:

- найбільший діаметр обробки над супортом верстата D₁,=210 мм;

- передній кінець шпинделю - фланцевий  №6 за ДСТ12593-72;

- конус Морзе у шпинделі №6 (уточнимо при подальшому проектуванні);

- діаметр циліндричного отвору у шпинделі d_o=54 мм (не менш 50 мм);

- найбільша вишина різця, встановлюваного у різцетримачі h=25 мм;

По заданих  межах частот обертання шпинделя n₁=12,5, n_z=1600 об/хв і знаменнику ряду j=1.26 визначаємо число ступіней швидкості обертання шпинделя і вибираємо стандартні значення частот обертання. Число ступенів швидкості визначається по формулі:

j                                                      (1.1)

Підставляючи значення, одержуємо:

 

По  таблиці стандартних чисел [16] зі знаменником ряду j=1.26 вибираємо 22 значення швидкостей: n_j=12,5; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160;  200;  250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600 об/хв.

1.4.2 Вибір приводного двигуна