Курсовая работа: Проектирование привода станка

Аннотация

В данном курсовом проекте проанализированы несколько станков близких типоразмеров. На основе анализа станков и исходных данных к курсовому проекту проектируется радиально-сверлильный станок для обработки стали 40Х с числом скоростей Z=12 и максимальным диаметром сверления d=40. Затем рассчитываются основные технические характеристики проектируемого станка, составляется график чисел оборотов, рассчитываются диаметры валов и основные параметры зубчатых колёс, определяется КПД коробки скоростей, составляется кинематическая схема привода проектируемого станка и строится развёртка коробки скоростей.

В приложении к курсовому проекту на первом листе изображены станки близких типоразмеров и их графики чисел оборотов, а также график чисел оборотов и кинематическая схема проектируемого станка. На втором листе изображена развёртка коробки скоростей проектируемого станка.

1. Описание и анализ кинематических и конструктивных особенностей станков близких типоразмеров

В данном курсовом проекте проектируется коробка скоростей радиально-сверлильного станка.

Радиально-сверлильные станки предназначены для сверления отверстий диаметром до 75 мм. Вылет рукава радиально-сверлильных станков 1300-- 2000 мм.

Радиально-сверлильные станки применяются для обработки заготовок, имеющих большой вес и габариты в единичном и мелкосерийном производстве, в ремонтном производстве, судостроении и машиностроении. Станки этого типа характеризуются тем, что совмещение оси обрабатываемого отверстия и режущего инструмента осуществляют на нём перемещением шпинделя станка с инструментом относительно неподвижно закреплённой заготовки. Для этого станок имеет подвижную шпиндельную бабку, в которой закрепляют инструмент, а также механизмы, обеспечивающие вращение и движение подачи шпинделя.

На радиально-сверлильных станках выполняют следующие технологические операции:

- сверление отверстий в сплошном материале,

- рассверливание и зенкерование предварительно просверленных отверстий,

- зенкование торцовых поверхностей,

- развертывание отверстий,

- нарезание внутренней резьбы метчиками в основном в средних и крупных корпусных деталях.

С помощью специальных инструментов и приспособлений на радиально-сверлильных станках можно растачивать отверстия, вырезать отверстия большого диаметра в дисках из листового материала, притирать точные отверстия цилиндров, клапанов и т. д.

Принципиальное отличие их от вертикально-сверлильных станков состоит в том, что при работе на них приходится перемещать обрабатываемую деталь относительно шпинделя, в радиально-сверлильных станках, наоборот, шпиндель перемещают относительно обрабатываемой детали. Это сделано не случайно, так как при обработке тяжелых деталей на их установку, выверку и закрепление требуется больше времени, чем на подвод сверла.

Шпиндель радиально-сверлильного станка легко можно перемещать как в радиальном направлении, так и по окружности различных радиусов. Это дает возможность сверлить отверстия в любой точке участка детали, ограниченного двумя концентрическими секторами окружностей: одна из них образована радиусом наибольшего, а другая -- наименьшего вылета шпинделя при круговом вращении рукава относительно колонны станка.

На радиально-сверлильном станке общего назначения обрабатываемую заготовку устанавливают на плите или на столе. Шпиндель станка занимает вертикальное положение и может перемещаться в трех направлениях: вокруг оси колонны, по радиусам этой окружности и вертикально -- вдоль своей оси.

Структурная схема станка представлена на рис. 1.

Рис. 1 - Структурная схема радиально-сверлильного станка

Для обработки на данном станке необходимо реализовать вертикальное выдвижение пиноли П₂ и вращение инструмента в патроне. Для позиционирования шпинделя относительно детали используются вертикальное перемещение рукава на колонне П₄, его вращение, и поперечное перемещение шпиндельной головки П₃.

Для проектирования коробки скоростей проанализируем станки близких типоразмеров.

К52 радиально-сверлильный станок

Радиально-сверлильный переносной станок модели 2К52 предназначен для обработки отверстий в средних и крупных деталях в единичном, мелкосерийном и серийном производстве.

На станке можно выполнять: сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы и растачивание отверстий. Наиболее эффективно может быть использован при обработке отверстий, расположенных под углами в разных плоскостях крупногабаритных деталей, в инструментальных, ремонтных, экспериментальных, сборочных и производственных цехах.

Станок состоит из следующих основных узлов: основания, колонны, корпуса, рукава, каретки, сверлильной головки, механизма зажима колонны, системы подачи охлаждающей жидкости и электрооборудования.

Отличительной особенностью станка данного типоразмера является наличие поворотной колонны и монтаж каретки сверлильной головки на направляющих рукава па подшипниках качения, что значительно повышает удобство эксплуатации станка.

Станок изготовляется для эксплуатации в условиях умеренного климата, по заказу для эксплуатации в условиях тропического климата, а также для обработки деталей в дюймовой системе измерений.

Электрооборудование станка может быть выполнено для тока питающей сети с частотой 50 и 60 Гц и напряжением 220, 380, 400, 415, 440, 600 В.

По заказу станок выполняется с электромеханическим зажимом колонны, а также с системой подачи охлаждающей жидкости в зону резания.

Класс точности станка Н по ГОСТ 8--77.

Шероховатость обработанных поверхностей в зависимости от выполняемых работ R = 80-20 мкм.

Кинематическая схема радиально-сверлильного станка приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Кинематическая схема радиально-сверлильного станка 2К52

График чисел оборотов данного станка представлен на рис. 2.

Рис. 2. График чисел оборотов станка 2К52

Основные технические характеристики радиально-сверлильного станка 2К52:

Таблица 1

2Е52 радиально-сверлильный станок

Радиально-сверлильный переносной станок модели 2Е52 предназначен для обработки отверстий в средних и крупных деталях в единичном, мелкосерийном и серийном производстве.

На станке можно выполнять: сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы и растачивание отверстий. Наиболее эффективно станок может быть использован при обработке отверстий, расположенных под углами в разных плоскостях крупногабаритных деталей, в инструментальных, ремонтных, экспериментальных, сборочных и производственных цехах.

Вращение от электродвигателя через коробку скоростей и приводной вал траверсы передается шпинделю, который получает 8 различных скоростей при прямом и обратном вращении при следующих значениях чисел оборотов в минуту: 56, 90, 150, 224, 355, 560, 900, 1400.

Цепь механического перемещения рукава начинается от электродвигателя и через зубчатые колеса 2, 1, 15 и 16 движение передается гайке 14 винта 8. Подъем или опускание осуществляется реверсированием электродвигателя.

В цепи подач движение от шпинделя передается через червячную передачу 32 и 33 к валику-шестерне 35 и пиноли 34 со шпинделем, получающим три скорости подач. Кроме этого, конструкция станка обеспечивает быструю подачу шпинделя вручную рукояткой винта 8 и тонную подачу маховичком 9.

Кинематическая схема станка представлена на рис. 3.

Рис. 3. Кинематическая схема радиально-сверлильного станка 2Е52

График чисел оборотов представлен на рис. 4.

Рис. 4. График чисел оборотов станка 2Е52

Таблица 2

2. Обоснование технических характеристик проектируемого станка

1. Минимальную частоту вращения n_min шпинделя определяют по операции развертывания нормализованной Стали 45 разверткой диаметром d_наиб из быстрорежущей стали при соответствующих режимах резания: подаче S_раз, скорости резания V_раз и стойкости развертки Т_м по формуле:

n_{min =} , об/мин

Подставив исходные данные в формулу, получаем минимальную частоту вращения шпинделя:

n_{min =} , мм/об

Скорость резания V_раз выбрана согласно рекомендациям [3, с. 117] для отверстий 5 класса точности.

2. Максимальную частоту вращения шпинделя n_max определяют по операции сверления Стали 45 сверлом из быстрорежущей стали диаметром d_min при соответствующих режимах резания: подаче S_св, скорости резания V_св и стойкости развертки Т_м по предыдущей формуле. Подставив исходные данные, получим:

n_{max =} , мм/об

где d_min=(0,2-0,25)d_наиб=0,225*40=9 мм.

Скорость резания V_св выбрана согласно рекомендациям [3, с. 115] для подачи S_с=0.15 мм/об.

3. Предельные величины подач S_min и S_max, которые должен обеспечить привод подач проектируемого станка, принимают из следующих условий:

- минимальная величина подачи S_min принимается равной величине подачи при сверлении стали сверлом диаметром d_min;

S_min=0,02 мм/об [3, с. 111]

- максимальная величина подачи S_max принимается равной величине подачи при развертывании стали разверткой диаметром d_наиб;

- S_max=1,5 мм/об

4. Максимальную мощность резания N_рез.max, необходимую для расчета механизмов привода вращения шпинделя, и осевую силу P_0max, используемую для расчета механизмов привода подач, определяют по операции сверления Стали 45 сверлом диаметром d_наиб при соответствующих режимах: подаче, скорости резания и стойкости сверла.

Согласно [3] осевая сила резания находится по формуле:

1770 кГ, [3, с. 124]

, [3, с. 126]

Подставив полученные данные в формулу, находим осевую силу резания:

Согласно [3] мощность резания находится по формуле:

N_табл - мощность резания по таблице

K_N - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.

N_табл=20,5 согласно [3, с. 127] для подачи S=0,5 мм/об.