Проектирование фрезерного станка

 

Министерство образования  и науки, молодёжи и спорта Украины

 

Одесский национальный политехнический университет

 

 

 

 

Кафедра металлорежущих станков, метрологии и сертификации

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине “Металлорежущие  станки”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы МИ-083

Денисюк Е.Ю.

 

Руководитель:

Чаругин Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одесса 2012

 


СОДЕРЖАНИЕ 

 

 

1.Введение……………………………………………………………….....

2. Задание на курсовую работу…………………………………………...

3. Выбор метода обработки………………………………………………. 4.Определение режимов резания для обработки данной детали и

выбор электродвигателя…………………………………………………..

5. Построение структурно-кинематической схемы станка (СКС)…….

6. Кинематический расчет привода…………………………………..…

7. Универсальные промышленные роботы в машиностроении….........

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Темпы развития станкостроения количественный и качественный состав станочного парка во многом определяют промышленный потенциал  любой страны и характеризуют  уровень ее машиностроения.

Металлорежущие  станки являются основным видом заводского оборудования, предназначенного для  производства современных машин, приборов, инструментов и других изделий.

Эффективность проектирования и внедрения передовой  технологии, комплексной механизации  и автоматизации процессов производства металлорежущих станков обеспечивается широко развитой специализацией производства на основе агрегатирования, унификации и нормализации деталей и целых узлов. Преимуществом станков, которые выпускаются промышленностью Украины, есть возможность выстраивать их в автоматические линии.


Развитие  вычислительной техники позволило  создавать высокопродуктивное металлорежущие станки с программным управлением, в том числе и с автоматической сменой инструмента. Современные металлорежущие станки – это весьма развитые машины, включающие большое число механизмов и использующие механические, электрические, гидравлические и другие методы осуществления  движений и управления циклом.

Для металлорежущего  оборудования  в настоящее время  характерно быстрое расширение сферы  использования числового программного управления с использованием микропроцессорной  техники. Особого значения достигает  создание гибких производственных систем, благодаря которым можно исполнять  функции управления с использованием компьютеров, исполнять автоматизированное планирование и учёт оборудования.

Научно-технический  прогресс вызвал буйное развитие отраслей хозяйства, необходимых новых машин, оборудования для комплексной механизации.

Модернизация  рабочего парка обеспечивает повышение  продуктивности использования оборудования, качества и точности обработки, автоматизации (поточных линий) обработки станков  и т. д.

Чтобы определить, эффективна ли будет модернизация как экономически, так и технологически, экономисты проводят полный расчёт экономической части модернизации станка в сравнении с базовой моделью, и дают своё решение.

Таким образом  обновляется оборудование с минимальными затратами и максимальным доходом  от реализованной продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 


2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ  РАБОТУ

 

Код задания  648.

Форма обрабатываемой поверхности – две плоскости лыски, показанные на чертеже.

Согласно  заданию, необходимо обработать плоскую  поверхность, на указанной детали, обозначенную утолщенной линией. Тип производства – крупносерийное, переналаживаемое; заготовки штучные. Необходимо обеспечить 7 квалитет точности, при чистовой обработке (глубина резания t=2,25 мм), шероховатость Ra=1,25 мкм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР МЕТОДА ОБРАБОТКИ


Проанализировав все методы формообразования, используемые в металлорежущих станках, выбираем наиболее рациональный, с точки зрения обеспечения требуемой шероховатости. Таковым является метод следа. Он основан на том, что образующая линия получается как след движения материальной точки, являющейся вершиной инструмента. Т.о. для обработки данной поверхности выбираем торцевое фрезерование торцевой фрезой.

На рис.1 показана схема обработки поверхности  торцевой фрезой.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1- Схема обработки концевой фрезой

 

По [2]  выбираем торцевую фрезу ГОСТ 9304-69.  Характеристика инструмента:

D=40 мм, L=32 мм, d=16 мм, z=10 шт.

Материал фрезы – Р6М5.

В качестве обрабатываемого материала выбираем алюминий 

АЛ-8 ГОСТ 15 83-93 (HB=60-80, σB=300-450 МПа).

Применяем горизонтально-фрезерный станок. На данной операции заготовка устанавливается в призму. 

 

 

 

 

 

 

 

 


4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННОЙ

ДЕТАЛИ И  ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

4.1 Черновое фрезерование

 

Назначаем глубину  резания t:

t=2,0 мм.

 Определяем скорость резания V:


,    (1)

 

 

где Cv=245; q=0,25; x=0,1; y=0,2; u=0,15; p=0,1; m=0,2;

T=120 мин;

По табл.37, с.285 назначаем подачу на зуб: =0,1 мм/зуб.

 

, (2)

 

где Kмv = 0,8 (т.2, табл.4, с.263); Kиv = 0,9 (т.2, табл.5, с.263);

Kпv= 1(т.2, табл.6, с.263);

Т.о. скорость резания равна:

 

 

     

 Частота вращения шпинделя n,об/мин:

 

 , (3)

 

 Определяем мощность резания N, кВт

Эффективная мощность Nэ, кВт:

, (4)

 

В формуле (4) величина составляющей силы резания  Pz, Н определяется следующим выражением:

, Н, (5)

 

где Cр=82,5; x=0,95; y=0,8; n=1,1; q=1,1; w=0, (т.2, табл.41, с.291),

Kмp=2, поправочный коэффициент для алюминия 0,25 (т.2, табл.10, с.265).

 

 

 

 

 

 

Итак,  составляющая силы резания  Pz, Н равна:

 

 

 

 

 

       4.2 Чистовое фрезерование

 

Назначаем глубину  резания t:

t=0,25 мм.

 Определяем скорость резания V:


,    (1)

 

 

где Cv=155; q=0,25; x=0,2; y=0,4; u=0,15; p=0,1; m=0,2;

T=80 мин; 

По табл.37, с.285 назначаем подачу на зуб: S=0,06 мм/зуб

 

, (2)

 

где Kмv = 0,8 (т.2, табл.4, с.263); Kиv = 0,9 (т.2, табл.5, с.263);

Kпv= 1(т.2, табл.6, с.263);

Т.о. скорость резания равна:

 

 

 

     

 Частота вращения шпинделя n,об/мин:

 , (3)

 

 Расчет мощности резания.

Так как для  выбора электродвигателя необходима наибольшая мощность резания, принимаем мощность резания по черновой обработке.


 

 

 

 

 


 

 

4.3 Выбор электродвигателя

 

Для оптимального выбора электродвигателя необходимо выполнить условие:

 

 

Nэл.д.>N.                                                        (7)

 

В качестве электродвигателя выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель общего применения АИР80В4.

Мощность – 2,8 кВт;

Число оборотов – 2240 мин-1

КПД = 0,90

Проверяем условие:

2,8 > 2,42

 

Т. к. условие выполняется, то электродвигатель выбран правильно.

Результаты  проведенных расчетов сводим в таблицу 1.

 

Таблица 4.1 - Режимы резания для обработки данной детали и выбранного электродвигателя

Обрабатываемый материал

Алюминий 

АЛ-8 ГОСТ 15 83-93 (HB=60-80, σB=300-450 МПа)

Вид обработки

Торцевое плоское фрезерование

Инструмент

Торцевая фреза ГОСТ 9304-69, D=40 мм, z=10 шт, материал фрезы – Р6М5

Режимы резания

Чернов./чистов.

t,

мм

S, мм/об

V,

м/мин

n,

мин-1

N,

кВт

2/0,25

0,1/0,06

115/174

917/1385

2,48


 

         
         
                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ПОСТРОЕНИЕ  СТРУКТУРНО-КИНЕМАТИЧЕСКОЙ


СХЕМЫ СТАНКА (СКС)

 

В соответствии с выбранной схемой резания строим ортогональный эскиз взаимного  расположения обрабатываемой детали и  режущего инструмента в процессе формообразования обрабатываемой поверхности  показанной на рис.2

 

 

 

 

 

Рис. 5.1 - СКС горизонтально-фрезерного станка

 

  1. Цепь главного движения:

nдв1  →  V1 → W1  → nшп (B1)

  1. Цепь продольных подач:

nдв2 → V2  →  W2 →  tхв2 →  П2

     3. Цепь поперечных подач:

          nдв2 → V2  →  W3→  tхв3 →  П3

 

 

 

 

 

 

 


6. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА

 

Необходимо произвести модернизацию специализации станка для использования  в крупносерийном производстве, а  также сокращение ступеней частот вращения шпинделя, упрощение структуры и  системы управления механизмами  коробки скоростей.

6.1 Построение структурной формулы

 

6.1.1 Принимаем из выполненных расчётов предельные значения частот вращения:

nшт.max=1600 мин-1

nшт.mіп=31,5 мин-1

 

6.1.2 Определяем частотный диапазон регулирования частот шпинделя

Rn=           (8)

Rn=1600/31,5=50

6.1.3 Определим расчётный знаменатель  ряда частот шпинделя:

 

;            (9)

Для расширения диапазона регулирования  предварительно выбираем число ступеней частоты вращения шпинделя z=12.

 

 

Определяем число ступеней коробки  скоростей

где - число ступеней коробки скоростей;

- знаменатель геометрического ряда ступеней частоты оборотов выходного вала.

Принимаем = 1,41; т.к. станок средних размеров;

 

Принимаем =12

 

6.1.4 Строим структурную формулу:

 

 

 

Структурная формула – аналитическое  выражение структуры привода.

 

z=P1(x1)∙ P2(x2) ∙…∙ Pm(xn) ,               (10)

 

где   P1,P2,Pm – количество различных передач;

x1, x2, xn – характеристики групп передач.

 

z=12=3(1)∙2(3)∙2(6)

 

По стандартному знаменателю определяем промежуточные значения частот вращения шпинделя станка и сводим полученные данные в таблицу 2.

 

ni=ni-1∙                         (11)

Таблица 6.1 - Частоты вращения шпинделя станка

n1

n2

n3

n4

n5

n6

n7

n8

n9

n10

n11

n12

31,5

44,9

64

91,5

130,57

186,32

265,88

379,4

541,43

752,62

1102,53

1573


 

6.2 Построение структурной сетки

 

Структурная сетка определяет количество передач, соответствующее аналитической  формуле, количество переключений и  взаимное расположение переключаемых  передач.

  На рис. 6.1 показана структурная сетка для данной структурной формулы.


 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1 - структурная сетка коробки скоростей

 


 

    1.  Построение структурного графика

 

На графике вертикальными линиями  обозначены валы приводов, горизонтальными  – их частоты вращения. В пределах каждого поля расположен один или  несколько лучей, обозначающих наличие  в приводе различных элементарных механических передач, а так же величины передаточных отношений.

В качестве максимальной частоты вращения двигателя принимаем частоту  вращения двигателя, выбранного ранее  nдв=1600 об/мин.

В соответствии со структурной сеткой строим график частот вращения привода  главного движения, показанного на рис. 6.2.

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.2 - Структурный график частот вращения привода главного движения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

    1.  Построение схемы коробки скоростей

 

 

 

Рис. 6.3 – Схема коробки скоростей


 

 

    1.  Определение числа зубьев зубчатых колес

 

Для расчета количества зубьев зубчатых колёс определяем сумму зубьев колес, определив передаточное отношение i:

 

Расчет передаточного отношения 1-ой переборной группы:

 

 

Расчет передаточного отношения 2-ой переборной группы:

 

 

Расчет передаточного отношения 3-ой переборной группы:

 

 

Отсюда находим суммы зубьев переборных групп:

 

∑1=92; ∑2=54; ∑3=96;

 

Определяем числа зубьев шестерен 1-ой переборной группы:

 

 

 

Определяем числа зубьев шестерен 2-ой переборной группы:

 

 

 

Определяем числа зубьев шестерен 3-ей переборной группы:

 

 

Данные заносим в таблицу 6.3.

 

 

 

 


 

Таблица 6.2 - Передаточные отношения коробки скоростей

Параметр

Передаточные отношения

               

Z

                

∑ Z

92

54

96


 

6.6 Определение моментов на валах

 

Исходные данные: 1,5 кВт;

 

Момент на валу электродвигателя:

Момент на первом валу коробки скоростей:

 

  Вт

 

Момент на втором валу коробки скоростей:

 

 Вт

 

Момент на третьем валу коробки  скоростей:

 

 Вт

 

Момент на четвертом валу коробки  скоростей:

 

 Вт

 

 


6.7 Определяем модуль зубчатых колёс:



 

 

 

мм

 мм

 мм

Примем стандартный модуль для всех передач коробки скоростей по первому ряду мм.

 

6.7 Расчет диаметров валов:

 

;

где  МПа – допускаемые напряжения при кручении, для стали 40Х (ТО – закалка ТВЧ).

Значения диаметров округляем  до ближайшего большего стандартного значения.

 ≈ 45 мм

 ≈ 30 мм

 ≈ 25 мм

 ≈ 15 мм

6.8 Расчет диаметров колес

6.8.1 Определение диаметров делительных окружностей зубчатых колёс:

 

d = z∙m, мм; 

 

d1 = 22∙2,5 = 55 мм;

 

6.8.2 Определение диаметров вершин зубьев зубчатых колёс:

 

 

 

dа = d+2∙m, мм;


 

dа1 = 55+2∙2,5 = 60 мм;

 

6.8.3 Определение диаметров впадин зубьев зубчатых колёс:

 

df = d-2,25∙m, мм;

 

df = 55+2,25∙2,5 = 60,625 мм;

 

Для остальных колес, все диаметры рассчитываем аналогично и результаты заносим в таблицу 6.4

 

6.9 Определение межосевого расстояния зубчатых колёс:

;

 мм;

 мм;

 мм;

6.10 Расчет ширины венца колес

 

 

- для коробок скоростей;

 

 мм, принимаем
мм;

 мм, принимаем
мм;

 мм, принимаем
мм;

 

Все результаты расчетов зубчатых колес заносим в таблицу 6.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.3 - Сводная таблица расчетных параметров зубчатых колес

 

Параметр

Передаточные отношения пар зубчатых колес

               

Z

                

∑Z

115

67,5

120

m

2,5

A

46

54

96

d

                

da

                

df

                

7 Проверочные и силовые расчёты

 

7.1 Расчёт вала на циклическую прочность

Для расчёта берём пятый вал.

 

7.2 Определяем окружные силы нормального давления в зацеплении колёс:

 

 

где Мкр - крутящий момент на валу шестерни, Н*м;

d – делительный диаметр шестерни.

d1=38 мм, d2=128 мм.

 

 

 

 

6.8.3 Определяем радиальные силы нормального давления в зацеплении колёс:

 

 

- угол зацепления,

 

 

 


 

6.9 Рассчитываем реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях (определяем по рисунку).

 

 

6.9.1 Реакции опор в вертикальной  плоскости:

 

 

Проверка:

6.9.2 Реакции опор в горизонтальной плоскости:

 

 

 

 

 

 

Проверка:

Строим эпюры изгибающих моментов в горизонтальной  и вертикальной  плоскостях.

 

Рис. 6.4 - Эпюры изгибающих моментов в горизонтальной  и вертикальной  плоскостях

 

 


6.10 Расчет шпоночного соединения

 

Так как шпоночные соединения являются очень важными в коробке передач, то их необходимо проверить на смятие и на срез. Причем на срез проверяются только неподвижные соединения.

 Проверка на смятие осуществляется по эмпирической формуле:

,   (15)

где Мкр - крутящий момент на валу;

d - диаметр вала, на котором расположена шпонка;

h - высота шпонки;

l - минимальная длина шпонки;

Проверка на срез осуществляется по формуле:

 

 

,   (16)


 

 

где B - ширина шпонки.

Допустимые значения и для стали:

,

причем рассчитывается только минимальная шпонка.

Произведём расчёт шпоночного соединения на втором валу

d=75мм

b*h=18*11

lmin=36мм

 

 

 

1,1МПа<

0,67МПа<

 

Рассчитав усилие на смятие и срез, видим, что условия выполняются, т.е. шпонка в узле будет работать нормально.

Условное обозначение – шпонка 18*11*36 ГОСТ 23360-78.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


7. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ В МАШИНОСТОЕНИИ

Многоцелевые промышленные роботы предназначены для выполнения нескольких вспомогательных операций: погрузочно-разгрузочных, транспортных, складских или для обслуживания оборудования различного технологического назначения, требующего разнотипных движений и последовательностей. Универсальные промышленные роботы могут быть использованы не только для автоматизации вспомогательных операций, но и для выполнения основных технологических процессов, например, сварка, термообработки, окраски.

Конструктивные особенности универсальных (многоцелевых) промышленных роботов определяются, прежде всего, необходимым разнообразием их технологических возможностей. В связи с этим при проектировании промышленных роботов требуется обеспечить большое число (5 - 7 и более) степеней подвижности рабочего органа, например, схвата. Для возможности выполнения роботом различных технологических задач используются цилиндрические, сферические и комбинированные системы координатных перемещений звеньев манипулятора (руки и кисти). Универсальные промышленные роботы обычно обслуживают несколько единиц технологического оборудования, установленных вокруг. Их характеризует достаточно большая рабочая зона и высокая маневренность. Однако с возрастанием числа вращательных пар в кинематической структуре манипулятора затруднительно достижение большой грузоподъёмности и точности позиционирования рабочего органа, а также усложняется управление роботом.

С целью увеличения рабочей зоны, например, при обслуживании многоцелевым роботом группы станков или другого технологического оборудования манипулятор может быть установлен на подвижном основании (тележке), дополнительное переносное движение обеспечивает возможность при увеличенном ходе руки сохранить большую грузоподъёмность манипулятора.

Рука  манипулятора может быть выполнена либо как жесткая единая конструкция (обычно в форме стержня трубчатого сечения), либо в виде нескольких шарнирно соединённых звеньев. В некоторых моделях в конструкциях руки и кисти манипулятора имеется по несколько шарнирных соединений, что придаёт промышленному роботу большую подвижность и маневренность.

Манипулятор может быть оснащен механизмом кисти с двумя схемами: при повороте кисти на 180° вокруг продольной оси один схват устанавливается точно на месте другого. Двухзахватное устройство кисти особенно эффективно при обслуживании технологического оборудования, когда нужно, например, снять готовую деталь и на её место тут же установить заготовку.

 

 

Захватные устройства промышленных роботов обычно выполняются сменными.


    Для расширения областей применения универсальных (многоцелевых) промышленных роботов, а также изменения их характеристик с целью приспособления к конкретным условиям производства наряду с базовыми моделями создаются из модификации. Конструктивные варианты промышленных роботов могут собираться из унифицированных узлов, а также из специализированных узлов, созданных только для выполнения конкретных работ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ М20П.40.01

Техническая характеристика:

  1. Грузоподъёмность, кг                                                                         2
  2. Число степеней подвижности                                                              5
  3. Наибольшие линейные пермещения, мм:

  по веритикальной оси                                                                   500

  по горизонтальной оси    500

                                                                                                            800

                                                                                                           1100                                                             

             4.  Наибольшие угловое перемещения, град:

         руки относительно вертикальной  оси                                        300

    кисти относительно продольной  оси                                       90; 180

    кисти  относительно поперечной оси                                         ±3,5

   

  1. Диапазон скорости линейных перемещений, м/с:   

          по вертикальной оси                                                              0,005…0,5                                                    

          по горизонтальной оси                                                            0,008…1,0

 

  1. Диапазон скорости угловых перемещений, град/с:

             руки относительно вертикальной  оси                                           60

             кисти относительно продольной  оси                                             60

             кисти относительно поперечной  оси                                             30

 

  1. Наибольшая абсолютная ошибка позиционирования, мм                  ±1 

 

  1. Усилие зажима схвата, Н                                                                    350;500

 

  1. Время зажима-разжима, с                                                                        2

 

  1. Диапазон размеров, захватываемых деталей

              по наружному диаметру, мм                                                              50…268

 

  1.  Масса (без устройства ЧПУ)                                                                570

Многоцелевые ПР типа применяются для Автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.

Общий вид ПР М20П. 40.01 показан на чертеже.

Исполнительным механизмом ПР является манипулятор, который обеспечивает установку в пределах рабочей зоны захватного механизма-схвата.

 

 

 Манипулятор имеет четыре степени подвижности руки 1 в сферической системе координат, которые, реализуются механизмами:


        Установочные перемещения руки осуществляются с помощью электромеханических следящих приводов, ориентирующие движения руки и кисти руки и зажим-разжим схвата - пневмоцилиндрами.