Кинематический расчет привода станка

 

Саратовский Государственный Технический Университет

Кафедра «КиМО» 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА  

по курсу «Конструирование механизмов маталлорежущих станков» 

Тема: «Кинематический расчет привода станка»

Вариант №17 
 
 
 
 
 

Выполнила:

                                                                   студентка гр.ТМСз-51

                                                                   Вишнякова Д.В

                                                                   Проверил:

                                                                   Шейко Л.И.

Саратов 2012

Задание

Выполнить кинематический расчет привода станка

Тип станка:  токарно-винторезный;

Формула компоновки: C_hO(ZXd+wr);

Тип управления: ЧПУ;

Тип производства: мелкосерийное;

Класс точности станка: П;

Механизмы смены инструмента  и заготовки: револьверная головка,

6 позиций;

Длительн. цикла (t_ц) и паузы (t_п), точность позиционирования (D):

t_ц £ 300 с, t_п £ 40 c,  D £ 0,01 мм;

Размеры заготовки (з), инструмента, рабочей поверхн. стола (ст), мм:

D_З £ 220 (над суппортом), L_З £ 1000;

Материал  заготовки (З) и инструмента (И): З – сталь, цветные сплавы,

И –  тв. сплав, быстрорежущая сталь;

Характеристика  проектируемого привода:

координата  C_v,  N_V £ 8 кВт, V_P £ 4,5 м/с, R_n ³ 130;

Приводной электродвигатель: односкоростной асинхронный;

Тип второго основного  привода:

электрогидравлический шаговый по координатам Z, X, N_S £ 2,2 кВт,

S£ 20 мм/с, R_S £400, S_ХХ £ 80 мм/с. 
 
 
 
 
 
 

Содержание

                                                                                                                     Стр.

      Введение……………………………………………………………………4                                                                                            

     Основная  часть

1. Настройка полуавтомата………………………………………………...5
1. Определение передаточного отношения и чисел зубьев

сменных зубчатых колес цепи главного движения………………6

2. Определение передаточного отношения и чисел зубьев

сменных     зубчатых колес  цепи  обкатки  – деления……………..7

3. Определение передаточного отношения и чисел зубьев

сменных зубчатых колес  цепи  подач……………………………...8

4. Определение передаточного отношения и чисел зубьев

сменных зубчатых колес  цепи  дифференциала…………………..9

         1.5  Определение угла установки фрезы……………………………..10

         1.6 Машинное время обработки………………………………………10

   2. Наладка полуавтомата…………………………………………………..11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Компоновочная схема станка

 

По заданной компоновочной формуле: C_hO(ZXd+wr), строим компоновочную схему станка: 

 

Рис.1 Компоновочная  схема токарно-винторезного станка. 

Выбираем  наиболее близкий известный прототип или аналог  станка, удовлетворяющий  по технологическому назначению, размерам обработки, системе управления, точности и производительности.

Для варианта №17, наиболее близкий аналог станка является, токарно-винторезный станок с числовым программным управление модели 16К20Ф3.

Станок предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей заготовок  типа тел вращения со ступенчатыми или криволинейным профилем в  один или несколько рабочих ходов  замкнутом полуавтоматическом цикле. Станок выпускается на базе станка 16К20.

Основные  технические данные и характеристики токарно-винторезного станка мод.16К20ФЗ представлены в табл.1.1 
 
 
 

     Таблица 1.1 – Технические характеристики станка. 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

2. Кинематический  расчет привода станка

2.1. Кинематический расчет привода главного движения станка. 

    Кинематический  расчет привода начинается с определения  минимальной и максимальной скоростей  резания и производится на основе анализа обрабатываемых заготовок или инструмента для обработки.

    По  типу станка назначаем предельные диаметры обрабатываемой заготовки, после чего определяем предельные обороты шпинделя, силы резания и мощность резания.

    Так как станок относится к типу токарно-винторезных, расчеты будем вести как для  токарных станков.

Для станков токарной группы основным размерным параметром является максимальный диаметр DЗмах обрабатываемых заготовок. Расчетный

минимальный диаметр DЗмin обрабатываемых заготовок рекомендуется

принимать из соотношения:

    

    Наибольший  диаметр обрабатываемой заготовки в патроне на станке 400 мм. Минимальный диаметр примем равным 55 мм.

Выбираем  максимальную и минимальную скорости резания:

      V_max=530 м/мин;

      V_min=12 м/мин;

Определяем  максимальную и минимальную частоту  вращения шпинделя:

      

    

Главный привод со ступенчатым регулированием частоты n вращения

шпинделя  позволяет получать ряд частот, построенный  по закону геомет-

рического ряда со знаменателем γ. Привод в большинстве случаев не обес-

печивает оптимальное регулирование скорости резания V, но является про-

стым, компактным, долговечным и имеет высокий  КПД.

Основные  зависимости геометрического ряда:

- члены  ряда

 где  z – число ступеней регулирования частоты вращения шпинделя, (Z=22);

- диапазон  регулирования частоты вращения  шпинделя:

    

    _где:

    

    

      n - мин-1, V – м/с, D – мм;

 Число ступеней регулирования:

    

,

    где: - знаменатель ряда.

    Получим:                                

    Тогда:

    

При последовательном соединении групп передач a, b,……m, каждая из которых состоит соответственно из числа передач Pa, Pb,…… Pm, общее

число ступеней регулирования частоты вращения шпинделя при использовании односкоростного приводного двигателя определяется по выражению:

    Z = Pa . Pb .……. Pm  
 

    где m – число групп передач в приводе. 

Эффективная мощность резания определяется по формуле:

    

  Где: F_t – тангенциальная составляющая сил резания, Н;

        V – скорость резания, м/мин.

Для удобства расчетов сведем рекомендуемые данные в табл. 1.

    Таблица 1

 

При наружном продольном и поперечном точении  скорость резания определяется следующим образом:

    

При нарезании  резьбы резцами из твердого сплава:

    

Тангенциальная составляющая сил резания при точении определяется следующим образом:

    

При нарезании резьбы:

    

 

Так как  при точении тангенциальная составляющая силы больше для нее рассчитывают эффективную мощность:

    

Результаты  расчетов сводим в табл. 2.

    Таблица 2

 

Рассчитаем  мощность электродвигателя.

Для расчета  ориентировочно примем КПД равный 0,8:

    

По справочнику  выбираем асинхронный электродвигатель 4А132М2У3, n=3000 мин^-1, N=11 кВт.

Выбираем  максимальную и минимальную скорости резания:

      V_max=530 м/мин;

      V_min=12 м/мин;

Определяем  максимальную и минимальную частоту  вращения шпинделя:

      

    

Из конструктивных соображений примем: n_max=3150 мин^-1, n_min=50 мин^-1.

 После определения предельных частот вращения шпинделя определяем диапазон регулирования:

      

     Внутри диапазона при ступенчатом регулировании частоты вращения шпинделя могут располагаться по различным зависимостям, представляющим числовые ряды. В станкостроении приняты ряды, построенные по закону геометрической прогрессии.

   Определяем значение знаменателя ряда

      

 
 

      _{*******************************************}

      Величины  частот вращения выбирают из нормализованных  рядов для конкретных значений, которые  приведены в нормали станкостроения Н11-1:

50 –  63 – 80 – 100 – 160 – 200 – 250 –  345 – 400 – 500 – 630 – 800 – 1000 – 1250 – 1600 – 2000 – 2500 – 3150.

    На основании выбранного структурного варианта привода и ряда частот вращения шпинделя вычерчиваем в логарифмической шкале структурную сетку (Рис. 1), график частот оборотов (Рис. 2) и кинематическую схему привода (Рис. 3)

Результатом построения графика частот вращения шпинделя является

возможность определения передаточных отношений  всех элементов, составляющих привод главного движения.

  Принимаем  передаточное отношение:

      i₁=1

      i₂=1.26

      i₃=1.58

      i₄=2

      i₅=4

      По  передаточным отношениям определяем числа  зубьев зубчатых колес. Числа зубьев зубчатых колес определяются по нормали Н11-1, используя специальные таблицы, где при заданном передаточном отношении в столбце с выбранной суммой зубьев Sz указывается меньшее колесо.

                                     Р₁=3                 Р₂=3                 Р₃=2                                             

                                        Х₁=1                Х₂=3                Х₃=9        

      

        
 
 
 

      Рис.1 Структурная сетка  привода главного движения станка 

      

      Рис.2 График частот вращения шпинделя 

   Сопряженное колесо находится как разность Sz-z₁=z₂. Для некорригированных зубчатых колес одной групповой передачи элементарной двухваловой коробки Sz=const в зависимости от количества передач в группе.

Принимаем для первой групповой передачи Sz=120

      При i₁=1 z₁=60 z₂=60;

      При i₂=1,26 z₃=53; z₄=67;

      При i₃=1,58 z₅=46; z₆=74;

Принимаем для второй групповой передачи Sz=120

      При i₄=2 z₇=80; z₈=40;

      При i₅=4 z₉=24; z₁₀=96 

      

 

      Рис.3 Кинематическая схема  привода главного движения станка