Расчёт привода главного движения вертикально-фрезерного станка со ступенчатым изменением частоты вращения шпинделя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Введение

1. Анализ конструкции современных металлорежущих станков аналогичных проектируемому

1.1 Описание конструкции и системы управления станка - прототипа проектируемого

1.2 Описание конструкции системы управления и принцип работы проектируемого узла

1.3 Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла

1.4 Описание кинематической схемы привода главного движения, построение структурной сетки и графика частот вращения

1.5 Расчет мощности привода и крутящих моментов на валах

1.6 Расчет передач, устройств и механизмов проектируемого привода

1.7 Расчет шпиндельного узла на жесткость и угол кручения

1.8 Обоснование конструкции шпиндельного узла

2. Описание и расчет системы смазки шпиндельного узла и привода главного движения в целом

Заключение

Литература

Аннотация

Целью данного курсового проекта является разработка привода главного движения вертикально-фрезерного станка со ступенчатым изменением частоты вращения шпинделя. Основные пункты разработки положены в содержание курсового проекта.

Курсовой проект должен содержать пояснительную записку (теоретическая часть, расчеты, приложение (спецификация))

Введение

Машиностроение является основой технического и научного прогресса в различных отраслях производства. Совершенствование машиностроения связано с развитием станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новых видов оборудования

Современное машиностроение предъявляет высокие технико-экономические требования к показателям станков:

- максимальная производительность при обеспечении заданной точности и шероховатости обработанной поверхности;

- точность работы, которая зависит от геометрической и кинематической точности станка, температурных деформаций станка, жесткости деталей и стыков, износа деталей и возможности его компенсации, правильности установки и эксплуатации станка, конструкции и точности зажимных приспособлений и т. д.;

- простота, легкость и безопасность обслуживания и управления, удобство ремонта.

Важнейшим направлением развития современного станкостроения является автоматизация, которая включает комплекс мероприятий (технических, организационных и др.), позволяющих вести производственные процессы без непосредственного участия человека.

Повышение точности в машиностроении поставило перед станкостроителями серьезные задачи в области создания высокоточных станков. Требования к прецизионным станкам с каждым годом растут. В станках применяют новые элементы: направляющие качения, гидростатические и аэростатические направляющие, гидростатические и аэростатические опоры в шпиндельных узлах, передачи винт-гайка качения и гидростатические передачи винт-гайка, различные демпфирующие устройства и многое другое.

В современном станкостроении характерно максимальное использование нормализованных и стандартных узлов и деталей, развитие метода агрегатирования и создание гамм станков в виде нормального ряда типоразмеров с максимальной стандартизацией узлов и деталей.

Значительный вклад в машиностроение вносит развитие станков с ЧПУ. На базе многооперационных станков, оснащенных промышленными роботами, системами измерения, складирования решаются вопросы комплексной автоматизация изготовления деталей.

1. Анализ конструкции современных металлорежущих станков аналогичных проектируемому

Фрезерные станки появились не позднее 1818 года, когда они уже использовались на английских оружейных заводах. В том же году Бланшар изобрел свой станок для изготовления ружейных лож, первый станок, позволявший делать по копиру изделия неправильной формы. К середине 19 века было создано большое количество металлообрабатывающего оборудования: токарных, токарно-винторезных, строгальных и зуборезных станков. В 1829г. английский изобретатель и промышленник Джеймс Несмит (1808 - 1890) улучшил конструкцию фрезерного станка, и он стал одним из главных по тому времени станков. Есть сведения, что фрезерный станок изобрел Эли Уитни (1765-1825).

На фрезерных станках можно обрабатывать наружные и внутренние поверхности различной конфигурации, плоские и фасонные поверхности, в особенности на рычагах, планках, корпусных и других деталях, не являющихся телами вращения, делать местные вырезы и срезы, прорезать прямые и винтовые канавки, нарезать наружные и внутренние резьбы и зубья колес, прорезать прямые и винтовые канавки,.

На фрезерных станках обрабатывают с помощью фрез. Вращение фрезы является главным движением, относительное перемещение фрезы и заготовки (обычно прямолинейное) - движением подачи. Заготовку устанавливают на стол, почти всегда прямоугольный, в некоторых случаях - круглый.

Вертикально-фрезерные станки (рис.1) работают преимущественно торцовыми и концевыми фрезами, обрабатывая плоскости, пазы, контуры плоских деталей, например дисковых кулачков. В зависимости от расположения узлов станка (компоновки) различают консольные и бесконсольные вертикально-фрезерные станки.



а) б)

Рисунок 1 - Вертикально-фрезерные станки:

а -- консольный, б - бесконсольный (с крестовым столом)

Вертикально-фрезерные станки отличаются от горизонтально-фрезерных только с вертикальным расположением оси шпинделя и поэтому строятся обычно на одной базе с ними, имея много унифицированных деталей и узлов. Вертикально-фрезерный станок имеет свою конструкцию станин, и шпиндельного узла, а в кинематической схеме привода главного движения дополнительную пару конических зубчатых колес, передающих вращение на шпиндель. Устройство консольного стола этого станка такое же, как у горизонтально-фрезерного, за исключением поворотной плиты, которой у вертикально-фрезерных станков нет.

Компоновочная схема вертикального консольного и бесконсольного фрезерных станков. Основным конструктивным отличием консольно-фрезерных станков (рис.1) является наличие консоли 1, перемещающейся в вертикальном направлении по направляющим станины. На консоли выполнены горизонтальные направляющие, по которым движутся салазки, несущие стол, с закрепленной на нем заготовкой. Наличие консоли ухудшает технические параметры станка: снижается жесткость, невозможна обработка тяжелых заготовок, усложняется механизм привода подач. Консольными бывают вертикально- фрезерные, горизонтально- фрезерные, универсальные и широкоуниверсальные фрезерные станки. Вертикально-фрезерные станки от горизонтальных отличаются вертикальным расположением оси шпинделя и отсутствием хобота.

В современных фрезерных станках заложен ряд прогрессивных конструктивных решений: раздельные приводы главного движения и движения подач, есть механизмы ускоренных перемещений стола во всех направлениях, однорукояточное изменение скоростей, широкая унификация узлов.

Бесконсольные вертикально-фрезерные станки или вертикально-фрезерные с крестовым столом применяют для фрезерования крупных деталей с большими сечениями среза, имеют большую мощность, высокие частоты вращения шпинделя и величины подач стола. Шпиндельная бабка 2 (рис.1) с расположенной в ней коробкой скоростей перемещается в вертикальном направлении по направляющим станины 3. У некоторых станков ось шпинделя можно установить под углом. Стол движется в горизонтальной плоскости по двум осям. Станок обычно управляется с подвесного пульта. Кроме фрезерных работ на этих станках можно выполнять расточные и сверлильные операции при вертикальной подаче фрезерной бабки.

Особенности конструкции. Нижняя часть консольных станков (рис.2, а - г) унифицирована с горизонтальными станками, вертикальное перемещение совершает заготовка. Компоновка с консолью 1 (рис.1,а) удобна тем, что при изменении высоты заготовки уровень зоны обработки не меняется, но жесткость несущей системы снижена, особенно при удалении стола от стойки, когда увеличен вылет центра тяжести консольной части. Фрезерная головка 2 может быть повернута в вертикальной плоскости.



Рисунок 2 - Основные виды фрезерных станков и характерные их части

1 -- шпиндель; 2 -- стол; 3 - салазки; 4 -- консоль; 5 - поворотная плита.

В бесконсольном станке крестовый стол (стол с салазками) опирается на станину 1 (рис.1,б), что обеспечивает высокую жесткость, позволяет повысить точность и обрабатывать более крупные заготовки. Стандартные нормы точности предусматривают выпуск бесконсольных вертикально-фрезерных станков классов точности Н, П, В. В частности, по классам Н и П соответствующие допуски на отклонение от прямолинейности обработанной поверхности при длине 250-400мм равны 16 и 10 мкм, при длине 630-1000мм - 25 и 16 мкм, причем допуски на соответствующие показатели по классу Н равны допускам для консольных станков по классу П. Вертикальное перемещение фрезерной бабки 2 по стойке 3 используют обычно при наладке в зависимости от высоты заготовки и вылета фрезы.

В вертикальных (консольных и бесконсольных) и некоторых других фрезерных станках шпиндель может выдвигаться из фрезерной головки для точной установки фрезы относительно заготовки и периодического углубления.

Горизонтальные и вертикальные консольные и бесконсольные станки относятся к наиболее распространенным фрезерным станкам. Однако даже на бесконсольных станках (с крестовым столом) невозможно изготовить крупногабаритные детали. Эта задача решается с помощью продольно-фрезерных станков.

1.1 Описание конструкции и системы управления станка - прототипа проектируемого

Вертикально-фрезерный станок модели 6М12П

Вертикально-фрезерный станок модели 6М12П предназначен для фрезерования плоскостей (горизонтальных, вертикальных и наклонных), скосов, уступов и пазов (сквозных и закрытых) разнообразных деталей средних размеров и веса из черных и цветных металлов, а также из пластмасс. Обработка деталей на станке производится концевыми (в том числе и шпоночными) и торцовыми насадными фрезами в условиях единичного и серийного производства.

Для обработки детали необходимо вращение шпинделя с фрезой (главное движение), прямолинейное поступательное перемещение стола в продольном и поперечном направлениях и вертикальное перемещение консоли (движение подач).

Основные части станка и их назначение (рисунок 3):

ОС - основание; СТ - станина (стойка); КПр - коробка переключения; КС- коробка скоростей; СЛ - стол; КН- консоль; СК - салазки; КП - коробка подач; ПГ - поворотная головка.

Станина станка служит для крепления всех узлов и механизмов станка.

Консоль представляет собой отливку коробчатой формы с вертикальными и горизонтальными направляющими. Вертикальными направляющими она соединена со станиной и перемещается по ним. По горизонтальным направляющим перемещаются салазки. Консоль закрепляется на направляющих специальными зажимами и является ба-зовым узлом, объединяющим все остальные узлы цепи подач и распределяющим движение на продольную, поперечную и вертикальные подачи.

Стол монтируется на направляющих салазок и перемещается по ним в продольном направлении. На столе закрепляют заготовки, зажимные и другие приспособления. Для этой цели рабочая поверхность стола имеет продольные Т-образные пазы.

Салазки являются промежуточным звеном между консолью и столом станка. По верхним направляющим салазок стол перемещается в продольном направлении, а нижняя часть салазок вместе со столом перемещается в поперечном направлении по верхним направляющим консоли.

Шпиндель фрезерного станка служит для передачи вращения режущему инструменту от коробки скоростей. От точности вращения шпинделя, его жесткости и виброустойчивости в значительной мере зависит точность обработки.

Коробка скоростей предназначена для передачи шпинделю станка различных чисел оборотов. Она находится внутри станины и управляется с помощью коробки переключения. Коробка переключения скоростей позволяет выбирать требуемую скорость без последовательного прохождения промежуточных ступеней.

Коробка подач обеспечивает получение рабочих подач и быстрых перемещений стола, салазок и консоли.

Поворотная головка крепится к горловине станины и может поворачиваться в вертикальной плоскости на угол от 0 до 45 град. в обе стороны.

Органы управления вертикально-фрезерного станка модели 6М12П:

На рисунке 3 показаны органы управления вертикально-фрезерного станка 6М12П. В станке предусмотрено дублирование управления. Органы управления расположены на передней панели станка и с левой стороны. Включение вращения шпинделя осуществляется спереди кнопкой 15, ас левой стороны -- кнопкой 5, выключение вращения шпинделя -- кнопкой 6. Импульсное (кратковременное) включение шпинделя производится кнопкой 3. Переключение шпинделя на требуемое число оборотов производят рукояткой 1. Требуемое число оборотов устанавливают поворотом лимба 4, ориентируясь по стрелке-указателю чисел оборотов шпинделя. Направление вращения шпинделя изменяют переключателем 26. Шпиндель станка смонтирован в поворотной головке, которая поворачивается в вертикальной плоскости на угол 45° в любую сторону. Шпиндель представляет собой двухопорный вал, смонтированный в выдвижной гильзе. Выдвижение гильзы вместе со шпинделем производят маховичком 9, а зажим -- рукояткой 10.

Рисунок 3 - Основные части и органы управления станка

Включение освещения станка (лампа 8) осуществляется переключателем 7, а включение насоса охлаждения -- переключателем 27. Управление движениями стола осуществляется рукоятками, направление поворота которые совпадает с направлением движение стола. Переключение подач осуществляется с помощью грибка 20 и лимба переключения подач. При этом нажимают кнопку грибка, а пластмассовый грибок отводят на себя до отказа. Затем вращают за грибок лимб и устанавливают требуемую величину подачи. Лимб можно вращать в любую сторону. Включение продольной подачи стола осуществляется рукояткой 12 или 23 (дублирующая).

Включение вертикальной и поперечной подачи производится рукояткой 21 или 24 (дублирующая). Для настройки станка на автоматические циклы перемещения стола применяют кулачки 11. Быстрое перемещение стола в продольном, поперечном и вертикальном направлениях осуществляется кнопкой 2 или 16 (дублирующая). Ручное перемещение стола в продольном направлении осуществляется маховичками 13 и 25 (дублирующий), а в поперечном -- маховичком 17.

Ручное вертикальное перемещение стола производится рукояткой 18. Консоль на поддерживающих стойках крепится рукояткой 19, салазки на консоли -- рукояткой 22. При нажатии на кнопку 14 («стоп») происходит отключение двигателя от сети и торможение шпинделя. Выключение станка от сети производится главным выключателем 28.

1.2 Описание конструкции системы управления и принципа работы проектируемого узла

Управление в приводе главного движения осуществляется, за счет поочередного включения пары зубчатых передач между валами привода, т. е. включения шестнадцати скоростей вращения шпинделя. Переключения с помощью рычага на корпусе привода.

Механизмы централизованного последовательного управления обеспечивает переключение всех элементов и групп передач от одного органа управления в последовательности.

Механизмы производят переключения с одних оборотов на другие с помощью одного управляющего элемента кулачка, постоянно связанного кинематически со всеми переводными рычагами зубчатых блоков. Вследствие этого переход с одних оборотов на другие происходит путем последовательного переключения всех промежуточных частот вращения, находящихся между отключаемыми и включаемыми оборотами. Их достоинство заключается в централизации всех органов управления в одной рукоятке вращающей кулачек (рис. 4).

Рисунок 4 - Кулачковый механизм с упругими дисковыми кулачками

В кулачковых механизмах переводные рычаги с помощью пальцев или роликов связываются кинематически с управляющими пазами кулачков, перемещающих рычаги и зубчатые блоки при вращении кулачков. Пазы кулачков могут быть замкнутыми и разомкнутыми. Первые позволяют вращать кулачек на полный оборот, что полезно при переключении с одной скорости на другую, не близлежащую, так как при этом можно поворачивать кулачек, выбрав наиболее короткий путь. Тем самым сокращается время переключения и число бесполезных промежуточных переключений. Разомкнутые пазы не позволяют этого сделать.

Кулачковые механизмы позволяют централизовать управление несколькими зубчатыми блоками и профилировать кулачки в соответствии с условиями включаемости.

Недостатки кулачковых механизмов следующие:

- при переходе с одной скорости на другую, не близлежащую, подвижные блоки бесполезно последовательно зацепляются со всеми промежуточными ступенями передач. Это приводит к удлинению процесса переключения и к увеличению числа включений и износа зубчатых колес;

- невозможно осуществлять предварительный набор скоростей;

- из-за больших размеров одного кулачка приходится вводить два кулачка, чем усложняется конструкция;

- изготовление кулачков трудоемко и требует специального оборудования.

Кулачковые механизмы управления используется, главным образом, в коробках передач станков, где переключение осуществляется относительно редко (десять раз за смену).

1.3 Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла

Проектируемый узел -- привод главного движения. Максимальная частота вращения шпинделя об/мин, минимальная об/мин.

Эффективная мощность резания . Число ступеней привода .

Определяем диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя

R_n = n_max / n_min = 2000/65 = 30,76 (1.1)

где n_max , n_min - соответственно максимальное и минимальное числа оборотов шпинделя, об/мин.

Определяем знаменатель геометрического ряда чисел оборотов шпинделя

, (1.2)

где z_n - количество ступеней чисел оборотов шпинделя.

Из стандартного ряда выбираем ближайшее значение для

=1,26

По значению выбираем стандартный ряд чисел оборотов

63	80	100	125	160	200	250	315
400	500	630	800	1000	1250	1600	2000

Определим мощность электродвигателя

(1.3)

Выбираем электродвигатель =4кВт - А4100L4У3 / 1435.

1.4 Описание кинематической схемы привода главного движения, построение структурной сетки и графика частот вращения

На основе имеющихся величин Zn и выбираем оптимальный структурный вариант привода

Zn = z₁(x₁)•z₂(x₂)• ... •z_n(x_n), (1.4)

где z₁,z_n - количество различных передач в каждой группе

x₁,x_n - характеристика группы передач

z_n= 16 = 4₍₁₎•2₍₄₎•2₍₈₎

Значения z₁, z₂, z_n для = 1.26 должны удовлетворять условию:

для понижающих передач x₁ = 6

для повышающих передач x₂ = 3.

По выбранному оптимальному структурному варианту привода строим структурную сетку (рисунок 5).



Рисунок 5- Структурная сетка привода

Построение графика частот вращения шпинделя.

Таблица 1 - Исходные данные для построение графика частот вращения шпинделя

Максимальное количество оборотов	nmax	мин-1	2000
Минимальное количество оборотов (стандартное)	nmin	мин-1	63
Количество ступеней оборотов шпинделя	Zn	-	16
Знаменатель геометрического ряда	ц	-	1,26

Определяем число делений изображающих частоту вращения электродвигателя

(1.5)

,

Строим график частот вращения шпинделя (рисунок 6).

n_дв=1435 об/мин



63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000

Рисунок 6- График частот вращения шпинделя

Определим передаточное отношение в каждой группе передач по формуле

, (1.6)

где - принятый знаменатель ряда чисел оборотов

n - количество интервалов (число делений перекрываемых одним лучом).

Определяем передаточные отношение и определяем число зубьев передач по таблице 4.2 [3].

Если i?1, то u=i, i?1, то u=1/i;



Для промежуточной передачи z = 68:

z_{n/n вщ} = 28 z_1вд = 40 i₁ = 28 / 40 = 0,7

Первая группа передач z = 72:

z_1вщ = 24 z_2вд = 48 i₁ = 24/48 = 0,5

z_2вщ = 28 z_3вд = 44 i₂ = 28 /44 = 0,64

_Z3вщ = 32 z_1вд = 40 i₃ = 32 / 40 = 0,8

z_4вщ = 36 z_4вд = 36 i₄ = 36/36 = 1

Вторая группа передач z = 74:

z_5вщ = 21 z_5вд = 53 i₅ = 21/53= 0,396

z_6вщ = 37 z_6вд = 37 i₆ = 37/37 = 1

Третья группа передач z =92:

z_7вщ = 22 z_7вд = 70 i₇ = 22/70 = 0,314

z_8вщ = 31 z_7вд = 61 i₈ = 61/31=2

Определяем отклонения фактических оборотов от стандартных

, (1.7)

(1.8)

Производим вычисления, результаты заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Фактические значения частот вращения шпинделя и относительные погрешности

Пф1		62,45	-0,87%
Пф2		79,94	-0,08
Пф3		99,92	-0,08
Пф4		124,9	-0,08
Пф5		157,71	-1,43%
Пф6		201,86	+0,93
Пф7		252,33	+0,93
Пф8		315,41	+0,13
Пф9		397,78	-0,56
Пф10		509,16	+1,83
Пф11		636,45	+1,02
Пф12		795,56	-0,56
Пф13		1004,5	+0,45
Пф14		1285,76	+2,46
Пф15		1607,2	+0,45
Пф16		2009	+0,45%

Таким образом получаем, что на всех ступенях относительная погрешность не превышает предельно допустимую 2,6.

1.5 Расчет мощности привода и крутящих моментов на валах

Эффективная мощность резания

N_v =2,5 кВт;

Определим мощность электродвигателя, приняв предварительно коэффициент полезного действия привода

(1.9)

Определим составляющую силы резания - окружную силу по формуле

, Н (1.10)

D - диаметр фрезы, мм; D = 150 мм;

S - подача, мм/зуб; S = 0,2 мм/зуб;

С_р = 110; x_р =0,86; q_р = -0,86; у_р = 0,72; - коэффициенты.

Н

Зная необходимую мощность привода главного движения, выбираем электродвигатель:

тип двигателя 4А100L4У3 (P_дв=4 кВт, n=1435 об/мин).

Определяем мощность на каждом валу с учетом потерь на трение в подшипниках, в зацеплениях зубчатых колес:

Вал 1:

Мощность на валу 1:

Частота вращения вала ;

Угловая скорость

Крутящий момент на валу

Вал 2:

Мощность на валу 2:

Частота вращения вала

Угловая скорость

Крутящий момент на валу

Вал 3:

Мощность на валу 3:

Частота вращения вала

Угловая скорость

Крутящий момент на валу

Вал 4:

Мощность на валу 4:

Частота вращения вала

Угловая скорость

Крутящий момент на валу

Вал 5:

Мощность на валу 5:

Частота вращения вала

Угловая скорость

Крутящий момент на валу

Шпиндель:

Мощность на шпинделе:

Частота вращения вала

Угловая скорость

Крутящий момент на валу

1.6 Расчет передач, устройств и механизмов проектируемого привода

Выбираем для изготовления колес и шестерен легированную сталь 40Х. Для колес привода главного движения назначаем термообработку: для шестерен - азотирование поверхности 50…59 при твердости сердцевины 26…30, ; для колес - улучшение HB 230…260, . При этом обеспечивается приработка зубьев.

Определение предварительных диаметров валов

Определим предварительно диаметры всех валов по формуле

, мм (1.11)

где []=25 МПа - допустимое напряжение кручения.

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм

Расчетные значения каждого вала округляем до ближайшего стандартного по ГОСТ 12080-66 и получаем:

d₁ = 18мм, d₂ = 20мм, d₃ = 25мм; d₄ = 32мм, d₅ = 45мм, d_шп = 55мм

Валы первый, второй для средних нагрузок изготавливаем без термообработки из углеродистых сталей 40.

Вал третий, четвертый, пятый изготовим из легированных сталей (при повышенных требованиях к твердости рабочих поверхностей, шлицев) цементируемые стали 12ХНЗА.

На первом валу в месте установки уплотнений термообработка на глубину h=0,3+0,4мм, 45…48 HRC.

Определение межосевых расстояний

Определяем межосевые расстояния по формуле

, мм (1.12)

Принимаем стандартные модули по ГОСТ 9563-60 m₁=2,0 мм; m₂=2,0 мм; m₃= 2,5 мм; m₄=3 мм; m₅=3,5 мм.

мм;

мм;

мм;

мм;

Для конической передачи внешнее конусное расстояние

мм

Определение делительных диаметров зубчатых колес

Определим диаметры зубчатых колес для каждой групповой передачи

(1.13)

Для промежуточной передачи

Первая группа передач

Вторая группа передач

Третья группа передач

Подбор упругой втулочно-пальцевой муфты

Упругая втулочно-пальцевая муфта служит для соединения двух валов. Вала от двигателя и коробки скоростей ограничения передаваемого момента и предохранения части механизмов от поломок при перегрузках, превышающих расчетные.

Рисунок 7 - Упругой втулочно-пальцевой муфта ГОСТ 15620-93

1.7 Расчет шпиндельного узла на жесткость и угол кручения

Приводной элемент шпинделя расположен между его опорами (рис. 8,a). Эта схема типична для фрезерных станков. Радиальное упругое перемещение шпинделя в расчетной точке слагается из следующих перемещений: д_1Q тела шпинделя под действием силы Q на приводном элементе; д_2Q, вызванное деформацией опор от силы Q , д_1P тела шпинделя под действием силы резания Р; д_2P, вызванное деформацией опор от силы Р.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рисунок 8- a) составляющие перемещения шпинделя в расчетном сечении; б) - схемы к расчету шпиндельного узла на жесткость

Упругое перемещение переднего конца шпинделя, слагающееся из всех названных выше перемещений с учетом действия защемляющего момента в передней опоре

(1.14)

Где l - расстояние между передней А и задней В опорами шпинделя; а - вылет переднего конца (консоль); b - расстояние от приводного элемента до передней опоры; J₁ - среднее значение осевого момента инерции сечения консоли; J₂ - среднее значение осевого момента инерции сечения шпинделя в пролете между опорами; S₁ и S₂ - площади сечения переднего конца и межопорной части шпинделя; Е - модуль упругости материала; G - модуль сдвига материала шпинделя; j_A и j_В - радиальная жесткость передней и задней опор; - коэффициент защемления в передней опоре.

Определяем неизвестные параметры:

1.Определяем силы в зацеплении конического колеса ().

Окружная сила определяется по формуле

(1.15)

Радиальная сила определяется по формуле

(1.16)

где - угол делительного конуса; - угол наклона зуба.

Осевая сила определяется по формуле

(1.17)

Определяем силу действия зубчатого колеса на вал шпинделя

Сила резания равна P= 3112,5 H;

a =130мм; b=190мм; l =500мм;

= 0,38 ( таблица 6.22 [3]);

Подставим все значения в формулу (1.14). Получим

Угол поворота (рад) в передней опоре

(1.18)

Составление расчетных схем вала в горизонтальной и вертикальной плоскостях



Рисунок 9 - Расчетные схемы вала в горизонтальной и вертикальной плоскостях

Определение реакций опор производится по формулам теоретической механики с использованием уравнений статики.

В плоскости XOZ

где l1=255 мм, l2=230 мм, l3=80 мм.

В плоскости YOZ



1.8 Обоснование конструкции шпиндельного узла

Опередим диаметр конца шпиндельного узла

, (1.19)

где - k- коэффициент находится в пределах от до ,

- максимальная частота вращения шпинделя.

Для шпинделя вертикально-фрезерного станка выбираем конус 45 по ГОСТ 24644-81. Размеры внутренних и наружных параметров конуса по ГОСТ 15945-82.

В передней опоре располагаем роликовые радиальные двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами серии 3181100К и шариковые упорно-радиальные двухрядные подшипники с углом контакта 60° по ГОСТ 20821-75. В заднюю опору роликовые радиальные двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами серии 3181100К.

Натяг в передней опоре жесткий, а в задней мягкий. Жесткий натяг получается в результате жесткой фиксации колец подшипника друг относительно друга. По мере изнашивания подшипника жесткий натяг снижается. Мягкий натяг создается пружиной, обеспечивающий постоянство осевой нагрузки.

Материал для шпинделя выбираем для станков нормальной точности: сталь 45X с закалкой ответственных поверхностей до твердости , с использованием индуктивного нагрева. Требуемая толщина уплотнения 0,4мм.

2. Описание и расчет системы смазки шпиндельного узла и привода главного движения в целом

фрезерный станок привод смазка

Жидкие смазочные масла хорошо отводят теплоту от шпиндельных опор, уносят из подшипников продукты изнашивания, делают ненужным периодический надзор за подшипниками. При выборе вязкости масла учитывают частоту вращения шпинделя, температуру шпиндельного узла и ее влияние на вязкость масла.

Систему смазывания жидким материалом выбирают исходя из требуемой быстроходности шпинделя с учетом его положения (горизонтальное, вертикальное или наклонное), условий подвода масла, конструкции уплотнений.

Пластические смазочные материалы используются в тех случаях, когда специальное охлаждение не требуется. При проектирование шпиндельных узлов с подшипниками, смазываемыми пластическим материалом, следует определить минимально необходимый для опоры объем материала, сделать прогноз его срока службы.

Объем смазки, которое должно быть заполнено в опору ()

(2.1)

где -средний диаметр подшипника, мм; В - ширина подшипника, мм; k - коэффициент равный 0,01 и 0,02.

Периодически в опоры необходимо вводить дополнительные объемы смазки ()

, (2.2)

где B и D - наружный диаметр и ширина подшипника, мм; - коэффициент, зависящий от периодичности пополнения подшипника смазочным и он равен, для при полнении раз в год .

Дополнительные смазываемые материалы могут быть увеличены в случае неблагоприятных внешних факторов, действующих на подшипники.

Смазка привода главного движения.

Смазочной системой называют совокупность устройств, для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям и возврата в резервуар. Индивидуальная система обеспечивает подачу смазочного материала к одной смазочной точке, централизованная - к нескольким точкам. В системах объемного дозирования регулироваться не только доза, но частоты подачи. Система с жидким смазочным материалом в зависимости от способа его подачи к поверхности трения могут быть разбрызгивающими, струйными, капельными, аэрозольными. В данном приводе используется капельная.

В приводе используется последовательная система смазки. С помощью последовательной системы жидкий смазочный материал подается дозами последовательно ко всем смазочным поверхностям. Доза масла может поступать к данной смазочной точке только после подачи его ко всем остальным точкам.

Основным элементом системы является питатель, в состав которого входят пять плунжеров. Каждый плунжер является одновременно и дозатором и распределителем потока масла для плунжера, находящего после него. Распределитель может начать работу при лубом первоначальном положении плунжеров. В определенный момент может перемещать только один плунжер. По окончанию рабочего хода он соединяется центральный питателя со следующим плунжером.

В приводе главного движения для смазывание узлов и механизмов применяется индустриальное масло И-30 по ГОСТ 20799-75, плотностью и вязкостью Ст., пределы рабочих температур 10ч90 °С.

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован привод главного движения вертикально-фрезерного станка с числом ступеней частот вращения z_n = 16. Минимальная частота вращения шпинделя n_min = 63 об/мин, максимальная n_max = 2000 об/мин.

Для выполнения проекта, были изучены конструкции и системы управления вертикально-фрезерных станков. Были проведены расчеты и обоснование основных характеристик станка в соответствие с исходными данными.

Литература

1. Косилова А.Г. и Мещерякова Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. Том2 -М.: Машиностроение, 1985.

2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высшая Школа, 1978. -368с.

3. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов. - Мн.,: Высш. Шк., 1991. - 382 с.: ил.

4. Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. -М.: Высшая школа, 1985.

5. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование: учеб. пособие - 2-е изд., испр. И доп. Мн.: УП “Технопринт”, 2002 - 290 с.

6. Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков - 2- е изд.- Высш. Шк. 1968.

7. Обработка металлов резанием: Справочник технолога - А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др. М:. Машиностроение., 1974

Размещено на Allbest.ru