80/200 | Частота обертання | N, об / хв | 72/181 | 212/531 | 79,6 / 199 | 283/707 | 79,6 / 199 | 212/398 |
Клас точності верстата - П за ГОСТ 8-77. 2.2 Опис, призначення і принцип дії основних вузлів і механізмів верстата Обертання вироби Від електродвигуна постійного струму, розташованого в задній частині бабки вироби, через клинові ремені і приводний шків, що передає рух першому валу бабки вироби шпиндель отримує обертання. Станина Станина верстата виготовлена з двох частин. Кожна частина має поздовжні і поперечні ребра, що забезпечують станині необхідну жорсткість. Верхня частина кріпиться до нижньої болтами і фіксується штифтами. Станина має дві плоскі накладні напрямні прямокутної форми, між якими розташований ходовий гвинт, який здійснює подачі каретки. Накладні напрямні виготовлені сталевими й загартовані. У нижньому корпусі станини є внутрішня ємність, що служить резервуаром для збору та розміщення МОР. З правого торця станини встановлено висувною транспортер стружки і змонтована станція подачі охолоджуючої рідини. Електродвигун головного приводу з подмоторной плитою встановлений на фундамент з заднього боку станини. Натяг ременів здійснюється за допомогою спеціального гвинта. Огорожа Огорожа призначено для захисту працюючих від стружки, бризок охолоджуючої рідини і закриває обертові частини головного приводу. Зона обробки захищена двома рухомими кожухами, в яких є спеціальні вікна для спостереження за процесом обробки та освітлення зони різання. На правому рухомому щитку розташований пульт управління, а також є спеціальне вікно для механізму завантаження. Пара гвинтова поздовжніх подач Пара гвинтова поздовжніх подач призначена для поздовжнього переміщення каретки верстата і включає в себе кулькову гвинтову пару і дві опори. Обидві подібні за конструкцією і включають в себе корпус, два завзятих підшипника, радіальний підшипник, комплект тарілчастих пружин і прилади регулювання натягу тарілчастих пружин. Застосування наполегливих підшипників в поєднанні з пристроєм попередньої їх затягування забезпечує отримання високої жорсткості опор і гвинтової пари в цілому. Ліва пара використовується для кріплення приводу поздовжньої передачі. Конструкція гайки гвинтової пари дозволяє проводити регулювання зазору. Бабця передня Механізм бабки передньої призначений для передачі обертання від двигуна до шпинделя, а також для кріплення вироби в патроні. Корпус бабки встановлений на лівій головній частині станини. Поворот корпусу здійснюється за допомогою настановних розпірних гвинтів, які встановлені в кронштейні, закріпленому на лівому торці станини верстата. Вибір необхідних обертів шпинделя здійснюється автоматично по програмі. Мастило механізмів бабки передньої здійснюється від централізованої системи змащення. Олія по трубопроводу надходить до маслораспределітелю в корпусі бабки, і далі до точок змащення і маслоуказателе. Упори управління Упори управління призначені для подачі сигналів по шляху від рухомих органів верстата - каретки і ползушкі за координатами Z і X. У комплект упорів по кожній координаті входить планка з пазами, упори і електропереключателі. За координаті Z на станині встановлена метрична лінійка, а на каретці - покажчик. За координаті X планка з пазами кріпиться до ползушке, електроконтактні перемикач встановлений нерухомо на каретці. За координаті Z лінійка з пазами закріплена до станини нерухомо, електороконтактний перемикач переміщається разом з кареткою. Для визначення положення каретки щодо нульової точки на планці по координаті Z встановлений прапорець, який замикає безконтактний вимикач при переході нульової точки вправо. Замкнуте кінцевий вимикач блокує кнопку повернення каретки в нульову точку по осі Z. Для повернення каретки в нульову точку по осі Z необхідно повернути її в ручному режимі в ліву зону від упору нульового положення. Після цього можна натисканням кнопки перемістити каретку в нульову точку по осі Z. Привід поперечних подач Привід поперечних подач розташовується на верхній стінці каретки і включає в себе перехідною фланець, сполучну запобіжну муфту і електродвигун. Пара гвинтова поперечних подач Пара гвинтова поперечних подач (63 * 10) призначена для переміщення поперечного верхнього супорта і базується в корпусі каретки. Верхня опора включає в себе два завзятих підшипника, голчастий підшипник, тарілчастий пружину і пристрій регулювання натягу тарельчатой пружини. Нижня опора включає один радіальний шарикопідшипник. Конструкція гайки дозволяє проводити регулювання зазору в гвинтовий парі. На нижньому кінці гвинта є квадрат під ключ для обертання гвинта вручну. Мастило гвинтової пари і її опор централізована від станції мастила. Центратор Центратор призначений для центрування заготовки відносно осі шпинделя і подачі її в патрон. Після закінчення обробки центратор захоплює деталь у патроні і подає її в розвантажувальний лоток механізму завантаження. Центратор містить корпус, в якому розташований механізм центрування заготовки. Центрування (затиск) проводиться по внутрішньому діаметру заготовки переміщенням плунжерів від тарілчастих пружин. Разжим заготовки здійснюється пневмоциліндром. Центратор розташований на різцевої голівці і працює в автоматичному циклі. Головка різцева На верстаті встановлена 6-та позиційна різцева головка з віссю, перпендикулярної осі шпинделя. Різцева головка призначена для закріплення інструментальних оправок і центратора. Головка містить корпус, виконаний у вигляді порожнього стакана і проміжного підстави, на якому кріпляться і встановлюються змінні інструментальні оправлення, центратор, фіксуючий пристрій, механізм повороту й затиски різців головки, командоаппарат, електрично пов'язані з системою управління. Для гасіння ударів при повороті і фіксації в голівці передбачено демпфірує пристрій. Фіксуючий пристрій різцевої головки містить дві напівмуфти з круговим зубом. Одна з напівмуфт жорстко закріплена на підставі, а інша прикріплена до корпусу. Для попередньої фіксації головка забезпечена шістьма упорами однобічної дії. Механізм повороту змонтований на центральному валу, жорстко пов'язаний зі склянкою і підставою. Поворот різцевої головки здійснюється від вбудованого електродвигуна через диференційний механізм. Затиск головки здійснюється через трапецевидні 3-х Заходне гвинт. Камандоаппарат головки містить сім мікроперемикачів, з яких шість служать для подачі команди електродвигуну на реверс, а сьомий для контролю затиску головки в необхідний позиції. Поворот головки з вихідного положення в заданий здійснюється за допомогою включення електродвигуна за програмою або перемикачем на пульті управління (при налаштуванні). Рух від електродвигуна через диференційний механізм і проміжні передачі передається гвинтовий парі механізму затиску. При обертанні гвинтової пари корпус головки піднімається і розчіплюється з напівмуфти зчеплення, закріпленої на підставі. Після розчеплення головка повертається до заданого положення, контрольованого одним з шести мікроперемикачів. При спрацьовуванні одного з мікроперемикачів дається команда на реверс електродвигуна і відповідно корпусу різцевої голівки. Корпус головки повертається до жорсткого упору і потім затискається в заданому положенні, що контролюється мікроперемикачем. Конструкція різцевої головки передбачає робити настроювання, поворот і затиск її вручну. Для цього на валу диференціального механізму передбачений квадрат під ключ. В основі голівки подається МОР, яка через канали корпус подається у інструментальні блоки і далі на різець у зону різання. Змащення тертьових поверхонь голівки здійснюється консистентним мастилом. Блоки інструментальні У комплект інструментальних блоків входять оправлення трьох найменувань: - Оправки розточувальні; оправлення різьбові; оправлення торцеві.
Відправки розточні і різьбові розраховані для обробки виробів трьох типорозмірів. Пристосування для виставки інструменту Пристосування для виставки інструменту виконано на базі приладу БВ-2010 і призначено для розмірної налаштування поза верстата різального інструменту в оправках по заданих розмірах у двох горизонтальних координатах. Виставка ріжучої кромки інструменту по вертикалі здійснюється за рахунок зсуву об'єктива до різьбленого зображення в приладі. Пристосування поставляється з підставками для кріплення і виставки ріжучого інструменту. Каретка Каретка призначена для забезпечення переміщення різального інструменту в поздовжньому і поперечному напрямках. Встановлюється на напрямних станини. Утримується каретка відносно напрямних планками, прикріпленими до площини корпусу каретки. На верхній частині площині каретки виконані дві вертикальні напрямні кочення під верхній супорт, які виконані у вигляді накладних сталевих загартованих платівок, жорстко прикріплених до корпуса каретки. В якості елементів кочення прийняті танкетки, дві з яких жорстко прикріплені до верхнього супорта, а дві інші виконані подпружінена. Верхній супорт відносно напрямних утримується прівертнимі планками. Захист від попадання стружки і охолоджуючої рідини на напрямні верхнього супорта забезпечується щитками, прикріпленими до верхнього торця верхнього супорта. Додатково на торцях верхнього супорта встановлені повстяні і гумові ущільнення. Захист напрямних станини під каретку здійснюється за допомогою скребків, повстяних і гумових ущільнень. Для захисту гвинта поздовжньої подачі до торців корпусу каретки прикріплені щитки. Лівий щиток заходить під шпиндельної бабки і закриває гвинт на всій довжині ходу каретки. Мастило напрямних станини під каретку, що направляють під верхній супорт здійснюється від станції централізованої дозаторні мастила. Для цієї мети в корпусі каретки і верхньому супорті виконані мастилопроводи, з'єднані між собою і станцією централізованої змащення гнучкими шлангами через дозатори. Каретка є несучим вузлом для ряду вузлів і деталей. На верхній частині каретки змонтовані: коробка кінцевих перемикачів, направляючі під верхній супорт, гвинт поперечної подачі, верхній супорт. На верхньому торці корпусу каретки прикріплений кронштейн електропроводки, механізм поперечної подачі та ін Нижня площина корпусу каретки зліва використовується для кріплення гайки гвинта поздовжньої подачі. Для монтажу електропроводки в корпусі каретки передбачені отвори, пази і виїмки. На верхньому супорті змонтовані різцева головка і поперечні упори, а так само трубопровід подачі охолоджуючої рідини, мастила, підведення електрики і пневматики. Привід поздовжніх подач Привід поздовжніх подач розташовується з лівого торця станини і кріпиться до передньої опори гвинта поздовжньої подачі. Привід включає в себе перехідний фланець, сполучну запобіжну муфту і електродвигун. Сполучна запобіжна муфта включає в себе дві втулки, жорстко з'єднані відповідно з валом електродвигуна і кінцем гвинта, напрямну втулку, два стягнутих болтами диска і зрізної штифт. Наявність фрикційної зв'язку в поєднанні з зрізних штифтом, забезпечує безсоромній зчленування втулок при роботі з номінальними навантаженнями і відключення приводу при великих навантаженнях. Охолодження Охолодження призначено для подачі охолоджуючої рідини на ріжучий інструмент в зоні різання і включає в себе гидробак з насосом, механізм підводки до верхнього супорта каретки і рухому систему трубопроводів на верхньому супорті. Гидробак з насосом розташовуються з правого торця станини. Підводка охолоджуючої рідини до каретки і верхньому супорта здійснюється за допомогою гнучких шлангів, розташованих в захисних кожухах. Подача СОЖ проводиться до шестипозиційний різцевої голівці, і через розподільник у шпиндель передньої бабки. Патрон поворотний Патрон поворотний призначений для закріплення заготовки і її повороту після обробки одного з кінців без розкріплення. За своєю конструкцією патрон являє собою сталевий циліндричний корпус з ребрами жорсткості і вікнами, в якому змонтована поворотна частина з клиновим механізмом затиску. Поворотна частина від гідравлічних циліндрів за допомогою рейкового зачеплення повертається на 180 о. Механізм затиску заготовки виконаний дворядним з шістьма кулачками в кожному ряду з гідравлічним приводом. Для затиску заготовок різних діаметрів в кулачки патрона встановлюються змінні вставки. Робота патрона здійснюється як в автоматичному циклі за заданою програмою, так і в ручному з пульта управління. Електротрубомонтаж Електротрубомонтаж по верстату ведеться в ніші станини. Електропроводка до каретки здійснюється за допомогою гнучких шлангів. Пульт ЧПУ встановлюється спереду верстата в лівій стороні і з'єднується з верстатом гнучкими зв'язками, що дозволяє встановлювати пульт ЧПУ в залежності від конкретних умов. 2.3 Технічна характеристика гідрообладнання і системи змащення Таблиця 18. Технічна характеристика Найменування параметрів | Дані | Марка масла, що заливається в станцію гідроприводу і станцію механізму врівноваження | Масло турбінне - 22 ГОСТ 32-74 | Марка масла, що заливається в централізовану циркуляційну станцію мастила |
| Марка масла, що заливається в централізовану імпульсну станцію мастила | Масло ВНДІ НП-401 ГОСТ 11058-64 | Тип станції гідроприводу та станції механізму врівноваження - Робочий тиск станції гідроприводу, кгс / см 2 робочий тиск станції механізму врівноваження, кг / см 2 максимальна продуктивність станції гідроприводу та станції механізму врівноваження, л / хв
|
Г48-83
10 ... 45
10 ... 30
26 |
2.4 Технічний опис УЧПУ 2Р22 Призначення Пристрій числового програмного керування 2Р22 призначене для управління металообробними верстатами. По захищеності від впливу навколишнього середовища, пристрій призначений для роботи в механічних цехах машинобудівних заводів в стаціонарних умовах. Технічні дані По виду обробки геометричної інформації пристрій є контурно-позиційним з жорстким завданням алгоритмів керування на базі мікро-ЕОМ "Електроніка МС 1201.02». Пристрій забезпечує одночасне керування з круговою і лінійною інтерполяцією по двох координатах, Пристрій забезпечує одночасне управління по трьох координатах (тип формоутворення визначається програмним забезпеченням). Пристрій забезпечує нарізування різьблення на конічних і циліндричних поверхнях. Пристрій забезпечує завдання наступних режимів роботи з клавіатури пульта управління:
автоматичне введення; покадровий введення; введення констант; введення зовнішніх носіїв інформації; пошук кадру; ручне управління; фіксоване положення; вихід у вихідне положення; висновок на зовнішній носій інформації.
Пристрій забезпечує введення інформації:
з пульта пристрою керування; з фотосчітивающего пристрої; з касетного накопичувача на магнітній стрічці «Іскра 005-33» (надалі КНМЛ); з ЕОМ вищого рангу.
Пристрій забезпечує виведення інформації:
на блок відображення символьної інформації (Боси); на перфоратор ПЛ-150м; на КНМЛ «Іскра 005-33»; на ЕОМ вищого рангу.
Пристрій забезпечує видачу сигналів аналогових напруг 10 вольт постійного струму для управління приводами подачі.
Параметри ЦАП: діапазон перетворень - 10000; похибки перетворення в діапазоні від 0 до 1 мВ не більше 50%; похибки перетворення в діапазоні від 1 до 5 мВ не більше 10%; похибки перетворення в діапазоні від 5 до 10 мВ не більше 3%.
Пристрій в залежності від ПО забезпечує прийом аналогових сигналів напругою 10 В постійного струму для ланцюга адаптивного управління.
Параметри АЦП: діапазон перетворення 1024; похибки перетворення в діапазоні від 0 до 78 мВ не більше 2%; похибки перетворення в діапазоні від 78мВ до 10В не більше 4%;
Пристрій забезпечує зберігання програмного забезпечення в репрограміруемом постійному запам'ятовуючому пристрої РПЗУ.
Зв'язок пристрої з верстатом кабельна. Довжина кабелю не більше 30 м. Електричне живлення пристрою здійснюється змінним трифазним струмом з напругою 380 В при відхиленні від -15 до +10% і частотою 50 Гц при відхиленні від -1 до +1%. Споживана потужність пристроєм не більше 0,9 кВ А. Час готовності до роботи не більше 10 хвилин. Кількість керованих координат і ЦАП - 4. Кількість обмінних дискретних сигналів 160. Параметри вхідних дискретних сигналів:
рівень логічного нуля від 0 до 2 В; рівень логічної одиниці від 18 до 24 В; вхідний струм не більше 30 мА.
Параметри вихідних дискретних сигналів:
комутований струм не більше 0,2 А; напруга, що комутується не більше 24 В.
Ємність пам'яті ЗУ без збереження інформації при відхиленні харчування не менше 8 Кбайт. Ємність пам'яті ЗУ зі збереженням інформації 8 Кбайт. Час збереження інформації 120 п. Програмоносітелямі є:
восьмідорожковая перфорування стрічка; магнітна касета РК (тип 490) або касета аналогічного типу.
Пристрій, що забезпечує індикацію на Боси з інформаційною ємністю 8 або 16 рядків по 32 символу наступної інформації:
технологічної програмою; розміри інструмента; зміщенням нуля звіту; поточної координати; режимів роботи; причини зупинки чи збою.
Максимальне переміщення по координатах: 9999,999 мм. Максимальне зміщення нуля відліку по кожній координаті 9999,999 мм. Корекція інструменту 9999,999 мм. Максимальний крок різьблення - 40 мм. Число постійних установок - 32. ПЗ пристрою забезпечує виконання додаткових функцій:
повернення на траєкторію; цикл розгону і гальмування; корекція робочих подач; обробку УП з повторенням робочої її частини; введення параметрів верстата в пам'ять; редагування керуючої програмою; режим автоматичної компенсації люфту при реверсі; діагностика функціональних вузлів; завдання величини переміщень в абсолютних і відносних координатах з програмуванням десяткового дробу; завдання величини подач в мм / хв або в мм / об, частоту обертання шпинделя в об / хв; дискретність завдання переміщення: 0,001 мм або 0,1 мм; змінну структуру слова, нулі в старших розрядах можна опускати; час витримки безпосередньо в десятих частках секунди; відпрацювання постійних циклів записаних в РПЗУ; реалізацію функцій електроавтоматики верстата.
Канал адаптивного управління Верстати з ЧПУ застосовуються при виробництві деталей невеликих серій, коли завдання оптимізації процесу обробки не може бути вирішена на основі попередньої обробки режимів різання з урахуванням статистичних даних. Найбільш доцільним шляхом її вирішення є застосування АС. У залежності від умов технологічного процесу механічної обробки як критерію адаптивного управління можуть бути обрані наступні технологічні показники: заданої точності, шорсткості обробки, якості поверхневого шару, стійкості процесу різання (робота без автоколивань), міцності інструменту (деталі), сталості силових параметрів процесу різання (N, Р та ін). У залежності від умов технологічного процесу механічної обробки як критерію адаптивного управління можуть бути обрані наступні технологічні показники: заданої точності, шорсткості обробки, якості поверхневого шару, стійкості процесу різання (робота без автоколивань), міцності інструменту (деталі), сталості силових параметрів процесу різання (N, Р та ін). У нашому випадку в АС використовується принцип підтримання на постійному рівні силових параметрів - складових сили різання. У цих умовах стабілізується навантаження на інструмент, поліпшуються умови його роботи, підвищується точність обробки і інші параметри процесу різання. Для контролю величини складових сили різання застосовується датчика тиску і пульсації тиску ЛХ-417 показано на аркуші 13. 2.5 Технічна характеристика верстата Таблиця 18. Технічна характеристика верстата Найменування параметрів | Дані | Найбільший діаметр встановлюваного виробу, мм | 351 | Найменший діаметр встановлюваного виробу, мм | 140 | Найменша довжина обробленого вироби, мм | 180 | Межі частот обертання, об / хв | 6,3 ... 630 | Регулювання частот обертання шпинделя | безступінчасте | Кількість фіксованих позицій різцевої головки | 6 | Найбільша кількість одночасно встановлюються оправок різцевих в головці різцевої |
5 | Межі подач по осях координат, мм / хв по осі X |
по осі Y |
1,0 ... 2000 1,0 ... 2000 | Швидкі переміщення по осях координат, мм / хв по осі X по осі Y |
до 9500 до 10000 | Види нарізаються різьб | циліндрична, конічна, трапецеїдальних (ліва, права) | Межі кроків нарізаються різьб, мм | 0,1 ... 39,99 | Найбільша поздовжня подача при нарізуванні різьб, мм / хв |
4000 | Найбільша довжина ходів супортів, мм | 850 450 | Кінець шпинделя фланцевого за ГОСТ 12595-72 | 1-1 1 М | Найбільше зусилля різання, Н | 9500 | Габаритні розміри верстата з електро-і гідрообладнання (без завантажувального пристрою), мм довжина ширина висота |
7550 3350 2380 | Маса верстата без виносного електрогідрооборудованія і знімних частин (не більше), кг |
16500 | Маса верстата в повному комплекті, кг | 23000 |
2.6 Естетика і ергономіка Токарний верстат з ЧПУ моделі РТ735Ф3 відповідає вимогам естетики і ергономіки. Забарвлення верстата відповідає вимогам психофізіології зору і техніки безпеки. Зелений колір надає тонізуючу дію, виключає монотонність. Розміри верстата розраховані на середній зріст 165 см, що відповідає фізіологічним вимогам людини і комфортних умов праці. Зручне розташування механізмів управління і сигналізації сприяють підвищенню продуктивності праці, безпеки роботи на верстаті. Захисний кожух, що закриває зону обробки, надає верстата велику статичність і покращує об'ємно-просторову структуру верстата. Простота і пропорційність форм верстата забезпечують зручне обслуговування та економічність верстата. 2.7 Обгрунтування вибору конструкції проектованого обладнання У даному дипломному проекті була поставлена задача - розробити токарний верстат з ЧПУ на базі моделі РТ735Ф3, що має більш високу точність. Ретельно розглянувши низку різних варіантів конструктивних змін, що вносяться у верстат і порівнявши варіанти цих змін, які позначилися на якості і точності виготовлення заданої деталі, був обраний варіант із застосуванням у якості опор шпинделя гідростатичних підшипників, а в якості направляючих каретки - напрямні кочення. Перевага цього методу вирішення проблеми полягає в тому, що істотно підвищується точність обробки і якість оброблюваних поверхонь. Це досягається за рахунок того, що при застосуванні гідростатичних підшипників, похибки виготовлення шпинделя, особливо посадочних поверхонь під підшипники кочення, не переносяться на оброблювану деталь, так як масляний шар має демпфуючі властивості. Також збільшується плавність руху шпинделя за рахунок відсутності в опорах тертя спокою. Збільшується довговічність шпиндельного вузла, тому що тертя в опорах майже відсутня і, відповідно відсутній знос. Напрямні кочення забезпечують високу точність і рівномірність руху, рушання робочих органів без стрибків, а так само точне позиціювання. 2.8. Розрахунок приводу головного руху Параметри приводу головного руху залежать від ряду факторів: розмірів оброблюваної деталі, матеріалу заготовки, матеріалу ріжучої частини інструменту і т.д. Оскільки матеріал оброблюваної деталі - муфти легована сталь (30ХГСА), матеріал ріжучої частини інструменту - твердий сплав Т15К6, а при обробці спеціальної різьби фасонним інструментом виникають досить великі складові сили різання, то, виходячи зі статистичних даних при чорновій обробці, приймаємо такі гранично допустимі параметри процесу різання: глибина різання - t max = 7 мм, подача - s max = 1,0 мм. Визначення сил різання Вихідні дані: Оброблюваний матеріал: Сталь 30ХГСА. Вид обробки: Зовнішнє поздовжнє гостріння. Ріжучий інструмент: Різець прохідної. Матеріал ріжучої частини: Т15К6. Стійкість інструменту: Т = 90 хв. Розрахунок Розрахунок ведемо по [20, стор 246]. Вибираємо гранично допустимі глибину і подачу різання: t max = 7 мм, s max = 1,0 мм. Визначаємо швидкість різання: , [М / хв] де , - Коефіцієнт оброблюваності стали, МПа, n v = 1, K п v = 0,9 - коефіцієнт враховує вплив матеріалу заготовки; K і v = 1,15 - коефіцієнт враховує вплив матеріалу інструмента; K v = 0,9 - коефіцієнт враховує вплив кутів у плані; K r = 0,8 - коефіцієнт враховує вплив радіуса при вершині; C v = 476 - постійна; m = 0,2; x = 0,15; y = 0,45 - показники ступеня. . м / хв. Визначаємо сили різання: , [Н], де , , МПа, n = 0,75, K м p = 1,09; К р = 0,94; К р = 1,25; К р = 1,15; До rp = 1,04; C p = 300; x = 1; y = 0,75; n = =- 0,15. . , Н. , [Н], Н. , [Н], Н. Визначаємо потужність різання: , [КВт]; кВт. , [КВт], де N = 38,3 кВт - потужність різання; = 0,859 - ККД приводу головного руху. кВт. Для приводу головного руху вибираємо двигун Siemens тип 1 PH 8296 NE, N ном = 45 кВт, n ном = 1000 хв -1. Розрахунок коробки швидкостей Частоти обертання шпинделя змінюються за рахунок частотного регулювання електродвигуна і за рахунок переключення двох ступенів редуктора. Дані електродвигуна: N = 45 кВТ n ном = 1000 хв -1 n max = 3000 хв -1 Необхідні частоти обертання шпинделя: n ном = 10 хв -1 n max = 3000 хв -1 Діапазон регулювання двигуна: Діапазон регулювання коробки швидкостей: хв -1 Загальний діапазон регулювання: Застосуємо привід з комбінованим регулюванням для якого до умовної частоти забезпечується регулювання з постійним моментом в діапазоні D м, а вище - регулювання з постійною потужністю в діапазоні D р. Число ступенів коробки швидкостей Приймаються z = 4 Передавальні відносини: Для першого валу: i 1 = 0.8, i 2 = 0,25 Для другого валу i 3 = 1,25; i 4 = 0,25 Будуємо графік частот обертання Визначення чисел зубів зубчастих коліс Z 1: Z 2 | 0,8 | 0,25 | 1,25 | 0,25 |
Визначення модуля зубчастих коліс Так як основними причинами виходу з ладу зубчастих коліс верстата є втома поверхневих шарів зубів, їх знос, зминання торців зубів перемикаються шестерень. Тому при розрахунку зубчастих передач модуль визначаємо не тільки виходячи з міцності зуба на згин, але й з втоми поверхневих шарів Для першої переборного групи: мм = (2,74 * 250) \ 1,75 = 391 = 1,5 мм = (1,8 * 250 +67) \ 1,2 = 430 Н \ см 3 Приймаються m 1 = 2,5 мм Для другої перебіркові групи: мм мм Приймаються m II = 2 мм Визначення діаметрів зубчастих коліс. Діаметр ділильного кола зубчатого колеса: d i = m i × z i. Діаметр кіл вершин зубів: d а i = d i + 2 × m i. d 1 = m 1 × z 1 = 2,5 * 40 = 100 мм; d а 1 = d 1 + 2 × m 1 = 105 d 2 = m 2 × z 2 = 2,5 * 50 = 125 мм; d а 2 = d 2 + 2 × m 2 = 130 мм; d 3 = m 3 × z 3 = 2,5 * 18 = 45 мм; d а 3 = d 3 + 2 × m 3 = 50 мм; d 4 = m 4 × z 4 = 2,5 * 72 = 180 мм; d а 4 = d 4 + 2 × m 4 = 185 мм; d 5 = m 5 × z 5 = 5 * 50 = 250 мм; d 6 = z 6 * m 6 = 5 * 40 = 200 мм d а 6 = d 6 + 2 × m 6 = 210 мм d 7 = z 7 * m 7 = 5 * 18 = 90 мм d а 7 = d 7 + 2 × m 7 = 100 мм d 8 = z 8 * m 8 = 5 * 72 = 200 мм d а 8 = d 8 + 2 × m 8 = 370 мм 3) Визначимо відстань між осями валів: При роботі валів коробки швидкостей основними навантаженнями є сили, що виникають у зубчастих передачах. В обертових валах ці сили викликають напруги, що змінюються по знакозмінним симетричному циклу. Попередньо розрахунок на міцність визначає діаметр валу за умовним розрахунком на чистове кручення без врахування впливу вигину. , Де [Τ кр] - знижений напруга, що допускається кручення, МПа. При попередньому розрахунку для валів з конструкційних вуглецевих сталей допустимі напруження кручення на вихідних ділянках приймаємо [τ кр] = 15 ... 20 МПа. На інших ділянках валів діаметри призначаємо виходячи з конструктивних і технологічних вимог. Вал І: Вал ІІ: Вал ІІ: 2.9 Розрахунок поліклиновий передачі між двигуном приводу головного руху і редуктором Поліклиновий ремінь включає в себе кілька робочих поверхонь трикутної форми, що дозволяє рівномірно розподіляти навантаження між ними і забезпечити сталість розрахункових діаметрів шківів. У цьому їх основна перевага перед клиновими ременями. Невелика висота і кордшнур з хімічного волокна дозволяє використовувати їх на шківах малого діаметра з передавальним числом до 8 і при швидкості до 40 м / с. При рівних умовах роботи дана передача компактніша, ніж з клиновими ременями. Розрахунок Розрахунок ведемо по [2]. Визначимо переріз ременя. Визначаємо момент на швидкохідному валу M = 9740 [H м], де N - потужність, що передається ременем, кВт; n 1 - мінімальна частота обертання швидкохідного валу, хв -1. M = 9740 = 438 H м. Отже, перетин ременя Л. Його параметри: Рис. 5. Ремінь поліклиновий H = 9,5 мм; t = 4,8 мм; h = 4,85 мм; r 1 = 0,2 мм; r 2 = 0,7 мм. Визначаємо диметр шківів. Нехай діаметр меншого шківа d 1 = 200 мм. Діаметр веденого d 2 = i * d 1 = 2 * 200 = 400 мм. Найближче значення із стандартного ряду d 2 = 400 мм. Уточнюємо передаточне значення з урахуванням відносного ковзання S = 0,01. . Визначаємо міжосьова відстань: a min = 0,05 (d 1 + d 2) + Н = 0,05 (200 +400) +9,5 = 340 мм; a max = d 1 + d 2 = 200 +400 = 600 мм. Приймаються проміжне значення a = 470 мм. Визначаємо розрахункову довжину ременя: L p = мм Найближче стандартне значення L p = 2000 мм. Уточнюємо міжосьова відстань: де - Параметри нейтрального шару. Визначаємо кут обхвату малого шківа d 1: 170 . Визначаємо швидкість ременя: м / с. Визначаємо коефіцієнти: кута обхвату ; режиму роботи ; швидкості .
Визначаємо найменше міжосьова відстань, необхідну для надягання ременя а min = А - 0,01 L; а min = 520 - 0,01 · 2000 = 500 мм. Визначаємо найбільше міжосьова відстань, необхідну для витяжки ременя а max = А + 0,02 L; а max = 520 + 0,02 · 2000 = 480 мм. Приймаються вихідну довжину L 0 = 1600 мм і відносну довжину L / L 0 = 1,25. Прініаем коефіцієнт довжини ременя З L = 0,9 +0,1 L / L 0 = 1,025. Визначаємо число ребер поліклинового ременя: z = 10 F / [F] 10; де: [F] 10 = (F 10 * де F 10 - що допускається окружна сила для передачі полікліновим ременем з десятьма ребрами при передатному відношенні i = 1, , Еталонною довжині L 0, роботі в одну зміну з постійним навантаженням. - Складова, що враховує вплив передавального відношення. 5 Нм. [F] 10 = (1300 * 0,97 * 1,025 +50) * 0,73 = 980 Визначаємо вихідну потужність N 0 = 28,6 кВт. Визначаємо поправку до моменту на передавальне число Δ М = 4 кг · м. Визначаємо поправку до потужності Δ N = 0,001 Δ М i n 1; Δ N = 0,001 · 4.1000 Δ N = 4 кВт. Визначаємо допустиму потужність [N], кВт [N] = (N 0 C α C L + Δ N i) C p; [N] = (28,6 · 0,97 · 1,025 + 4) 0,73 = 24 кВт. Визначаємо число ребер ременя 10 N z = -; [N] z = = 18,05 кВт. Приймаються кількість ребер z = 18. Номінальна потужність, що передається ременем: , Де - К.к.д. механізму від валу ремінної передачі до шпинделя. Визначаємо ширину шківа В = (z - l) s + 2 * f, де s - крок ребер, мм; f - довжина вільної частини шківа, мм. В = (18 - 1) 4,8 + 2 · 5,5 = 92,6 мм. Визначаємо окружне зусилля, що передається ременем (за номінальною потужності): де v = 10,5 м / с - мінімальна робоча швидкість ременя для даного верстата. Натяг гілок ременя: ; S 1 min = 2420 H. Зусилля, що діє на вал при роботі верстата: Q = S 1 + S 2 = 6030 +1680 = 7710 H. Визначимо робочий ресурс розрахованої клиноремінною передачі: 2.10 Розрахунок жорсткості шпиндельного вузла При розрахунку на жорсткість визначаємо пружне переміщення шпинделя в перетині його переднього кінця, для якого проводиться стандартна перевірка шпиндельного вузла. При розрахунку радіальної жорсткості всі сили наводимо до двох взаємоперпендикулярних площинах Y і Z, що проходить через вісь шпинделя. Обчислюємо радіальне переміщення його переднього кінця в цих площинах, а потім сумарне переміщення: Вихідні дані для розрахунку. Складові сил різання: Р Z = 22933 Н; Р Y = 11466 Н. Момент на шпинделі М нр = 3046 Нм. Вага деталі G д = 246 Н. Проекція сили Р на вертикальну площину: Р в = Р z - G д = 22933-246 = 22687Н; на горизонтальну площину Р г = Р y = 11466 Н. Окружна сила в зубчастому зачепленні: (Н). Радіальна сила в зубчастому зачепленні: 16922 * 0,36 = 6159 (Н). Проекції сили Q на вертикальну площину: Q в = Q t * sin 38 o + Q r * sin 52 o = 6159 * 0,616 +16922 * 0,788 = 17126 (Н); на горизонтальну площину: Q р = Q t * cos 38 o - Q r * cos 52 o = 16922 * 0,788-6159 * 0,616 = 9543 (Н). Вертикальна площина: : P В * (l + a) + Q B * (l - в) - R BB * l = 0; 51 026 (Н). R AB - R BB + Q B + Р B = 0; R AB = R BB - Q B - Р B = 51026 - 17126 - 22687 = 11213 (H). Горизонтальна площина: : P г * (l + a) + Q г * (l - в) - R B Г * l = 0; 26141 (Н) R A Г - R B Г + Q Г - Р Г = 0; R A Г = R B Г - Q Г - Р Г = 26141 - 9543 - 11466 = 5132 (H). Сумарні реакції в опорах: Жорсткість опор шпинделя: J 1 = 94739 (Н / мм), j 2 = 178 956 (Н / мм). Радіальне пружне переміщення кінця шпинделя з урахуванням власного деформації і деформації його опор визначається за формулою [4; стор 178]: Кут повороту в передній опорі: де Е = 2,1 * 10 5 [Н / мм 2] - модуль пружності матеріалу шпинделя; J 1 - середнє значення моменту інерції перерізу консолі. J 2 - середнє значення моменту інерції перерізу шпинделя в прольоті між опорами; Радіальне пружне переміщення кінця шпинделя у вертикальній площині: Радіальне пружне переміщення кінця шпинделя в горизонтальній площині: Сумарне радіальне переміщення кінця шпинделя: Кут повороту в передній опорі: Q - проекція сумарної сили Q на площину сили Р. З вищенаведених розрахунків можна зробити висновок: шпиндель верстата задовольняє допускаються вимогам по жорсткості. Розрахунок гідростатичних опор шпинделя Рис. 5. Схема радіального замкнутого підшипника. Розрахунок та оптимізацію гідростатичних підшипників виробляємо за програмою. Методика розрахунку підшипників використовувана в програмі наведена нижче [14]. Методика розрахунку радіального гідростатичного підшипника Призначаємо діаметр шийки валу D, мм для радіальних підшипників, виходячи з загальних вимог, що пред'являються до конструкції вузла. Визначають ефективну площу підшипника А еф, мм 2. У загальному вигляді
де p k - тиск у кишенях опори, МПа; p - поточне значення тиску на поверхні опори, МПа; А - площа опори, що сприймає зовнішнє навантаження, мм 2. На практиці застосувати таку формулу: Довжину підшипників L, ширини перемичок l 0, обмежують кишені в осьовому напрямку, і ширини перемичок l k між кишенями (всі розміри в мм) встановлюють залежно від призначення проектованого вузла. У практиці для радіальних гідростатичних підшипників L = (0.8 ... 1.4) D; l 0 = (0.04 ... 0.15) D; l k = (0.08 ... 0.20), однак проектування може змінити межі зазначених величин. Число кишень z в радіальному підшипнику приймають рівним 4 або 6 (в останньому випадку жорсткість підшипника вище); за технологічними міркуванням частіше приймають число кишень 4. Розраховуємо первісне значення робочого зазору, мм. Для мастильної рідини з коефіцієнтами динамічної в'язкості = 5 ... 50 МПа c (олії марок І-5А, І-12А, І-20А) і при тиску джерела живлення p н = 2 ... 5 МПа для радіальних підшипників придатна формула . Приймають жорсткість j (Н / мм) гідростатичного підшипника з урахуванням балансу жорсткості всього проектованого вузла. Жорсткість повинна бути аналогічна жорсткості валу, втулки і сполучених з нею деталей. Як правило, Н / мм. Визначаємо тиск джерела живлення який зазвичай не виходить за межі 2 - 5 МПа. В іншому випадку проводять корекцію значень і j у пунктах 3 або 4. Виробляємо оптимізацію підшипників за такими критеріями, як енергетичні втрати, демпфірування, жорсткість, швидкодію та ін У високоточних і важко навантажених вузлах найважливіший критерій оптимізації - енергетичний: теплові виділення в підшипниках повинні бути мінімальними, тому що вони знижують точність виконавчих рухів, ускладнюють роботу засобів охолодження.
Сумарні енергетичні втрати (кВт) складаються із втрат на в'язке тертя в підшипнику і витрат потужності, необхідної для прокачування мастильної рідини через підшипник. Втрати на в'язке тертя: Витрати потужності на прокачування мастильної рідини через підшипник На практиці для розрахунку енергетичних втрат користуються такими формулами: Функції сумарних втрат енергії для підшипників всіх типів мають екстремальний характер залежно від робочого зазору й в'язкості мастильної рідини. Отже, за умовою мінімізації втрат на тертя можна здійснити вибір робочого зазору і в'язкості мастильної рідини . Формули для визначення і по мінімуму енергетичних втрат наведені нижче: . Визначаємо основні параметри:
Навантажувальну здатність: , [H], де відносне зміщення рухомої частини підшипника ; Витрата Q мастильної рідини в мм 3 / с: Силу демпфування F д в Н: ; Проводимо розрахунок параметрів дроселя. Довжину каналу (мм) капілярного дроселя, що має круглий перетин, визначаємо як
, де d ін - діаметр каналу дроселя, мм; q ін - витрата мастильної рідини через дросель (мм 3 / с), відповідний витраті через одну кишеню радіального або одну сторону упорного підшипника. Якщо канал дроселя має перетин, відмінне від круглого, то його наводимо до круглого. При проектуванні опор і розрахунку дроселів враховуємо, що трубопровід виконує роль додаткового гідравлічного опору, особливо при великих витратах рідини. Методика розрахунку наполегливої гідростатичного підшипника Рис. 5. Схема наполегливої гідростатичного підшипника Розрахунки, що виконуються при проектуванні наполегливих підшипників, зводяться до визначення несучої здатності, жорсткості, витрати мастила і втрат на тертя. Визначаємо несучу здатність упорного підшипника за формулою
кг; . Визначаємо жорсткість наполегливої гідростатичного за формулами:
при центральному положенні валу щодо опорних поверхонь (e 1 = 0) кг / мкм; при зміщенні шпинделя під дією зовнішніх сил на величину e 1 кГ / мкм, де p н - тиск, що створюється насосом, в кг / см 2; F - ефективна площа кишені в см 2; h 0 - зазор між опорними поверхнями шпинделя і підшипника в мкм; e 1 - підшипника з нейтрального положення під дією зовнішнього навантаження в мкм ; - Відносне зміщення підшипника; см 2, де r 4 - найбільший радіус зовнішньої перемички в см; r 3 - найменший радіус зовнішньої перемички в см; r 2 - найбільший радіус внутрішньої перемички в см; r 1 - найменший радіус внутрішньої перемички в см. Визначаємо кількість масла, необхідне для забезпечення працездатності підшипника (витрата масла) за формулою
см 3 / хв. Визначаємо робочі параметри каналу (капіляра) дроселя по формулі
; , де d е - еквівалентний діаметр каналу дроселя в см; F д - площа поперечного каналу дроселя в см 2; l д - довжина каналу дроселя в см. Визначаємо втрати на тертя в масляному шарі упорного підшипника
кВт, де n - число оборотів шпінделя в хвилину. Результати виконання програм зведені у таблицях 1, 2, 3 і 4. Таблиця 18. Параметри радіального гідростатичного підшипника № п. | Параметри радіального гідростатичного підшипника | Позначення | Величина
| 1 | Діаметр шийки підшипника | D | 155 | 2 | Довжина підшипника | L, мм | 237 | 3 | Ширина перемичок в осьовому напрямку | l 0, мм | 28 | 4 | Ширина перемичок між кишенями | l к, мм | 56 | 5 | Довжина кишені | l, мм | 142,8 | 6 | Глибина кишені | t, мм | 0,5844943 | 7 | Кут охоплення кишені | град | 77.4991 | 8 | Кут охоплення перемички | град | 12.5009 | 9 | Ефективна площа підшипника | А еф, мм 2 | 39993,95 | 10 | Діаметральний зазор | , Мм | 0,224 | 11 | Розрахункове зміщення шпинделя (ексцентриситет) | е, мм | 0,01 | 12 | Відносний ексцентриситет |
| 0,1818182 | 13 | Частота обертання шпинделя | n, хв -1 | 618 |
| 14 | Тиск джерела живлення | p н, Мпа | 2,5 | 15 | Коефіцієнт динамічної в'язкості | , | 12 | 16 | Несуча здатність при зсуві на e 1 | F, Н | 6695,4 | 17 | Максимально допустимий зсув шпинделя | e 1, мм | 0,04464 | 18 | Несуча здатність при максимально допустимому зміщенні | F 1, Н | 7146.199 | 19 | Жорсткість підшипника | j, Н / мм | 1312500 | 20 | Втрати на в'язке тертя при обертанні | , КВт | 1,0653 | 21 | Втрати потужності на прокачування масла | , КВт | 1,83904 | 22 | Сумарні енергетичні втрати | , КВт | 2,90436 | 23 | Коефіцієнт демпфування | k д, | 29685,94 | 24 | При: частоті коливань амплітуді коливань віброшвидкості | f к, с -1 A к, мм V, мм / с | 60
0,2 | 25 | Сила демпфування при зсуві на e 1 = 0 мм | F д1, Н | 6458,2 | 26 | Сила демпфування при зсуві на e 1 = 0.01 мм | F д2, Н | 6689,5 | 27 | Витрата масла через підшипник | Q, мм 3 / с, л / хв | 750330,95 45,02 |
Таблиця 18. Параметри дроселя радіального підшипника № п. | Параметри капілярного дроселя радіального підшипника | Позначення | Величина
| 1 | Еквівалентний діаметр капіляра | d ін, мм | 1 | 2 | Витрата масла через один дросель | q ін, мм 3 \ з | 187582,73 | 3 | Довжина капіляра дроселя | l ін, мм | 71,39 | 4 | Сторона канавки дроселя | А, мм | 1,4099 | 5 | Падіння тиску на дроселі | P Д, Мпа | 1,2231 | 6 | Тиск в кишені | P к, МПа | 1,7769 |
Таблиця 18. Параметри наполегливої гідростатичного підшипника № п. | Параметри наполегливої гідростатичного підшипника | Позначення | Величина
| 1 | Зовнішній радіус підшипника | D 1, мм | 370 | 2 | Найменший радіус зовнішньої перемички | D 2, мм | 321 | 3 | Найбільший радіус внутрішньої перемички | D 3, мм | 329 | 4 | Внутрішній радіус підшипника | D 4, мм | 280 | 5 | Ефективна площа підшипника | А еф, мм 2 | 250,97 | 6 | Зазор між опорними поверхнями підшипника | H, мм | 30 | 7 | Жорсткість підшипника при е 1 = 0 | j, Н / мм | 125,6 | 8 | Жорсткість підшипника при зсуві на е 1 = 0,1 | j, Н / мм | 137,4 | 9 | Тиск джерела живлення | p н, Мпа | 2,5 | 10 | Динамічний коефіцієнт в'язкості олії | , | 12 | 11 | Втрати на в'язке тертя в підшипниках при обертанні | , КВт | 1,951252 | 12 | Втрати олії при прокачування масла через підшипник | , КВт | 0,2096431 | 13 | Сумарні енергетичні втрати | , КВт | 2,160895 | 14 | Несуча здатність при зсуві на е 1 = 10 мкм | F 1, Н | 1205 | 15 | Витрата масла через підшипник | Q, мм 3 / с,
| 8621,5 | 16 | Сила демпфування в підшипнику | F д1, Н | 0,45866 |
Таблиця 18. Параметри дроселя упорного підшипника № п. | Параметри капілярного дроселя упорного підшипника | Позначення | Величина
| 1 | Діаметр капіляра бажаний | d ж, см | 0,1187553 | 2 | Число дроселів | z | 1 | 3 | Площа поперечного перерізу каналу дроселя | F д, см 2 | 0,01107633 | 4 | Бажана довжина капіляра дроселя | l ж, см | 20 | 5 | Опір дроселя | R д, кГ хв / см 5 | 4,857 10 -3 |
|