Разработка привода главного движения для фрезерного станка

Создание современных, точных и высокопроизводительных металлорежущих станков обуславливает повышенные требования к их основным узлам. В частности, к приводам главного движения и подач предъявляются требования: по увеличению жёсткости, повышению точности вращения валов, шпиндельных узлов. Станки должны обеспечивать возможность высокопроизводительного изготовления без ручной последующей доводки деталей, удовлетворяющих современным непрерывно возрастающим требованиям к точности.

Фрезерные станки широко применяют во всех отраслях машиностроительной промышленности. Они предназначены для токарной обработки из пруткового материала. На таких станках можно производить черновое и чистовое обтачивание, фасонное обтачивание, подрезание торцов, нарезание резьбы, накатку рифлей и отрезание.

В большинстве станков в качестве привода главного движения применяют коробки передач со ступенчатым регулированием частоты вращения, соединённые с асинхронным электродвигателем. К приводам главного движения предъявляют следующие требования: обеспечение необходимой мощности резания, сохранение постоянства мощности резания в коробках скоростей и крутящего момента, обеспечение заданного диапазона регулирования скорости, высокий КПД, надёжность, простота обслуживания и малые размеры.

Горизонтально-фрезерный универсальный станок предназначен для обработки заготовок из стали, цветных материалов и чугуна фрезами из быстрорежущей стали или оснащенных пластинами из твердого сплава. Станок используется в условиях индивидуального и серийного производств.

1. Описание разрабатываемой конструкции

1.1 Назначение и технические характеристики станка Фрезерные станки предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей различного профиля, прорезание прямых и винтовых канавок, нарезание зубчатых колес.

Конструкции фрезерных станков многообразны. Выпускают станки универсальные, специализированные и специальные.

Технические параметры станка

1. Размеры рабочей поверхности стола

2. Наибольшие перемещения стола :

продольное механическое/ продольное вручную поперечное механическое/ поперечное вручную вертикальное механическое/ вертикальное вручную

3. Габаритные размеры станка

1.2 Описание компоновки заданного типа станка Исходные данные

1. Тип станка и привода: Коробка скоростей горизонтально-фрезерного станка

2. Число ступеней вращения: Z=18

3. Частота вращения шпинделя: nmax = 1600обр мин

nmin = 31.5

4. Эффективная мощность обработки: 6 кВт

Компоновка заданного типа станка

1-Фундаментная плита

7 2-Станина вертикальная

3-Хобот

4 5 6 4-Шпиндель

5-Фреза

6-Оправка

8 7-Подвеска

9 8-Стол

9- Верхние поворотные салазки

10-Нижние салазки

2 10 11- Консоль

1.3 Обоснование конструкции и компоновки проектируемого узла В зависимости от компоновки различают коробки скоростей встроенные в шпиндельную бабку и коробки скоростей с разделенным приводам проектируемая коробка скоростей относится к встроенным в шпиндельную бабку. Переключение скоростей осуществляется с помощью 3 блоков зубчатых колес. Этот метод переключения является простым, надежным, легким в эксплуатации, простым в обслуживании.

2. Кинематический расчет узла

2.1 Построение графиков частот вращения Рассмотрим 4 варианта структурной сетки:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

Выбираем график частот вращения «а» т.к. он имеет веерообразные структуру,

2.2Определяем числа зубьев зубчатых колес Таблица 1 — подбор зубьев зубчатых колес

2.3 Построение кинематической схемы Мы спроектировали коробку скоростей для горизонтально-фрезерного станка. Данная коробка состоит из пяти валов на которых размещаются три блока зубчатых колес и девять простых зубчатых колес

3. Выбор электродвигателя и силовой расчет привода

3.1 Выбор двигателя Определяем КПД по формуле:

?0 =?1?2 ?к, (1)

где ?п = 0,997 =0,93- КПД подшипников

?1 = 0,954=0,81 зубчатой передачи

?м = 0,99- Кпд муфт

?0 =0,93 0,81 0,99 = 0,75

Вычисляем мощность электродвигателя N (кВт) по формуле:

(2)

где — мощность резанья кВт,

?0 — КПД общее Выбираем электродвигатель 4А132М4У3 мощностью 11 кВт, частота вращения 1460об/мин.

3.2Определение крутящего момента на валах по формуле:

Нм Рассчитываем вращающие моменты на валах:

4. Проектировочный расчет деталей узла

4.1 Проектировочный расчет зубчатых колес Материал — сталь45, термическая обработка — нормализация, твердость — HB =230

Определяем модуль по формуле:

(3)

фрезерный станок вал привод где — коэффициент, учитывающий формулу зуба

— вспомогательный коэффициент при проектном расчете передачи

— крутящий момент на шестерне

4.2 Определяем диаметры зубчатых колес по формуле:

d = mz (мм) (4)

Ведомый вал:

Учитывая влияние изгиба вала от напряжения ремня, принимаем [фk] = 20 МПа.

Диаметр выходного вала:

Рассчитываем межосевое расстояние по формуле:

(5)

Рассчитываем ширину зубчатых колес по формуле

(6)

где: — коэффициент ширены шестерни

— модуль

4.3 Проектировочный расчет вылов по формуле:

(7)

где: — допускаемое напряжение на кручении (= 20…25 МПа)

— крутящий момент Нм

5. Обоснование выбора подшипников Намечаем радиальные подшипники средней серии, для переднего края шпинделя выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников из таблицы 6,3[ 7]

Таблица 2 — Выбор подшипников

6. Подбор соединительных элементов валов,(шпонок, муфт, шлицев) НАЗНАЧАЕМ Материал шпонок — сталь 45 нормализованная выбираем призматические шпонки из таблицы 8.9

Таблица 3 -Подбор шпонок [ 7]

Проверка прочности шпоночных соединений Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

(8)

где: Тпередаваемый вращающий момент Н мм

=100…120

Условие прочности выполняется Условие прочности выполняется Условие прочности выполняется Условие прочночти выполняется Условие прочности выполняется Выбераем шлицевые соединения Принемаем соединения шлицевые прямобочные по ГОСТ 1139–80

Z=6мм, d=26мм, D=30мм, b=6мм, d1=24.6мм, a=3.85мм, f=0.3мм, r=0.2мм Вал 4 Z=8мм, d=46мм, D=50мм, b=9мм, d1=44.6мм, a=5,75 мм, f=0.4мм

r=0.3мм Проверка шлицевых соединений на смятие расчитываем по формуле:

(9)

Условие прочночти выполняется

7. Конструктивные размеры шестерни и колеса Шестерню выполняют заодно с валом; ее размеры определены выше:

d1 = 64 (мм); b1 = 68 (мм); df1 = 59 (мм) Колесо кованное: d2 = 256 (мм); d 2 = 260 (мм); b2 = 64 (мм); df2= d 2- 2,5 m = 256 — 5 = 251 (мм) Диаметр ступицы

d ст = 1,6 · d k2 = 1,6 · 54 = 86,4 (мм) Принимаем d ст = 88 ;

Длина ступицы l ст (1,2 ч 1,5) · d k2 = (1.2 ч 1.5) · 54 = 64,8 ч 81 (мм);

Принимаем l ст = 86 (мм).

Толщина обода до = (2.5 ч 4) · m n = (2.5 ч 4) · 2 = 5 ч 8 (мм),

Принимаем до = 8 мм.

Толщина диска С = 0.3*b2=0.3*72 = 21,6 мм, Принимаем С = 22 мм Диаметр отверстий:

Dо = df2 — 2 до = 251 — 2 · 8 = 251 — 16 = 235 мм

d отв = (Dо — d ст) / 4= (235 — 88) / 4 = 36,75 мм Принимаем d отв = 36 мм Условие прочности выполняется Условие прочности выполняется

8. Описание системы смазки узла Внимательное отношение к смазке, нормальная работа системы смазки является гарантией безотказности работы станка и его долговечности.

На станке имеется 2 изолированные центральные системы смазки:

Зубчатых колес, подшипников коробки скоростей и элементов коробки переключения скоростей.

Зубчатых колес, подшипников коробки подач, консоли, салазок, направляющих консоли и стола.

Масляный резервуар и насос смазки коробки скоростей находится в станине. Масло в резервуар заливается через угольник до середины маслоуказателя.

В данный тип коробки скоростей необходимо масло индустриальное И-4ОА (по ГОСТ 20 799–75).

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом У’Т-1, периодически пополняем его шприцем через пресс-масленки.

9. Мероприятия по охране труда Перед началом работы на фрезерном станке необходимо убедиться в целостностии фрезы или пильного диска, убедиться в её или его креплении. Ножевой вал на фрезерных станках должен иметь ограждение, открывающееся и снимающееся только перед началом работы и по окончанию её. Короткие и тонкие заготовки должны обрабатываться с помощью прижимов. При работе подавать заготовки нужно равномерно без толчков и рывков.

Перед началом работы необходимо:

а. проверить наличие на фрезерном станке упоров (пружин, гребенок, роликов) для защиты рабочего от выбрасывания заготовки.

б. чтобы нерабочая часть ножевой головки или фрезы была ограждена постоянным неподвижным кожухом, являющимся стружкоприемником, а рабочая часть фрезы (ножевой головки) должна быть закрыта подвижным кожухом. открывающим фрезу на величину, необходимую для обработки материала.

в. проверить надежность стопора шпиндельного суппорта, а отверстие в столе для шпинделя не должно превышать диаметра шпинделя более чем на 30 мм.

Во время работы необходимо:

а. начинать обработку заготовок на фрезерном станке после того, как шпиндель разовьет необходимую частоту вращения.

б. мелкие детали обрабатывать только в специальных цулагах. в. необходимо следить 'за надежным креплением направляющей линейки. г. при фрезеровании деталей сечением меньше 40×40 мм и длиной менее 400 мм применяют направляющие колодки, соответствующие размерам и форме обрабатываемой детали. д, при фрезеровании с середины необходимо следить, чтобы направляющее приспособление было снабжено упором, противодействующим выбрасыванию материала или обрабатываемой детали. е. верхние и боковые прижимы должны плотно прижимать деталь к столу и направляющей линейке.

Воспрещается:

1. Производить криволинейное фрезерование детали против слоя древесины.

2. Обрабатывать детали по направлению вращения фрезы.

Заключение

В курсовом проекте разработана компоновка коробки скоростей горизонтально-фрезерного станка.

Для этого предварительно проанализированы типовые конструкции заданного типа станка. Была выполнена кинематика, расчет коробки скоростей, рассчитаны числа зубьев зубчатых колес и их геометрические параметры, а так же определены крутящие моменты на валах и рассчитаны подшипники, элементы соединения.

По данным расчетам выполнен чертеж развертки коробки скоростей. Для данного типа коробки подобрано масло, а также освещены вопросы по охране труда при работе за станком данного типа

1. сусликов в а. Металлорежущие станки: курсовое проектирование. Мн.: Беларусь, 2008.

2. Боков В. Н., Чернилевский Д. В., Будько П. П. Детали машин: Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1983.

4. Детали машин: Атлас конструкций / Под редакцией Д. Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1979.

5. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 1984.

6. Куклин Н. Г., Куклина Г. С. Детали машин. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984.

7. Проектирование механических передач / Под ред. С. А. Чернавского,

5-е изд. М.: Машиностроение, 1984.

8. Кочергин А. И. Проектирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Мн.: Вышэйшая школа, 1991.