Разработка и проектирование главного привода движения токарно - карусельного станка

    Введение 

     Первостепенное  значение в ускоренном развитии индустрии  имеет машиностроительная промышленность. Машиностроение является основой научно-технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства. Непрерывное  совершенствование и развитие машиностроения связано с прогрессом станкостроения, поскольку металлорежущие станки вместе с некоторыми другими видами технологических  машин обеспечивают изготовление любых  новых видов оборудования.

     Важной  задачей станкостроения является совершенствование  конструкций  металлорежущих станков  в соответствии с современным  уровнем достижений науки и техники  и с целью увеличения степени  автоматизации, максимального повышения  качества и эффективности в производстве.

     Совершенствование конструкций металлорежущих станков  направлено на повышение производительности, точности обработки, уровня механизации  и автоматизации, надежности и долговечности; расширения технологических возможностей станков; создания универсальных станков, оснащенных упрощенными устройствами ЧПУ и промышленными манипуляторами, средствами активного контроля, соответствующей  номенклатурой принадлежностей  и приспособлений; использование  широкой унификации и агрегатирования; внедрения систем адаптивного, числового  и циклового программного управления и применение устройств автоматической смены инструментов и заготовок.

     В настоящее время и в обозримом  будущем потребуется создание новых  моделей станков, станочных модулей, гибких производственных систем, поэтому  будущие специалисты-станкостроители  должны владеть основами конструирования  станков и их важнейших узлов. Для успешного применения вычислительной техники при конструировании  необходимо хорошо знать содержание процесса проектирования всех видов  станочного оборудования, владеть методами его моделирования и оптимизации.

     Достижения  станкостроителей свидетельствуют  о больших возможностях в дальнейшем развитии станкостроения и оснащения  отечественного машиностроения новыми высокопроизводительными станками.

     Задачей данного курсового проекта является разработка привода главного движения токарно-карусельного станка. Проект состоит  из расчетной и графической частей. В расчетной части курсового  проекта производится анализ конструкций  и расчет передач, технических характеристик,  различных устройств и механизмов привода главного движения.  В  графической части проекта представлен  общий вид привода главного движения (свертка) и коробка скоростей (развертка). 
 
 

1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ АНАЛОГИЧНЫХ ПРОЕКТИРУЕМОМУ. 

       1.1 Описание конструкции  и системы управления станка-прототипа.

      Карусельные станки применяются для обработки тяжелых деталей большого диаметра и сравнительно небольшой длины; на них можно производить почти все виды токарных работ. Горизонтальное расположение плоскости круглого стола (планшайбы), на котором крепится заготовка, значительно облегчает ее установку и выверку, что весьма затруднительно при обработке больших тяжелых заготовок на токарных станках.

      Карусельные станки выпускаются одностоечными с планшайбой до 1,6 м и двухстоечные с более крупными планшайбами для обработки деталей диаметром до 16м и более.

     По  исходным данным к курсовому проекту:

     Максимальный  диаметр обработки D_max=1250 мм;

     Эффективной мощности резания N_v=20 кВт.

     Прототипом  для проектирования привода главного движения принимаем одностоечный токарно-карусельный  станок модели 1512. Основные технические  характеристики станка приведены в  таблице 1.1 

     Таблица 1.1.1- Технические характеристики станка модели 1512

 

       Принятый станок предназначен  для обработки изделий из черных  и цветных металлов. На станке  осуществляется цилиндрическое  и коническое обтачивается и  растачивание, торцевое точение  с поддержанием ступенчато-постоянной  скорости резания, сверление,  зенкерование и развертывание.  При применении специального  приспособления и устройств, на  станке можно производить: нарезание  резьб, обработку конических поверхностей. Станок имеет полное дистанционное  управление, осуществляемое с подвесного  пульта. Значительная мощность электродвигателя  привода главного движения, высокая  жесткость базовых деталей позволяют  производить на станке высокопроизводительную  обработку резцами оснащенными  твердым сплавом на скоростных  режимах резания.

       Общий вид одностоечного токарно-карусельного станка показан на (рис. 1.1). Станина 1 жестко скреплена со стойкой 9, имеющей вертикальные направляющие для перемещения по ним траверсы 6 и бокового суппорта 10 с четырехместным резцедержателем 12. На станине на круговых направляющих расположена планшайба 2 для установки на ней обрабатываемых деталей или приспособлений. Коробка скоростей размещена внутри станины.

       На горизонтальных направляющих траверсы может перемещаться вертикальный револьверный суппорт 5 с пятипозиционной револьверной головкой 4. Привод подач револьверного суппорта и бокового суппорта 70 осуществляется от коробок подач 7 и 11. Перемещения револьверного суппорта вручную производят маховичками 8, а бокового суппорта - маховичками 13. Управление станком осуществляется от пульта 3.

      Рисунок 1.1.2 -Токарно-карусельный станок модели 1512 

       Кинематическая схема станка приведена на (рис. 1.2). Горизонтальная подача револьверного суппорта. От вала VIII планшайбы через передачу 28 - 27, конические передачи 26 - 25, 24 - 23, передачу 29 - 30 и конические пары колес 31 и 53 движение передается на вал XII коробки подач (показана отдельно наверху слева). От коробки подач вращение получает вал XX механизма суппорта и далее через зубчатые колеса 52 и винтовую пару 65 горизонтальную подачу получает револьверный суппорт. Вертикальная подача револьверного суппорта. От вала VIII планшайбы до вала XXI коробки подач вращение осуществляется по той же цепи: далее через конические зубчатые колеса 55 - 56, цилиндрическую пару колес 57, коническую пару 58 и винтовую пару 59 движение подачи получает револьверный суппорт. Горизонтальная подача бокового суппорта. Как и прежде, движение идет от вала VIII планшайбы до вала XII коробки подач, затем через коробку подач на вал XX и далее через зубчатые колеса 39-41 и винтовую пару 42 получает подачу боковой суппорт. Вертикальная подача бокового суппорта. От вала планшайбы до вала XII коробки подач движение идет по той же цепи, затем через коробку подач вращение получает вал XXI механизма суппорта и через конические зубчатые колеса 55 - 36 и винтовую пару 43 получает подачу боковой суппорт. Ускоренное перемещение оба суппорта получают от отдельного электродвигателя 104. Подъем и опускание траверсы осуществляются двумя ходовыми винтами 48 - 49 от электродвигателя 105. Поворот револьверной головки вертикального суппорта производится от электродвигателя 106 через зубчатые колеса 60 - 61-62 и червячную пару 63-64. Ручное перемещение револьверному суппорту сообщают от маховичков и 103, а боковому суппорту - от маховичков КМ) и 101. 

      Рисунок 1.1.3– Кинематическая схема станка модели 1512 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. РАСЧЕТ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ     ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЕКТИРУЕМОГО УЗЛА 

     2.1 Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла.

           В соответствии с требованиями к проектируемому приводу необходимо обеспечить:

     - число диапазонов переключения  частот вращения шпинделя z=16;

     - управление коробкой скоростей привода главного движения электромагнитными муфтами.

     В соответствии с исходными данными (n_min=5 мин^-1 и n_max=250 мин^-1) определяем диапазон регулирования шпинделя:

      

                            (2.1.1) 
 

     Определяем  знаменатель геометрического ряда частот вращения:

      j _n

                      (2.1.2)

     Принимаем  стандартное значение знаменателя  геометрического ряда:                             j_n = 1,26.

     Определяем  максимальное число оборотов:

      n ₁₆

  мин^-1      (2.1.3)

     В этом случае не получаем требуемого числа  оборотов, поэтому принимаем  стандартное  значение знаменателя геометрического  ряда:                             j_n = 1,41 и принимаем структурную сетку с перекрытием частот как наилучший вариант:

                                    .                      (2.1.4)

       2.2 Построение и описание кинематической схемы

       Привод главного движения состоит из электродвигателя-1, ременной передачи -2 и шестиваловой коробки скоростей- 3 (рис.2.2.1).

     

      Рисунок 2.2.1–  Кинематическая схема 

     2.3 Выбор электродвигателя

            Зная эффективную мощность резания N_V =20 кВт, а также КПД  

   составляющих  элементов коробки скоростей  проектируемого станка:

                        η_рем = 0,95…0,97 – КПД ременной передачи;

                        η_з = 0,97…0,98 - КПД цилиндрической зубчатой передачи;

                        η_п = 0,99 - КПД подшипника качения;

                        η_к=0,96…097- КПД конической зубчатой передачи;

             Отсюда получаем: 

           Тогда для универсального станка с учетом перегрузки 

   электродвигателя  на 25%, необходимая мощность привода: 

                                   N_nv = кВт,            (2.3.1) 

       где N_v = 20 кВт – эффективная мощность резания.

       Мощность требуемая  на подачу, для карусельных станков составляет

3-4% мощности  привода:

      N_ns =

кВт,                 (2.3.2)

       Общая мощность:

                            N_ns = кВт         (2.3.3) 

       По табл. 2.4 [1] принимаем электродвигатель 4А200L8У3, имеющий номинальную мощность кВт, и частоту вращения n=730 мин^-1.

           2.4  Построение структурной сетки и графика частот вращения.

       При построении структурной сетки учитываем на основании предыдущих расчетов и обоснований, что лучшим вариантом в нашем случае будет:

                                   .

                                      

       Построение структурной сетки представлено на (рис. 2.4.1).

       Получаем число диапазонов переключения  шпинделя z=16, притом четыре из них дублируются т.е. фактическое число диапазонов получается  z=12 

       

                    Рисунок 2.4.1– Структурная сетка