Модернизация привода главного движения и привода подач вертикального фрезерного станка ВМ127М

Проектирование сложных агрегатов, какими являются современные металлорежущие станки, производится, как правило, на основе имеющихся прототипов или аналогичных конструктивных решений. При создании нового станка используются отработанные и всесторонне испытанные конструкции почти всех его основных узлов.

Задачей курсовой работы является развитие творческой самостоятельности и умения применить теоретические знания и практические навыки в конструкторской работе с целью приобретения опыта комплексного подхода к выполнению расчетов и проектированию основных узлов современных металлорежущих станков.

Заданием на проектирование представляется разработка кинематики привода подач и привода главного движения токарно-винторезного станка. В ходе курсовой работы определяется назначение станка, будут рассчитаны технические характеристики, спроектирован привод главного движения и подач, произведен их кинематический расчет.

1. Определение технических характеристик станка

Согласно техническому заданию:

1. минимальная частота вращения шпинделя n = 45 мин^-1;

2. знаменатель геометрического ряда ;

3. число ступеней ;

4. эффективная мощность резания N_эф=7,8 кВт.

По заданию привод главного движения должен включать в себя 2-х скоростной двигатель.

Найдём необходимую мощность привода [3]:

;(1)

где — КПД привода равный 0,6…0,7.

.

Электродвигатель выбираем по справочнику [2], приемлемый по мощности и частоте вращения, на основании расчёта и анализа приводов главного движения станков-прототипов.

Выбираем 2-х скоростной асинхронный электродвигатель 4А160М8/4У3 мощностью 9 кВт и 13 кВт при частотах вращения 750 мин^-1 и 1500 мин^-1.

2. Кинематический расчёт привода главного движения

2.1 Определение размерного ряда n

Определяем диапазон регулирования коробки скоростей [4]:

(2)

Находим n_max:

(3)

Выписываем стандартные значения частот для ц =1,41.

n₁ = n_min =45 мин^-1; n₉ = 710 мин^-1;

n₂ = 63 мин^-1; n₁₀ = 1000 мин^-1;

n₃ = 90 мин^-1; n₁₁ = 1400 мин^-1;

n₄ = 125 мин^-1 n₁₂ = 2000 мин^-1;

n₅ = 180 мин^-1; n₁₃ = 2800 мин^-1;

n₆= 250 мин^-1; n₁₄ = 4000 мин^-1;

n₇ = 355 мин^-1;n₁₅ = 5600 мин^-1;

n₈ = 500 мин^-1;n₁₆ = 8000 мин^-1.

2.2 Выбор структуры привода главного движения

Для нашего станка фрезерной группы конструктивно выбираем следующую структуру привода главного движения (рисунок 1) [1]:

Рисунок 1 — Структура привода главного движения

Признаки:

— компактные габаритные размеры,

— средняя материалоемкость,

— довольно высокий КПД

Данная структура привода имеет преимущества по жёсткости, компактности, но присутствует передача теплоты и вибраций от коробки скоростей к шпинделю, что влияет на точность станка. Но так как у нас станок является среднеточным, то данная структура является оптимальной.

2.3 Выбор оптимальной структурной формулы и построение структурной сетки ПГД

Кинематическая схема привода определяется типом станка и предъявляемыми условиями к его компоновке, в соответствии с которыми выбирается рациональная множительная структура с оптимальным расположением передач на валах, перебором, связанным колёсами и т. д.

Составим структурную формулу привода.

z=16=2_э22₁ 2₂ 2₄ 2₆

Строим структурную сетку привода (рисунок 2).

Рисунок 2 — Структурная сетка

2.4 Построение графика частот вращения и разработка кинематической схемы

Оптимальный график частот вращения выбирается из условия, чтобы значения передаточных отношений не выходили за допустимые пределы, частоты вращения промежуточных валов были по возможности выше и уменьшалась номенклатура колёс, а так же чтобы показатель не превышал допустимых значений — для повышающей передачи и — для понижающей. Построение ведём в полулогарифмических координатах валов привода — (рисунок 4).

Рисунок 4 — График частот вращения

Передаточные отношения определяются, используя график частот вращения в соответствии с числом интервалов перекрываемых лучом.

По графику частот вращения определяют передаточные отношения из выражения [4]:

(4)

где ц — знаменатель геометрического ряда частот вращения,

m — количество интервалов lg ц, пересекаемые лучом, изображающих передачу.

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Определяются фактические передаточные отношения каждой передачи через отношения чисел зубьев ведущего колеса к числу зубьев ведомого колеса. Определяем числа зубьев зубчатых колес (для каждой передачи суммарное число зубьев? z должно быть одинаково):

d₁ =100; d₂ =77;

z₁ = 37; z₃=53;? z=90;

z₂ =45; z₄=45; ? z=90;

z₅=30; z₉=60;? z=90;

z₆=45; z₁₀=45;? z=90;

z₇=30; z₁₁=60;? z=90;

z₈=60; z₁₂=30;? z=90;

z₁₃=18; z₁₆=72;? z=90;

z₁₄ =60; z₁₅ =30;? z=90.

Определяются общие передаточные отношения всей цепи для каждой ступени привода, через произведение передаточных отношений передач, обеспечивающих получение частоты вращения данной ступени.

Определяем фактические частоты вращения по формуле [4]:

(5)

где: — частота вращения вала электродвигателя, мин;

— общее передаточное отношение всей цепи.

.

Определим относительные отклонения фактических частот от стандартных [4]:

; (6)

где — фактическая частота вращения шпинделя, ;

— стандартная частота, .

.

Допускаемое отклонение фактических частот от стандартных [4]:

(7)

Относительные отклонения фактических частот находятся в пределах допускаемых, поэтому принятые нами числа зубьев зубчатых колёс оставляем без изменений.

Определяем расчетную частоту вращения шпинделя и строим расчетную цепь [4]:

(8)

По графику принимаем .

2.5 Определение крутящих моментов ПГД

привод токарный винторезный станок

Рассчитаем крутящие моменты на валах привода.

Крутящий момент на валу электродвигателя рассчитывается по формуле [4]:

(9)

Крутящий момент на каждом последующем валу рассчитывается по формуле [4]:

(10)

где — крутящий момент на предыдущем валу, Н· м;

— КПД передачи;

— передаточное отношение между валами.

Крутящий момент на последнем валу рассчитывается по формуле [4]:

(11)

где — КПД всего привода;

— расчётная частота вращения шпинделя из формулы (8).

.

3. Кинематический расчёт привода подач

3.1 Определение размерного ряда

Согласно техническому заданию:

1. минимальная частота вращения шпинделя s = 25 мм/мин^-1;

2. знаменатель геометрического ряда ;

3. число ступеней ;

Выписываем значения частот по ряду =1,26.

n₁ = 25 мин^-1;

n₂ = 31,5 мин^-1;

n₃ = 40 мин^-1;

n₄ = 50 мин^-1;

n₅ = 63 мин^-1;

n₆= 80 мин^-1;

n₇ = 100 мин^-1;

n₈ = 125 мин^-1;

n₉ = 160 мин^-1;

n₁₀ = 200 мин^-1;

n₁₁ = 250 мин^-1;

n₁₂ = 315 мин^-1

n₁₃ = 400 мин^-1

n₁₄ = 500 мин^-1

n₁₅ = 630 мин^-1

n₁₆ = 800 мин^-1

n₁₇ = 1000 мин^-1

n₁₈ = 1250 мин^-1

Определяем частотный ряд вращения, соответствующий приводу подач: s_i=n_i/p, учитывая шаг ходового винта р = 6 мм.

Таблица 1 — Частоты привода подач

3.2 Выбор оптимальной структурной формулы привода подач

Кинематическая схема определяется сложностью привода подач и предъявляемыми условиями к его компоновке, в соответствии с которыми выбирается рациональная множительная структура с оптимальным расположением передач на валах, перебором, связанным колёсами и т. д.

Составляем структурную формулу:

Z=18=3₃3₁ (1+1)

3.3 Построение структурной сетки подач

Рисунок 5 — Структурная сетка подач

3.4 Построение графика подач

Рисунок 6 — График подач

Таблица 2 — Передаточные отношения

Определяем фактические подачи и их отклонения от стандартных значений (таблица 3).

Таблица 3 — Подачи и их отклонения от стандартных значений

Допускаемое отклонение фактических частот от стандартных по формуле (7):

Относительные отклонения фактических частот находятся в пределах допускаемых, поэтому принятые нами числа зубьев зубчатых колёс оставляем без изменений.

Заключение

В данном курсовом проекте на основе исходного вертикального фрезерного станка ВМ127М мы модернизировали привод главного движения и привод подач. Рассчитали пары зубчатых колёс. Разработали кинематику коробки подач, редуктора и шпиндельного узла. Таким образом, в ходе выполнения курсового проекта закрепили теоретические знания, ознакомились со специальной технической литературой, научились самостоятельно рассчитывать и проектировать узлы станков.

Список используемых источников

1. Анурьев В. И.: Справочник конструктора-машиностроителя. Т1./Под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001.-920c.

2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А.Э. Кравчик, М. М. Шлаф. — М.: Энергоиздат, 1982.-504с.

3. Кочергин А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных приспособлений. Курсовое проектирование. Мн.: Выш.шк., 1991.-382 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. Т1./ Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985;655c.

5. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных ВТУЗов/Под ред. В. Э. Пуша. — М.: Машиностроение, 1985.-328c.