Металлорежущие станки. 2

 

 

Титул

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

на разработку курсового проекта  по дисциплине

“Металлорежущие станки”

 

 

 

студенту группы ТЗ-81 ФММ  .

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ специального 

ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА С16

 

 

Исходные данные: 

Комплексная деталь МРС.12.16.00.100.

Информационные:

Материал	Межцентровое расстояние	n max,	Число ступеней  шпинделя	Диаметр обработки	МАХ. длина обработки	Опора ШСЕ	Класс точности опоры
Р6К5	1350	1450	6	90	30	2Х2Т	А354

 

Пояснительная записка: Титульный лист, аннотация, введение, информационно-поисковая часть, технологическая часть, конструктивная часть, заключение.

 

Чертежи: ВО, СБ, РЧ, НИР, спецификация.

 

 

 

 

Шифр проекта МРС.12.16.00.00.000

 

 

 

Дата  выдачи:      

День защиты:    

 

Руководитель проекта – к.т.н Е.В. Раменская

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2012

 

 

УДК 621.6.09.100/4                                                       

Аннотация

В разработанном проекте даны конструкторско-технологические  разработки по созданию металлообрабатывающего оборудования типа МРС.12.16.00.00.000

Разработанный токарный станок может быть использован в различных отраслях народного хозяйства, имеющих основные и   вспомогательные цеха   по   обработке   металлов.

 

 

стр. 27,   табл. 11,, ил 6, ист. 13,  черт. 4

 

The annotation

In the developed project are engineering and design development to create a metal-working equipment such as MRS.12.16.00.00.000

Designed a lathe can be used in various sectors of the economy, with the main and auxiliary plant for the processing of metals.

    P27;  ill.11    ; draw.6    ; tab.4    ; bibl.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Металлорежущие станки (МРС) являются основным видом заводского оборудования, предназначенным для производства современных машин, приборов, инструментов и других изделий, поэтому количество и качество металлорежущих станков, их техническая оснащенность в значительной степени  характеризуют производственную мощь страны.

Процесс конструирования является первым этапом создания станка. Следующим  этапом является  технологическая подготовка производства, а затем этап изготовления деталей и сборки отдельных узлов и всего станка. Принятие правильных решений, что является важнейшим  элементом конструирования, требует от конструктора учета  большого числа взаимосвязанных факторов не только технического порядка.  На самых различных этапах проектирования станка проявляются факторы, относящиеся к разнообразным отраслям знаний.

Целью изучения курса МРС состоит  в изучении методического подхода  к изучению станков, расчеты отдельных узлов и механизмов к данным целевым узлам станка и к станку в целом, а также с принципиальными конструктивными решениями.

Целью курсового проекта по МРС  является разработка конструкции универсального токарного станка.

Задача – чтобы проектируемый станок был компактным, универсальным, удовлетворял всем требованиям по технологической, технической части, виброактивности, технике безопасности.

На сегодняшний день в мире производится очень много металлообрабатывающего оборудования, оно более совершенно, чем оборудование, которое используется на заводах. Поэтому актуально разрабатывать новые модели  металлообрабатывающего оборудования, которые будут удовлетворять всем требованиям и по приемлемой цене.

 

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1 Патентно-лицензионный обзор

 

Таблица 1.1 - Порядок проведения патентных исследований ГОСТ 15.011-82

Виды работ по патентным исследованиям

Формирование плана исследований

НиР

Разработка объекта

Серийное производство

Прогноз развития техники, перспективы планирования

Обоснования заявки на разработку техники планирования

Разработка ТЗ

Выбор направления НиР

Теор. и эксперимент. НиР

Обобщение и оценка результатов  НиР

Разработка ТЗ

Разработка проектной  документации

Разработка рабочей  документации и испытание опытных  образцов

Постановка на производство

Аттестация продукции

Экспорт, продажа лицензий

Снять с производства

Исследование технического уровня, обоснование тех. уровня

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Анализ научно технической  деятельности ведущих фирм

+

+

+

+

+

+

+

Анализ тенденции развития вида техники

+

+

+

+

+

+

Анализ патентно-лицензионной деятельности фирм мира на рынке

Технико-экономический  анализ изобретений

Исследование новизны  разработанного объекта

+

Обоснование правовой защиты, продажи лицензии

+

+

+

 

 

 

Для патентно-лицензионного используем базу Роспатента.

Известен патент RU 2261156 С2

Заявка: 2003134299/02, 27.11.2003

Автор(ы): Казин В.П. (RU), Ципляев А.П. (RU)

Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ГАКС-АРМСЕРВИС" (RU)

Токарный станок

Изобретение относится к области  машиностроения, в частности, к производству металлорежущего оборудования и станков. Сущность изобретения заключается в том, что на основании токарного станка установлена клиновая подставка. Кронштейн выполнен в виде поворотного стола с закрепленной на ней дополнительной клиновой подставкой для установки шпиндельного узла. Кроме того, дополнительная клиновая подставка устанавливается на поворотном столе с возможностью фиксации последнего через 180°. Кроме того, привод содержит двигатель главного движения и дополнительный двигатель подачи, установленные в верхней части агрегатной головки с возможностью регулирования их числа оборотов. Технический результат изобретения состоит в повышении удобства пользования и упрощении конструкции.

Рисунок 1.1. – Токарный станок

Известен патент RU 94493 U1

Заявка: 2010100378/22, 11.01.2010

Автор(ы): Трошкин Борис Иванович (RU), Трошкин Дмитрий Борисович (RU), Кирейков Виктор Алексеевич (RU), Петерс Виктор Давыдович (RU), Шафф Георгий Иванович (RU), Новомейский Юрий Донатович (RU)

Патентообладатель(и): Трошкин Борис Иванович

Специальный токарный станок

1. Специальный токарный станок преимущественно для токарной обработки пятников для железнодорожного подвижного состава, включающий станину сварного типа, шпиндельную бабку с размещенным в ней двигателем главного движения с редуктором, а также планшайбу для установки и закрепления обрабатываемой детали, суппорт, на котором закреплены приводы продольной и поперечной подач, а также резцедержавку с возможностью установки и закрепления токарного инструмента, при этом суппорт состоит из двух частей и имеет возможность поворота верхней части вокруг вертикальной оси с фиксированием угла поворота в двух положениях для обработки цилиндрической и конической участков обрабатываемой детали, а дополнительно специальный токарный станок снабжен съемным устройством для центрирования обрабатываемой детали при установке и закреплении ее на планшайбе в виде усеченного конуса с тремя контактными участками вдоль образующей конуса, при этом контактные участки устройства взаимодействуют с внутренней поверхностью пятника, которая в процессе эксплуатации не подвергается изнашиванию, цена деления лимбов продольной и поперечной подач имеет одинаковую разметку.

2. Специальный токарный станок по п.1, отличающийся тем, что ширина контактных участков устройства для центрирования составляет от 1 до 10 мм.

Рисунок 1.2. – Токарный станок

 

Известен патент RU 32016 U1

Заявка: 2001133934/20, 21.12.2001

Автор(ы): Кузнецов Е.А., Шипулин А.В., Маховикова Н.Р.

Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Станкон"

Станок специальный токарный

Станок специальный токарный, преимущественно для восстановления концов буровых труб, снабженных резьбой, например конусной, содержащий станину, снабженную шпинделем с закрепленными на нем передним и задним зажимными патронами, переднюю бабку, суппорт с устройством для установки обрабатывающего инструмента, в частности отрезного, проходного резцов и резьбонарезной гребенки, а также устройство числового программного управления режимами обработки детали и приводастанка, отличающийся тем, что в нем устройство для установки обрабатывающего инструмента выполнено в виде разнесенных относительно друг друга двух резцедержек, установленных на суппорте в поперечной относительно продольной оси детали плоскости, причем отрезной и проходной резцы установлены в резцедержке со стороны фартука, станка, а резьбонарезная гребенка установлена на второй резцедержке на стороне, непосредственно обращенной к обрабатываемой детали в процессе нарезания резьбы.

Рисунок 1.3. – Специальный токарный станок

 

 

 

 

 

 

1.2 Системный анализ аналогов и выбор прототипа станка

 

Для того чтобы станок обладал высокими техническими характеристиками, необходимо, чтобы его показатели качества (индекс точности, радиальное биение шпинделя, вибро скорость и др.) находились в требуемых пределах в течении всего периода эксплуатации и обеспечивали изготовление продукции заданной точности. Поэтому необходимо оценить начальные (статические) показатели качества станков.

Производим оценку станков по выбранным  параметрам. Для удобства анализа  аналогов и выбора прототипа станка составляем карту данных подобранных  моделей станков в виде таблицы  1.2.

 

Таблица 1.2. - Карта анализа аналогов токарных универсальных станков

Параметры	PROMA SPF-1500PH	CY-S1840G	CW6163C
1. Диаметр обточки  над станиной, мм	460	460	630
2. Диаметр обточки  над суппортом, мм	275	275	350
3. Длина обточки, мм	1500	1000	1500
4. Диаметр отверстия шпинделя, мм	80	57	100
5. Ход пиноли, мм	170	219
6. Диапазон оборотов, мин-1	25-1800	20-2000	7,5-1000
7. Число ступеней оборотов	12	12	18
8. Мах перемещение  салазок, мм	135	750	200
9. Мах перемещение  поперечных салазок, мм	280	219	445
10. Атоматическая продольная подача, мм/об	0.04-2.456	0,06-0,82	0,1-24,3
11. Автоматическая поперечная  подача, мм/об	0.16-0.982	0,02-0,29	0,05-12,15
12. Мощность главного  привода, кВт	5,5	5,5	11
13. Габаритные размеры, мм
Длина	2810	2320	3840
ширина	1000	1150	1100
высота	1295	1700	1920
Масса	2835	1400	2850

 

Для сравнения станков используются такие важные параметры, как: частота  вращения шпинделя, влияющая на шероховатость  обработки детали; мощность электродвигателя главного движения, силу резания; категории  ремонтной сложности, влияющие на время ремонта оборудования; индекс точности, влияющий на точность обработки заготовки; ресурс точности – время в течение которого станок сможет поддерживать необходимую точность без настройки; радиальное биение шпинделя, влияющее на точность обработки детали и другие параметры. Сравнивая параметры предложенных станков с нашим станком, делаем выводы о пригодности станка по выбранным параметрам сравнения.

При рассмотрении вышеуказанных станков  сравнение их технических характеристик. Можно сделать вывод о том, что наиболее подходящим для использования в качестве прототипа является универсальный широкоуниверсальный токарный станок PROMA SPF-1500PH

1.3 Компоновка, конструктивные проработки и описание станка

 

Станок состоит из основных узлов и ряда съемных узлов и принадлежностей,  благодаря которым значительно расширяются его эксплуатационные возможности.

На чугунном основании установлена  станина на которую монтируются  все основные узлы станка. В левой части станины помещены коробки скоростей и коробка подач.

В верхней части станины, по горизонтальным направляющим, перемещается шпиндельная  бабка с горизонтальным шпинделем. По горизонтальным (продольным и поперечным) направляющим станины перемещается суппорт.

Электрооборудование помещено в основание. Охлаждающая жидкость подается электронасосом.

Для хранения инструмента и принадлежностей  к станку придается инструментальный шкаф.

Перечень основных узлов станка и принадлежностей:

Основные узлы:

Коробка скоростей,

Задняя бабка,

Передняя бабка,

Коробка подач,

Суппорт,

Станина,

Электрооборудование.

Съемные узлы и принадлежности:

Держатель инструмента,

Инструментальный шкаф.

1.4  Определение класса точности станка

 

Требуемый класс точности МРС для  обработки деталей заданной точности принимается на основании расчетов и анализа.

Первый параметр R рассчитывается по данным рабочего чертежа по наиболее точному размеру и качеству поверхности.

,

где, - шероховатость детали

- допуск на размер, определяем по обрабатываемой детали и качеству поверхности, определяем для размера .

 сравниваем с  табличным значением, ближайшим для соответствующего класса точности станка по таблице 3.2.1

 

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)