Характеристика металлорежущих станков - реферат

Содержание.

Введение…………………………………………………………………3

1. Изучение станков-аналогов…………………………………………….4

2. Режимы резания………………………………………………………...6

3. Проектирование кинематики привода частот вращения шпинделя.

3.1 Диапазон регулирования R_n ………………………………………10

3.2 Работа структурной формулы…………………………………….11

3.3 Разработка кинематической схемы привода…………………….12

4. Проектирование кинематики привода подач.

4.1 Диапазон регулирования R_s ………………………………………15

4.2 Разработка структурной формулы……………………………….15

5. Расчёт коробки скоростей…………………………………………….20

6. Расчёт вала……………………………………………………………..25

7. Список литературы……………………………………………………27

Приложения

Введение.

Специализированные станки занимают промежуточное положение между универсальными и специальными станками. Эти станки при помощи сменных устройств и приспособлений в относительно короткий срок могут переналаживаться на обработку другой детали этого же наименования, но с другими размерами. Следовательно, специализированные станки – это специальные станки, обладающие возможностью переналадки, их также можно отнести и к универсальным станкам упрощённой конструкции. При проектировании специализированного станка необходимо учитывать особенности проектирования как универсальных, так и специальных станков. Специализированные станки следует создавать на основе нормальных рядов станков широкого назначения с максимальной унификацией основных углов и деталей.

1. Изучение станков аналогов.

Операции, выполняемые на проектируемом станке: сверление, развёртывание, зенкерование. Соответственно инструменты: свёрла, развёртки, зенкера. Материал режущей части инструмента – быстрорежущая сталь. Применительно к обрабатываемым материалам:

Ст3: Р9; Р18; Р6М5

Ал: свёрла – Р9К10; Р6М5; зенкера, развёртки – Р6М5; Р6М5Ф3.

СЧ: свёрла – Р6М5; Р6М5К5; зенкера, развёртки – Р6М5; Р14Ф4; Р6М5Ф3.

Компоновка станка:

Структурная схема станка:

2. Режимы резания, реализуемые станком.

Подачи, требуемые для реализации процесса резания:

при зенкеровании: Ø20 Ø50

Al 0,7 – 0,8 1,6 – 2,0

Cr 0,7 – 0,8 1,6 – 2,0

Ст 3 0,7 – 0,9 1,0 – 1,3

При зенкеровании глухих отверстий S ≤ (0,2 – 0,5) мм/об

при развёртывании: Ø20 Ø50

Al 2,7 3,1

Cr 2,2 2,7

Ст 3 1,1 1,5

При развёртывании глухих отверстий S ≤ (0,2 – 0,5) мм/об

при сверлении: Ø20 Ø50

Al 0,47 – 0,54 0,71 – 0,81

Cr 0,40 – 0,52 0,70 – 0,80

Ст 3 0,38 – 0,43 0,58 – 0,66

Поправочные коэффициенты, с учётом К_о = 0,5, получим

Ø20 Ø50

Al 0,24 – 0,27 0,35 – 0,45

Cr 0,20 – 0,26 0,35 – 0,45

Ст 3 0,19 – 0,22 0,29 – 0,33

Находим предельные скорости резания.

Для развёртывания

где коэффициент C_v ,, показатели степени m , x , y приведены в таблице 29 стр. 279 /5/;

D – обрабатываемый диаметр, мм;

T – период стойкости, мин (по таблице 30 стр. 279 /5/);

K_v – поправочный коэффициент.

Развёртывание Ø50 в Ст3:

Развёртывание Ø50 в СЧ:

Развёртывание Ø50 в Ал:

Для сверления:

где коэффициент C_v ,, показатели степени m , x , y приведены в таблице 28 стр. 278 /5/

Для сверления Ø20 в Ст3:

Находим предельные частоты вращения шпинделя

где

V – скорость резания, м/мин;

D – обрабатываемой диаметр, мм.

мин^-1

мин^-1

Выбор электродвигателя.

Мощность привода главного движения:

где

N_l – эффективная мощность, кВт;

k – коэффициент допустимой перегрузки, k = 1,25;

η – КПД кинематической цепи привода, η = 0,8.

Находим эффективную мощность резания.

Для сверления Ø20:

где

n – частота вращения, мин^-1 ;

где

См = 0,0345; q = 2,0; y = 0,8; Kp = 0,8;

D – обрабатываемый диаметр, мм;

S – подача при сверлении, мм/об;

Н·м.

Тогда кВт.

Находим эффективную мощность при рассверливании Ø50 в Ст 3:

Н·м.

Скорость резания при рассверливании Ø50:

Частота вращения:

мин^-1 .

Мощность: кВт

Выбираем двигатель с n = 1500 об/мин 4А112М4Уз с мощностью 5,5 кВт.

N_эд > N, где

→ кВт.

3. Проектирование кинематики привода частот вращения.

3.1 Диапазон регулирования частоты вращения R_n .

определяется по формуле:

.

.

Число ступеней z скорости исполнительного органа:

, где

φ – знаменатель ряда, для радиально-сверлильных станков

φ = 1,12 – 1,26

. Примем z = 18.

Выбирается стандартный ряд частот вращения:

30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 236; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.

Уточняем R_n :

.

3.2 Разработка структурной формулы привода.

1) z = 18 = 3[1] 3[3] 2[9]

2) z = 18 = 3[3] 3[1] 2[9]

3) z = 18 = 3[2] 3[6] 2[1]

4) z = 18 = 3[6] 3[2] 2[1]

5) z = 18 = 3[1] 3[6] 2[3]

6) z = 18 = 3[6] 3[1] 2[3]

Строим структурные сетки:

При выборе оптимального варианта структурной формулы исходим из того, что чем более быстроходными являются промежуточные валы, тем меньше их размеры, размеры монтируемых на них деталей и в конечном счёте, габариты коробки передач. В этом отношении вариант 1 предпочтительнее, т.к. для II и III валов n''_max < n'_max . Следовательно, по 1-му варианту для валов II и III будет меньше крутящий момент и, соответственно, меньше размер вала. Для структурных сеток более выгодным является “прогнутый” характер крайней левой ветви.

3.3 Разработка кинематической схемы привода.

Строим график частот вращения:

Находим число зубьев передачи:

a ₂ + b ₂ = 3

→ a ₃ + b ₃ = 18 → 18 – наименьшее общее кратное К

a ₄ + b ₄ = 9

Определяем E_min для минимального передаточного отношения :

Сумма чисел зубьев сопряжённых колёс:

Определяем числа зубьев сопряжённых колёс:

Для второй группы:

a ₅ + b ₅ = 33

→ a ₆ + b ₆ = 9 → К=99

a ₇ + b ₇ = 18

Округлим до целого числа Е = 1

Округлим 2Z₀ = 100

Для третей группы:

a ₈ + b ₈ = 5

a ₉ + b ₉ = 3 К = 15 - первоначально

Пусть К = 30.

Уравнение кинематической цепи:

об/мин

Так как станок специализированный, нарезания резьбы на нём не осуществляется, следовательно, реверс может осуществляться двигателем.

4 Проектирование кинематики привода подач.

4.1 Диапазон регулирования R_s .

Выбираем знаменатель ряда φ = 1,26

Число ступеней передач:

Стандартный ряд подач:

0,19; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5.

4.2 разработка структурной формулы.

Z = 12 = 3[1]2[3]2[6]

Z = 12 = 3[4]2[2]2[1]

Выбираем первый вариант.

Переходим от геометрического ряда подач S₁ , S₂ ,… S_z к геометрическому ряду частот вращения последнего вращательного звена в цепи подач n₁ , n₂ ,…n_z .

Для сверлильного станка вращательное движение преобразовывается в поступательное с помощью передачи реечное колесо-рейка.

мм/об,

где n _р.к. – обороты реечного колеса, совершаемое за время, когда шпиндель сделает один оборот;

m – модуль реечного колеса;

z – число зубьев реечного колеса.

Отсюда:

Вычислим соответствующие обороты реечного колеса:

Приводим к стандартному ряду:

Строим график подач:

Передаточные отношения:

Находим числа зубьев колёс по использованной раннее методике.

a ₂ + b ₂ = 18

→ a ₃ + b ₃ = 9 → 18 – наименьшее общее кратное К

a ₄ + b ₄ = 2

Определяем E_min для минимального передаточного отношения :

Выбираем Е = 3.

Сумма чисел зубьев сопряжённых колёс:

a₅ + b₅ = 7

a₆ + b ₆ = 9 → К =63

Уточняем

a ₇ + b ₇ = 33

a ₈ + b ₈ = 9 → К = 99

Примем 2·Z₀ = 100

Для червячной передачи ; число заходов червяка k = 2 → Z_k = 16. По стандарту Z = 17.

Для полученных на валу VΙΙ значений n необходимо рассчитать соответствующие им нормализованные значения подач:

S = n_р.к. ·π·m·z мм/об.

Получаем S = n_р.к. ·122,46 мм/об

5 Расчёт коробки скоростей.

Определяют первоначально ориентировочно межосевое расстояние:

мм, где

Ka – коэффициент, учитывающий материал; Ka = 495, т.к. колесо и шестерня изготовлены из стали;

U – передаточное число; для понижающих U = 1/i и для повышающих U = i ;

М_Т2 – крутящий момент на валу колеса, Н·м;

К_Нβ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, К_Нβ = 1,3;

[σ ]_Н – допускаемое напряжение, МПа;

ψ_ва – отношение ширины зубчатого венца к межосевому расстоянию, ψ_ва = 0,2.

Допускаемые контактные напряжения:

где

σ_Н0 – базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев; для стали 50ХН

σ_Н0 = 2·350 + 70 = 770 МПа;

S_H – запас прочности, S_H =1,1.

МПа

За n_расч. принимается 95 мин^-1 .

Расчётный крутящий момент на шпинделе:

Н·м, где N = 4,6 кВт.

Н·м – на VI валу.

На V валу М_{Т V} = М_{Т VI} ·i₉ ·η_{V - VI}

М_{Т V} = 472·1/4·0,96 = 113 Н·м

Аналогично

М_{Т IV} = 113·7/11·0,96 = 69 Н·м

М_{Т III} = 69·4/5·0,96 = 53 Н·м

М_{Т II} = 53·7/11·0,96 = 32 Н·м

М_{Т I} = 32·4/5·0,96 = 25 Н·м

мм

→ m = 2

Отсюда a_W0 = 90 мм

мм

→ m = 2,5

Отсюда a_{W 1} = 90 мм

мм

→ m = 4

Отсюда a_{W 4} = 108 мм

мм

→ m = 2

Отсюда a_{W 1} = 100 мм

мм

→ m = 2

Отсюда a_{W 8} = 120 мм

Проверка на контактную прочность:

МПа

Проверяем:

Расчет на изгиб:

мм, где

Km – вспомогательный коэффициент, Km = 13;

М_Т1 – крутящий момент на шестерне, Н·м;

К _{F β} – коэффициент нагрузки, К _{F β} = 1,3;

Y_{F 1} – коэффициент формы зуба (табл. 4.13 I1I)

ψ_вт – отношение ширины колеса к модулю т ;

σ_{FP 1} – допускаемое изгибное напряжение для материала шестерни, МПа.

Для реверсивных передач:

σ _FP = 0,3· σ _{F О} ·K_FL МПа, где

σ _{F О} – предел выносливости зубьев на изгиб;

K_FL – коэффициент режима нагружения и долговечности, K_FL = 1.

σ _FP = 0,3· 1,8·350·1,0 = 190 МПа.

Проверяем:

мм

мм

мм

мм

мм

Находим геометрические параметры зубчатых колёс:

делительный диаметр d = mz ;

диаметры вершин da = d + 2 m ;

диаметры впадин df = d – 2 m ;

где т – модуль зацепления, мм;

z – число зубьев.

6 Расчёт третьего вала.

Приближённый расчёт вала:

мм.

Уточнённый расчёт вала:

Общий коэффициент запаса прочности:

, где

- коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

- коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям, где σ_-1 и τ_-1 – пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения.

σ_-1 = 0,45· σ_в ; τ_-1 = 0,58· σ_-1 .

Материал вала – сталь 45; σ_в = 590 МПа, σ_Т = 300 МПа, термическая обработка – нормализация;

K_σ = 2; K_τ = 1,75; ε_σ = 0,88; ε_τ = 0,77; β = 1 – учитывает влияние шероховатости.

, где

F_a – осевая сила, действующая на вал, F ₀ = 0 → σ_m = 0.

M_u = F_t ·l , находим по z_y

Н, тогда

M_u = 963 ·195 = 91500 Н·мм

W и W_K – моменты сопротивления износу и кручению

φ_а = 0,05; φ_τ = 0 – коэффициенты.

Т.к. вал шлицевой:

W_K = 2·W

ξ = 1,15; К_σ = 1,5; К_τ = 2,5

W_K = 2·130 = 260 мм³

Отсюда Н/мм² ; Н/мм²

Коэффициент запаса прочности:

;

Общий коэффициент запаса прочности:

Список литературы.

1. Дунаев П.Ф., Лёликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высш. Шк., 1985.

2. Металлорежущие станки / Под ред. Телинкичиева. – М.,1973.

3. Металлорежущие станки / Под ред. Н.С. Ачеркана. – М., 1965. – Т.1. – 764 с.; Т.2. – 628 с.

4. Сверлильные и хонинговальные станки / С.И. Куликов, П.В. Волощенко, Ф.Ф. Ризванов и др. – М, 1977.

5. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.М. Мещерякова. – М., 1977.

6. Тарзиманов А.Г. Проектирование металлорежущих станков. – М., 1980.

7. Трофимов А.М. Металлорежущие станки: Альбом с приложениями – М., 1979.

8. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов (С.Л. Чернавский, Г.А. Снесарев и др. – 5-е изд. – М.,1984.