Вертикально-фрезерный станок

Содержание

1. Краткая характеристика вертикально-фрезерного станка………………3
2. Технические требования на проектирование вертикально-фрезерного станка………………………………………………………………………………………………………..7

2.1 Расчет и выбор электродвигателя  главного привода вертикально-фрезерного  станка………………………………………………………….......9

2.2 Расчет технологических  параметров вертикально-фрезерного станка ..9

2.3 Расчет механических  характеристик главного электродвигателя  вертикально-фрезерного станка………………………………………………14

2.4 Расчет механических  характеристик электродвигателя  для различного диапазона частот……………………………………………………………….18

2.5 Расчет статических  и динамических характеристик  электродвигателя вертикально-фрезерного  станка……………………………………………....22

2.6 Разновидность систем  управления применяемых в электрооборудовании  вертикально-фрезерного станка………………………………………………25

2.7 Расчет и выбор частотного  преобразователя…………………………….31

2.8 Расчет и выбор аппаратов  управления защиты………………………….39

2.9 Расчет и выбор питающего  кабеля……………………………………….40

2.10 Расчет освещения………………………………………………………...42

2.11 Особенности наладки  , монтажа и эксплуатации частотного  преобразователя ………………………………………………………………...46

2.12 Техника безопасности  при эксплуатации частотного  преобразователя..53

 

 

 

 

 

1. Краткая характеристика вертикально-фрезерного станка

      Фре́зерные станки́ — группа металлорежущих станков в классификации по виду обработки. Фрезерные станки предназначены для обработки с помощью фрезы плоских и фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых колёс и т.п. металлических и других заготовок. При этом фреза, закрепленная в шпинделе фрезерного станка, совершает вращательное (главное) движение, а заготовка, закреплённая на столе, совершает движение подачи прямолинейное или криволинейное (иногда осуществляется одновременно вращающимся инструментом). Управление может быть ручным, автоматизированным или осуществляться с помощью системы ЧПУ.

Во фрезерных станках главным  движением является вращение фрезы, а движение подачи — относительное перемещение заготовки и фрезы.

Вспомогательные движения необходимы в станке для подготовки процесса резания. К вспомогательным движениям  относятся движения, связанные с  настройкой и наладкой станка, его  управлением, закреплением и освобождением  детали и инструмента, подводом инструмента к обрабатываемым поверхностям и его отводом; движения приборов для автоматического контроля размеров и т.д. Вспомогательные движения можно выполнять на станках как автоматически, так и вручную. На станках-автоматах все вспомогательные движения в определенной последовательности выполняются автоматически

Виды фрезерных станков:

 

• универсальные — с поворотным столом,
• горизонтально-фрезерные консольные станки (с горизонтальным шпинделем и консолью),
• широкоуниверсальные — с дополни­тельными фрезерными головками,
• широкоуниверсальные инструментальные станки — с верти­кальной рабочей плоскостью основного стола и поперечным дви­жением шпиндельных узлов,
• вертикально-фрезерные станки (с вертикальным шпинделем); в том числе консольные,
• бесконсольные (называемые также с крестовым столом),
• с передвижным порталом,
• копировально-фрезерные станки,
• фрезерные станки непрерывного действия, в том числе карусельно-фрезерные,
• барабанно-фрезерные.

Универсально-фрезерный  станок

Имеет горизонтально расположенный шпиндель и предназначен для обработки фрезерованием разнообразных поверхностей на небольших и не тяжелых деталях в условиях единичного и серийного производства. Обработку ведут цилиндрическими, дисковыми, угловыми, концевыми, фасонными, торцовыми фрезами. На этом станке можно обрабатывать вертикальные и горизонтальные фасонные и винтовые поверхности, пазы и углы. Фрезерование деталей, требующих периодического деления или винтового движения, выполняют с использованием специальных делительных приспособлений.

На станине смонтированы все основные узлы станка. Внутри станины  размещены шпиндельный узел и  коробка скоростей. Для поддержания  оправки с фрезой служит хобот  с серьгами (подвесками). По вертикальным направляющим станины перемещается консоль, несущая коробку подач. По направляющим консоли в поперечном направлении движутся салазки с поворотным устройством, которое несет продольный стол и позволяет поворачивать стол вокруг вертикальной оси на 45° в обе стороны, благодаря чему стол может перемещаться в горизонтальной плоскости под разными углами к оси шпинделя. Крутящий момент от двигателя посредством коробки передач передаётся на шпиндель - полый вал в верхней части станины. В передний торец шпинделя вставляется оправка и закрепляется штревелем - стержнем, закреплённым в шпинделе. Оправка - это обычно стержень, имеющий коническое посадочное место-конус Морзе, воспринимающий вращение от шпинделя; на оправку одеваются фреза и фиксирующие её кольца, зажимаются гайкой. Жёсткость оправки поддерживается подвеской.

Горизонтально-фрезерный станок

Отличается от универсально-фрезерного станка отсутствием поворотного  устройства, то есть стол станка может  перемещаться только перпендикулярно  или вместе с салазками параллельно  оси шпинделя.

Широкоуниверсальный фрезерный станок

В отличие от горизонтально-фрезерного станка, имеет ещё одну шпиндельную  головку, смонтированную на выдвижном  хоботе, которую можно поворачивать под любым углом в двух взаимно  перпендикулярных плоскостях. Возможна раздельная и одновременная работа обоими шпинделями. Для большей универсальности  станка на поворотной головке монтируют  накладную фрезерную головку, которая  позволяет обработать на станке детали сложной формы не только фрезерованием, но и сверлением, зенкерованием, растачиванием и т.д.

В некоторых станках этого типа отсутствует консоль, а вместо неё  по вертикальным направляющим станины  перемещается каретка. Каретка имеет  горизонтальные направляющие для салазок  с вертикальной рабочей поверхностью и Т-образными пазами, на которых  крепят стол, делительные и другие приспособления. Широкая универсальность  станка позволяет использовать его  в экспериментальных и инструментальных цехах для производства кондукторов, зажимных приспособлений всех типов, инструментов, штампов, пресс-форм и других деталей.

Вертикальный консольно-фрезерный станок

В отличие от горизонтально-фрезерного, имеет вертикально расположенный шпиндель, который в некоторых моделях станков допускает смещение вдоль своей оси и поворот вокруг горизонтальной оси, расширяя тем самым технологические возможности станка. В отличие от горизонтально-фрезерных станков, оправка для вертикальных станков представляет собой фланец с конусом Морзе с одной стороны и коническим отверстием с другой (тоже конус Морзе), куда и вставляется концевая фреза. Если требуется установить дисковую фрезу, применяется оправка как на горизонтально-фрезерном станке, но много короче; так же и на горизонтальных станках, возможно, применяются оправки вертикальных станков для крепления концевых фрез. Вертикальное движение подачи, как правило, возможно осуществлять и инструментом.

Вертикально- и горизонтально-фрезерные бесконсольные станки

Предназначены для обработки  вертикальных, горизонтальных, наклонных  поверхностей, пазов в крупногабаритных деталях. В отличие от консольно-фрезерных  станков, в этих станках отсутствует  консоль, а салазки и стол перемещаются по направляющим станины, установленной  на фундамент. Такая конструкция  станка обеспечивает более высокую  его жесткость и точность обработки  по сравнению со станками консольного  типа, позволяет обрабатывать детали большой массы и размеров. Шпиндельная  головка, являющаяся и коробкой скоростей, имеет установочное перемещение  по вертикальным направляющим стойки. Кроме того, шпиндель вместе с гильзой  можно сдвигать в осевом направлении  при точной установке фрезы на требуемый размер.

Продольно-фрезерные станки

Используют для обработки  крупногабаритных деталей, главным  образом, торцовым; а также цилиндрическими, концевыми, дисковыми и фасонными  фрезами. Станки делятся на одностоечные и двухстоечные. В четырёхшпиндельном двухстоечном продольно-фрезерном  станке станина имеет стол и портал, состоящий из двух стоек и балки. По направляющим стоек перемещается траверса и две горизонтальные поворотные фрезерные головки. Две другие фрезерные  головки перемещаются по направляющим траверсы. Обработку деталей можно  производить при движущемся столе  и неподвижных фрезерных головках, при неподвижном столе и подаче головок или при одновременно движущихся столе и фрезерных головках.

Токарно-фрезерные обрабатывающие центры

Дополнительные сведения: Токарная группа станков

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр может осуществлять как  точение, так и фрезерование. Используется, в основном, для обработки сложных  деталей и как альтернатива револьверным станкам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Технические требования на проектирование вертикально-фрезерного станка

В зависимости от характера  выполняемых работ и вида применяемых  инструментов металлорежущие станки подразделяют на следующие основные группы: токарные, сверлильные, расточные, шлифовальные, зубо- и резъебообрабатывающие, фрезерные, строгальные и долбежные, отрезные и некоторые другие.

По массе и размерам различают станки: нормальные, имеющие  массу до 10 т; крупные массой от 10 до 30т; тяжелые от 30 до 100т и уникальные свыше   100т.

В зависимости от технологических  возможностей обработки детали разных размеров и форм различают станки:

• Универсальные и широкого назначения личных операций (например, точение, сверление и т.д.) и способов обработки (фрезерование, растачивание отверстий) при обработке изделий многих наименований и типоразмеров; такие станки применяются при штучном и мелкосерийном производстве.
• Специализированные, предназначенные для обработки деталей сходных по форме, но имеющим различные размеры, также станки используются в серийном производстве.
• Специальные, служащие для обработки деталей одного типоразмера, также станки применяются в крупносерийном и массовом производстве.

В зависимости от вида обработки  основные движения (главное и подачи) могут иметь различные характер. Так при строгании сочетаются поступательное движения детали и инструмента (движение резания) и перпендикулярно  к нему поступательное движение инструмента (подачи); при токарной обработке происходит вращение заготовки и поступательное движение инструмента и т.д.

В зависимости от типа станка (токарные, строгальные и т.п.) и  его типоразмера (нормальный, крупный  и т.д.) а также от его конструкции  – электропривод может иметь  следующие режимы работы:

• Продолжительный режим с постоянной нагрузкой S1 –в таком режиме работают главные приводы крупных и тяжелых токарных, карусельных, зубофрезерных и др. станков.
• Перемежающий режим S6 – для станков, оборудованных нерегулируемым приводом и механической коробкой передач
• Повторно-кратковременный режим S3,S4 или S5 – имеют электроприводы многих металлорежущих станков, имеющих регулируемый электропривод (например, токарные нормального исполнения, сверлильные, заточные и т.д.)
• Перемежающийся режим работы с частыми реверсами S7 – для главного привода продольно-строгальных станков

Электроприводы вспомогательных  механизмов работают в кратковременном  режиме S2/

В соответствии с типом  станка и режимом работы определяются требования к электроприводам и  методика расчета мощности электродвигателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      2. Специальная часть

2.1 Расчет и выбор электродвигателя главного привода вертикально-фрезерного станка

Исходные данные для расчета  представлены в Таблице 1

Таблица 1

Материал изделия			D	Вид фрезы	t
Чугун НВ190	2,9 м	4,25 Х 1,25 м	50 мм	Цилиндрическая с мелким зубом	9 мм

 

2.1.1. Определяем расчетную  мощность на валу главного  электродвигателя вертикально-фрезерного  станка.

Так как привод подачи от ЭД главного движения, то увеличивается на 5%.

 

 

 

 

 

    

 

 

 

Где – КПД станка при номинальной нагрузке, отн. ед.;

Принимается (от 0,75 до 0,8)

 и – силовые и скоростные коэффициенты обрабатываемости чугуна при фрезеровании плоскости, отн. ед.;

 – силовые и скоростные показатели степени, зависящие от свойств материала изделия, вида обработки, инструмента, отн. ед.

Для стали и чугуна принимаются  по таблице 1 и 2.

Таблица 2 – Скоростные коэффициенты, показатели степени при фрезеровании плоскостей фрезой из быстрорежущей стали

Материал изделия	Тип фрезы	S, мм/зуб	Коэффициенты, показатели степени
Сталь	Торцовая	>0.1	-	-	0.1	0.4	0.1	0.1	0.2
	Цилиндрическая	>0.1	-	-	0.3	0.4	0.1	0.1	0.33
Чугун НВ 190	Торцовая	-	42	0.2	0.1	0.4	0.1	0.1	0.15
	Цилиндрическая	>0.15	27	0.7	0.5	0.6	0.3	0.3	0.25
Чугун НВ 150	Торцовая	>0.1	-	-	0.1	0.4	0.15	0.1	0.2
	Цилиндрическая	>0.1	-	-	0.3	0.4	0.1	0.1	0.33

 

Таблица 3 – Силовые коэффициенты, показатели степени при фрезеровании плоскостей фрезой из быстрорежущей стали

Материал изделия	Тип фрезы	Коэффициенты, показатели степени					Дополнительные сведения
Сталь	Цилиндрическая	68	0.86	0.86	0.74	1.0	Р18 – марка быстрорежущей  стали
	Торцовая	88	1.1	1.1	0.8	0.95
Чугун	Цилиндрическая	48	0.83	0.83	0.65	1.0
	торцовая	70	1.14	1.14	0.7	0.9

 

 

 

 

S – подача, мм/зуб; Согласно таблицы 4 принимается S=F (цилиндрическая фреза с мелким зубом, чугун НВ 190) = 0,6 мм/зуб.

Таблица 4 – подача S=F(тип фрезы, материал изделия) при черновом фрезеровании, мм/зуб

Фрезы торцевые		Фрезы цилиндрические
сталь	чугун	сталь	Чугун
0,2...0,3	0,4...0,6	0,4...0,6	0,6...0,8

Согласно таблице 5 выбирается тип фрезы и её данные: цилиндрическая с мелким зубом D=50 мм, B=80 мм, z=12.

Таблица 5 –Технические данные фрез из быстрорежущей стали

Тип фрезы	Параметры			Дополнительные сведения
	D, мм	B, мм	Z
Цилиндрическая с ножками  из Р18	75	60,75	8	D – диаметр фрезы; B – ширина фрезерования Z – число зубьев фрезы
	90	60,75,100	8
	110	60,75,100,125	10
	130	60,75,100,125,150	10
	150	60,75,100,125,150	12
Цилиндрическая с мелким зубом	50	50,63,80	12	Для торцовых фрез B=D
	63	50,63,80,100	14
Торцовая	40	40	10
	50	50	12
	63	63	14
	80	80	16
	100	100	18
Торцовая с ножками  их Р18	80	80	10
	100	100	10
	125	125	14
	160	160	16
	200	200	20

 

 

 

T – стойкость фрезы, мин. Согласно таблицы 3 принимается T=F (фреза цилиндрическая с мелким зубом, D=50) = 120 мин.

Таблица 6 – Стойкость фрезы T=F(тип,D)

Диаметр фрезы D,мм		26…40	41…60	61…75	76…150	151…250	251…300	301…400
Т, мин	Тип фрезы
	Торцовая	120	180			240	300	420
	Цилиндрическая с ножками	-			180	-
	Цилиндрическая с мелким зубом	-	120	180	-

 

Делаем подстановку всех полученных данных в формулы:

 

 

 

    

Для главного привода фрезерного станка согласно условия   , выбираем АД:

Таблица 7 параметры выбранного электродвигателя

Марка двигателя		КПД; %		%	J	Уровень шума
АИР160М2	18,5	90,5	0,9	3	0,043	80 дБ	2	2,7	1,8	7

 

 

2.1.2. Определяем параметры  фрезы:

Скорость вращения:

 .

Скорость подачи продольной :

.

Машинное время:

 

Подстановка формул:

.

 

.

 

2.1.3.  Анализ

Анализ. Если T  < (120 мин.), что соответствует фрезе ухудшенного качества, то ЭП будет перегружаться и возможно срабатывание тепловой защиты.

Из расчетных формул видно, что  , а не зависит от Т и

; тогда при  и возрастании увеличится мощность , а следовательно и

При более тонкой оценке следует учитывать величину превышения мощности выбранного ЭД над расчетной () и время обработки изделия. Возможно срабатывания тепловой защиты не обязательно.

2.1.4. Вывод:

Для главного привода фрезерного станка выбран асинхронный двигатель, параметры которого представлены в  Таблице 8.

Таблица 8

Марка двигателя		Режим работы	N Об/мин	мин
АИР160М2	18,5	S1	46,36	8,787

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет механических характеристик главного электродвигателя

вертикально-фрезерного станка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Механическая характеристика.

При построении графика механических характеристик                             , изображенного на рисунке 1, требуется:

4 основных точки и 3 дополнительных.

2.2.1. Первая точка –  идеальный холостой ход S=0; M=0; n=1000;

2.2.2. Вторая точка – естественная характеристика

2.2.3. Третья точка –  критическая

 

где: - скорость вращения;

- критическое  скольжение;

 

где:  - перегрузочная способность двигателя;

 – номинальный  момент;

2.2.4. Четвертая точка – пусковая

Где: - кратность пускового момента:

2.2.5. Дополнительные точки  строятся при условии что: 

 

 

Где:  - критический момент;

 – скольжение, выбираемое по условию;

 

Где: - сопротивление статора;

- сопротивление ротора;

2.2.6. Построим механическую характеристику

2.2.6.1.  Полученные  данные при расчете занесем  в Таблицу 9 
Таблица 9

1	2	3	4
S=0			S=1
M=0

 

 

 

 

 

2.2.6.2. Вычислим дополнительные точки при S=0,1; 0,15; 0,2;

 

 

2.2.6.2.1. При  S=0,1:

 

2.2.6.2.2.  При  S=0,15:

 

2.2.6.2.3. При  S=0,2:

 

 

2.2.7. Построение  механической характеристики:

По подсчитанным данным строим механическую характеристику , рисунок 2:

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Механическая характеристика.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Расчет статических и динамических характеристик                     электродвигателя вертикально-фрезерного станка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 - Статическая механическая характеристика

2.3.1. Максимальная скорость вращения двигателя:

 

Где: - скорость вращения, ;

2.3.2. Электромеханическая постоянная времени якоря двигателя:

 

 

Где: - момент инерции двигателя, кг*

 – сопротивление  якоря, Ом

 – коэффициент передачи двигателя по пртиво ЭДС

 

.3.3. Жесткость механической характеристики:

2.3.4. Снижение скорости привода, зависящие от жесткости механической характеристики:

 

Где: - номинальный момент

5. Резонансная частота:

 

Где: - электромагнитная постоянная двигателя

6. Статическая ошибка, статизм привода:

 

7. Минимальная скорость привода:

 

Где: - статизм подставляется в %.

 

8. Диапазон регулирования:

 

2.3.9 Построение  механической характеристики:

2.3.9.1. Максимальная скорость вращения двигателя:

 

2.3.9.2. Электромеханическая постоянная  времени якоря двигателя:

 

 

 

 

 

2.3.9.3.  Жесткость механической характеристики:

4. Снижение скорости привода, зависящие от жесткости механической характеристики:

 

5. Резонансная частота:

 

6. Статическая ошибка, статизм привода:

 

7. Минимальная скорость привода:

 

 – статизм  подставляется в %.

8. Диапазон регулирования:

 

По подсчитанным данным построим статическую механическую характеристику Рисунок 4:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 - Статическая механическая характеристика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4.  Динамические характеристики могут быть заданы во временной или частотной области.

2.4.1. Величина  перерегулирования – это способность  электропривода поддерживать соответствие  действительной скорости заданному  ей значению при возможных  возмущающих воздействиях (изменение  нагрузки на валу, колебания напряжения  в сетях):