Расчёт и конструирование привода главного движения станка

Введение

Фрезерование – один из распространённых и производительных методов обработки металлов резанием.

Процесс резания при фрезеровании сложнее чем при точении. При точении резе непрерывно находится в контакте с заготовкой и срезает стружку постоянного сечения. При всех видах фрезерования с заготовки срезается прерывистая стружка переменной толщины. Кроме того, при фрезеровании каждый зуб фрезы входит в контакт с обрабатываемой заготовкой и выходит из контакта при каждом обороте фрезы. Вход зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой сопровождается ударом.

Таким образом, условия работы фрезы значительно тяжелее условий работы резца при точении. Поэтому важно знать основные закономерности процессов фрезерования, чтобы в каждом конкретном случае производить обработку при наивыгоднейших условиях с наибольшей производительностью.

Процесс резания при фрезеровании сопровождается следующими явлениями:

- пластической деформацией металла как в срезаемом слое, так и ниже линии среза над обработанной поверхностью;

- трением стружки о переднюю грань и обрабатываемой поверхности о заднюю грань инструмента;

- выделение теплоты, которая рассеивается в стружку, инструмент, изделие и окружающую среду;

- изнашивание режущего инструмента;

- возникновении в процессе резания металлов при определённых условиях различного вида вибраций (колебаний).

Особенности процесса резания при фрезеровании

Процесс резания при фрезеровании характеризуется периодичностью рабочих и холостых циклов зубьев фрез, температурными колебаниями нагрева зубьев, переменной нагрузкой на зуб фрезы, переменной толщиной стружки.

При фрезеровании резание осуществляется только на части дуги окружности, пока зубья фрезы находятся в контакте с обрабатываемым материалом, после чего он совершает холостой ход. В ряде случаев врезание фрезы в заготовку сопровождается ударом, что способствует повышенному изнашиванию и выкрашиванию режущих кромок.

Если врезание осуществляется с нулевой толщины, как при работе осевыми фрезами, то режущая кромка не сможет сразу внедриться в металл и на некотором участке будет скользить по поверхности металла, сминая и наклёпывая его. При биении фрезы, когда отдельные зубья находятся на разных расстояниях от оси её вращения, возникают значительные колебания сил на отдельных зубьях. Прерывистость процесса резания и колебания сил при резании создают неблагоприятные условия для работы станка и способствуют возникновению вибраций. Периодический нагрев при рабочем цикле и охлаждение при холостом вызывают колебания температуры режущих лезвий. При работе без охлаждения эти колебания не столь значительны, так как воздушная среза слабо отводит теплоту.

Для более интенсивного охлаждения применяют СОЖ. При обработке чугунов и других хрупких металлов нагрев режущих лезвий незначительный, поэтому использование охлаждающих жидкостей не требуется.

Тенденции развития станков

Разработка и внедрение новых типов станков с ЧПУ становится одним из главных направлений автоматизации производства.

При хорошей организации производства станки с ЧПУ дают в короткие сроки большой экономический эффект:

1. Облегчается подготовка производства новых изделий, сокращается подготовительно-заключительное время, не требуется проектирование и изготовление сложных станочных приспособлений.

2. Повышается качество выпускаемой продукции (точность перемещений не зависит от квалификации рабочих).

3. Повышается производительность труда за счёт сокращения машинного и вспомогательного времени.

4. Улучшается использование станков во времени.

Кроме того, получили распространение многооперационные станки, на которых производят комплексную последовательную обработку деталей различными инструментами с автоматической их сменой в рабочем помещении.

Одной из основных тенденций развития фрезерных станков является расширение их технологических возможностей, путём оснащения его различными приспособлениями, внедрение более качественного инструмента (что позволяет увеличить верхний предел частот вращения шпинделя).

В вертикальных консольно-фрезерных станках повышение точности достигается увеличением жёсткости при точном изготовлении узлов и деталей, оснащёние механизмами точного отсчёта перемещений.

Долговечность и качество станков повышается при закалке чугунных направляющий или установке калёных стальных накладных направляющих, применение устройств для выборки зазоров в передачах винт-гайка, централизованной системой смазки, хорошей защиты трущихся пар от загрязнения и др. рост производительности обеспечивается за счёт увеличения мощности главного привода, расширения диапазона регулирования скоростей, повышения скорости быстрых перемещений, механического зажима инструмента и заготовок, применение различных приспособлений.

Анализ гаммы станков

Для анализа приведём некоторые основные технические характеристики вертикально-фрезерных станков.

В таблице 1 рассмотрены вертикально-фрезерные консольные станки.

Таблица 1. Основные параметры вертикально-фрезерных консольных станков.

Параметры	6Т104	6Р10	6Р11	6Р12	6Р13
Размеры рабочей поверхности стола (длина*ширина)	160*630	-	250*1000	320*1250	400*1600
Наибольшее перемещение стола: Продольное Вертикальное Поперечное	400 320 160	500 300 100	630 550 200	800 420 280	1000 420 300
Наибольший угол поворота шпиндельной головки, град	±45	±45	±45	±45	±45
Число скоростей шпинделя	12	12	16	18	18
Частоты вращения шпинделей, об/мин	63-2800	50-2240	50-1600	31,5-1600	31,5-1600
Подача стола	12	12	16	18	18
Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт	2,2	3	5,5	7,5	11

Для рассмотрения возьмём группы вертикально-фрезерных консольных станков. Из табл. 1 видно, что основные параметры варьируются в достаточно широких диапазонах:

Размеры рабочей поверхности стола от 160*630 до 400*1600.

Наибольшие перемещения стола:

Продольное от 400 до 100

Вертикальное от 160 до 300

Поперечное от 300 до 420

Числа скоростей шпинделя от 12 до 18

Частоты вращения шпинделей от 63 – 2800 до 31,5 – 1600

Мощность электродвигателя от 2,2 до 11

В основном большое распространение получили станки среднего типоразмера.

Анализ показывает, что повышение производительности достигается путём увеличения мощности и быстроходности привода главного движения, скоростей быстрых перемещений, расширении диапазона регулирования скоростей и подач.

Техническое задание

Служебное назначение проектируемого оборудования и область его применения

Станок вертикально-фрезерный 6Р12П предназначен для горизонтального- и вертикального фрезерования изделий из различных материалов. На данном станке используются цилиндрические, дисковые, торцовые, концевые, шпоночные, фасонные и другие фрезы.

Станок предназначен для работы в инструментальных цехах крупносерийного и массового производства и в основных цехах мелкосерийного производства.

Станок предназначен для внутренних постановок. Кинематическое исполнение и категория размещения станков по ГОСТ 15150 – 69 – «УХЛ» категория 4, для работы при температуре от +5 до 40. Высота над уровнем моря до 1000 метров.

Техническое задание разрабатывают на основании приказа 06/4-51 по КузГТУ от 30.03.2009 г. «Использование ПО «Ansys» для автоматизированного проектирования деталей станков».

Основные технические характеристики станка приведены в таблице 2

Таблица 2. Технические характеристики станка 6Р12П

Наименование параметров	Данные
Размер рабочей поверхности стола, мм Ширина Длина	1250 320
Число Т-образных пазов	3
Ширина Т-образных пазов, мм Среднего Крайний	18А₃ 18А₄
Расстояние между Т-образными пазами, мм	70^±0,4
Наибольшее продольное перемещение вертикального стола, мм	800
Наибольшее вертикальное перемещение вертикального стола, мм	420
Наибольшее поперечное перемещение вертикального стола, мм Ручное Механическое	250 240
Расстояние от оси вертикального шпинделя до рабочей поверхности стола, мм. Наименьшее Наибольшее	30 450
Конус конца шпинделя по ГОСТ 836-62	№3
Количество скоростей шпинделя	18
Пределы частот вращения шпинделя, об/мин	50 - 2500
Пределы вертикальных подач стола, мм/мин	13,3 - 666
Количество подач стола	18
Пределы продольных и поперечных подач стола, мм/мин	40 - 2000
Ускоренный ход стола (продольный и поперечный), мм/мин	4600
Ускоренный ход стола (вертикальный), мм/мин	1533
Наибольшее осевое перемещение шпинделя (вертикальное), мм	70
Максимальная масса обрабатываемой детали (с приспособлениями), кг	250
Поворот головки вправо и влево, не менее	±45^о
Габаритный размеры станка, мм Длина Ширина Высота	2340 1840 2020
Масса станка, кг, не более	3180
Масса комплекта инструмента и принадлежностей в комплекте станка, кг, не более
Электродвигатель привода шпинделя; Тип Мощность, кВт Частота вращения, об/мин	АО2-51-4С2 7,5 1460
Расстояние от оси шпинделя до вертикальных направляющих станины, мм	350
Электродвигатель привода шпинделя; Тип Мощность, кВт Частота вращения, об/мин	АО2-31-4С2 2,2 1430

Требования и нормы показателей качества при эксплуатации станка

Данные станки должны обеспечить безотказность работы, отличаться долговечностью и быть ремонтно-пригодными. Должно обеспечиваться требование устойчивости к вибрациям, влияния внешней среды. Должны быть учтены оптимальные: количество, размеры, сложность формы и точность изготовления деталей станка.

Обеспечить совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, средств, материалов и времени при технологической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонта.

Должно быть обращено особое внимание на использование стандартных, нормализованных узлов, деталей и агрегатов. Должны быть учтены следующий коэффициенты унификации по числу деталей, по массе, по трудоемкости.

Для создания условий обеспечивающих безотказность работы должны соблюдаться следующий требования:

1. Предусмотреть ограждения вращающихся и движущихся частей

2. Предусмотреть устройства, защищающие рабочего от стружки, пыли, СОЖ.

3. Автоматизировать работу станка.

4. Снабдить станок тормозным устройством.

5. Снизить до минимума шум станка.

6. Предусмотреть местную вентиляцию и освещение.

7. Обеспечить надёжное заземление станка.

Должны быть учтены эргономические требования. К ним относятся: закономерности зрительного восприятия, антропометрические данные, биомеханические возможности человека.

При проектировании станка должны быть соблюдены требования, касающиеся вопросов технической эстетики. Должны быть учтены условия среды, где будет находится станок. В оформлении станка должно существовать композиционное единство, определённый замысел и порядок построения его форм. Должна быть соблюдена масштабность станка.

Для изготовления деталей станков применяются самые разнообразные материалы. При проектировании станка нужно учесть требования, предъявляемые к материалам, намеченным для применения в станке при его изготовлении и эксплуатации.

Различные металлы применяются для изготовления станин, салазок, столов, консолей, шпинделей, подшипников, ходовых винтов и т.д.

Пластмассы применяются для изготовления: направляющих, зубчатых колёс, втулок, вкладышей, деталей делительных устройств, ремней, муфт, крышек, ограждений и т.д.

Железобетон: станины и другие базовые детали.

Отделочные материалы и покрытия: лакокрасочное материалы, гальванические покрытия, облицовочно-декоративные материалы и др.

При проектировании станка должны быть учтены климатические условия в которых будет эксплуатироваться данный станок. Должны быть учтены температура воздуха, среднесуточное её колебание, влажность воздуха, соленые испарения, количество осадков.

Должны быть учтены требования к маркировке, наносимой на станок и тару. Важно предусмотреть возможные варианты консервации и установки станка в зависимости от условий его транспортировки.

Должны быть предусмотрены различные виды транспортных средств, позволяющих транспортировать данный станок. Предусмотреть места и способы крепления, на крупных узлах станка, необходимых при транспортировании и установке станка на место.

Должна быть обеспечена патентная чистота. Для этого необходимо:

1. знать патентные закон стран, в которых намечается поставка станков или передача технической документации.

2. изучить описание российских и иностранных изобретений, что сократит время и средства на поиски уже известных решений.

3. изучить фонды свидетельств и патентов на промышленные образцы

4. проверять патентную чистоту отдельных элементов и узлов.

5. принимать меры для патентования за границей оригинальны конструкций.

Служебное назначение станка

Расчёт и конструирование привода главного движения станка

Выбор структуры привода

Приводы металлорежущих станков предназначены для осуществления рабочих, вспомогательных и установочных перемещений инструмента и заготовки. В нашем случае – это привод вертикального шпинделя.

Применительно к вертикально-фрезерному станку целесообразно использовать передачу от электродвигателя к коробке скоростей при помощь клиновой передачи. Это оправдано тем, что станок передаёт небольшие величины крутящих моментов, и поэтому не требует других, дорогих и более сложных способов передачи крутящих моментов.

Однако в данном случае на станке применяется передача крутящего момента от вала электродвигателя к валу I при помощь упругой муфты 1 (рис. 1).

Выбор электродвигателя

Анализ гаммы станков показывает, что на станках этой группы наиболее широко используются электродвигатели малой и средней мощности. Мощностной диапазон колеблется от 2,2 до 5,5 кВт. Практика показывает, что применение таких типов двигателей наиболее экономически выгодно. Они обеспечивают достаточный диапазон чисел оборотов шпинделя, в среднем от 50 до 2000 об/мин. Используя эти данные на данном станке выбран электродвигатель марки АО2-51-4С2 мощностью 7,5 кВт.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 315; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!