Проект консольно-вертикально фрезерного станка с разработкой привода вращательного движения шпинделя и конструкции шпиндельного узла - Курсовая работа

Конструирование металлорежущих станков и в настоящее время остается, по-прежнему, во многом процессом творческим, где большую роль играют не точные расчеты на прочность, жесткость, экономичность, а дань традициям, существующим конструкторским решениям, опыт инженера-конструктора. Тем не менее, часть процесса конструирования МРС уже достаточно отработана, например проектирование приводов главного движения производится по стандартным методикам. Оценить результат такой работы может лишь моделирование его специализированным программным обеспечением или проверка готового изделия в процессе его эксплуатации. В данном курсовом проекте производится расчет кинематической структуры привода главного движения консольно-вертикально-фрезерного станка, конструирование этого привода вместе со шпиндельным узлом. На станках фрезерной группы обрабатывают детали типа тел вращения, при этом осуществляется обработка наружных цилиндрических поверхностей, торцов и уступов, прорезание канавок и др.Определим диапазон регулирования привода по формуле: (2.1) где - максимальная частота вращения электродвигателя, мин-1;Определим диапазон регулирования двигателя по формуле: (2.2) где - максимальная частота вращения двигателя, ;Определим диапазон регулирования ступенчатой части привода по формуле: (2.3)Определим число ступеней ступенчатой части привода z по формуле: (2.4) где - диапазон регулирования привода;Определим значение знаменателя геометрической прогрессии ступенчатой части привода по формуле: (2.5)По структурной формуле строим структурную сетку привода (рисунок 2).Построение графика частот вращения начинают с определения положения основных точек, соответствующих предельным значениям частот вращения двигателя и шпинделя на шкале графика частот вращения. Шкала графика частот вращения имеет 4 вертикальные линии (по количеству валов в приводе). Количество горизонтальных линий определяется в процессе построения графика и зависит от величины диапазона регулирования двигателя и диапазона регулирования привода.Минимальное общее передаточное отношение , связывающее минимальную частоту вращения двигателя и минимальную частоту вращения шпинделя , найдем по следующей формуле: (2.15)Для этого вычисляем значения показателей степеней C и C при , которые соответствуют наибольшему передаточному отношению в группе и наименьшему передаточному отношению в группе .Наибольшее общее передаточное отношение , определяем по формуле: (2.28) где - передаточное отношение клиноременной передачи; Наибольшее общее передаточное отношение , определяем по формуле: (2.29) где - передаточное отношение клиноременной передачи;Выбираем диаметр ведущего шкива равный 128 мм и диаметр ведомого шкива равный 128 мм. Во время работы станка крутящий момент на приводе электродвигателя уравновешивается моментами от силы резания и сил трения в узлах и механизмах станка. Возникающие в приводе внутренние силы (реакции опор, усилия в зубчатых парах и так далее) являются производными от внешних сил и образуют для каждого элемента систему сил, служащих для его расчета. Усилия резания определяют крутящий момент на приводе электродвигателя, а также крутящий момент на шпинделе М , Нм, по формуле: (3.1) где Р - окружная сила резания, Н; Зная крутящий момент на шпинделе , можно определить мощность резания Р, КВТ, по формуле: (3.2) где n - частота вращения шпинделя, об/мин.Крутящий момент на валу электродвигателя , Нм, определяем по формуле: (3.4) где - мощность двигателя, КВТ; Крутящий момент на I валу привода , Нм, определяем по формуле: (3.5) где - КПД участка цепи привода между двигателем и первым валом; КПД участка цепи привода между двигателем и первым валом , определяем по формуле: (3.6) где - КПД ременной передачи; Крутящий момент на II валу привода , Нм, определяем по формуле: (3.7) где - КПД участка цепи привода между I и II валом;Определим значения мощности на валах привода.Расчет диаметра i-того вала , мм, можно производить на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба: (3.14) где - крутящий момент на i-том валу привода, Нмм; Примем, по второму ряду предпочтительных чисел, диаметр под подшипниками равный 32 мм, а диаметр под шестерней равный 40 мм.Расчет ведется с тех зубчатых пар, которые находятся в кинематической схеме.Шпиндель - наиболее ответственная деталь станка, служащая для закрепления детали, заготовки или инструмента и обеспечивающая взаимное расположение инструмента и заготовки в процессе обработки. Для обеспечения требуемой точности обработки детали на станках, в пределах определенного срока службы, шпиндель должен обладать жесткостью (способность сопротивляться деформациям под действием приложенных сил); износостойкостью посадочных отверстий и шеек под ны, планшайбы, инструмент; стабильностью положения оси вращения в процессе эксплуатации станка. Различают две группы по конструктивным признакам: 1) шпиндели, подверженные действию изгибных и крутящих моментов (токарные, фрезерные, шлифовальные станки); 2) шпиндели, подверженные

Содержание

Введение

1. Анализ аналогичных конструкций станков и обоснование принятого конструкторского решения

2. Кинематический расчет привода главного движения фрезерного станка

2.1 Определение диапазона регулирования привода

2.2 Определение диапазона регулирования приводного электродвигателя

2.3 Определение диапазона регулирования ступенчатой части привода

2.4 Определение числа ступеней ступенчатой части привода

2.5 Определение значения знаменателя геометрической прогрессии ступенчатой части привода

2.6 График частот вращения шпинделя

2.6.1 Структурная схема привода. Структурная сетка

2.6.2 Построение графика частот вращения привода

2.7 Определение предельных значений общих передаточных отношений привода

2.8 Определение передаточных отношений в группах

2.9 Распределение наибольшего и наименьшего передаточного отношения по группам передач

2.10 Определение диаметров шкивов клиноременной передачи и числа зубьев зубчатых передач

3. Силовой расчет привода главного движения фрезерного станка

3.2 Определение значений крутящего момента

3.3 Определение значений мощности привода

3.4 Определение диаметров валов

3.5 Расчет зубчатых пар

4. Проектирование развертки сборочной единицы и конструкции шпиндельного узла

4.1 Шпиндельные узлы металлорежущих станков

4.2 Методика проектирования шпиндельных узлов

5. Моделирование привода главного движения станка

5.1 Построение расчетной схемы привода

5.2 Параметризация расчетной схемы привода

5.3 Моделирование динамики привода в пакете DYNAR

5.4 Определение собственных зубцовых частот зубчатых передач

6. Моделирование динамики шпинделя

6.1 Построение расчетной схемы динамики шпинделя

6.2 Определение параметров опор шпинделя

6.3 Определение точек приложения нагрузок и их расчет

6.4 Моделирование динамики шпинделя в пакете SPINCH

6.5 Результаты моделирования прогиба шпинделя

6.6 Результаты моделирования динамики шпинделя

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Конструирование металлорежущих станков и в настоящее время остается, по-прежнему, во многом процессом творческим, где большую роль играют не точные расчеты на прочность, жесткость, экономичность, а дань традициям, существующим конструкторским решениям, опыт инженера-конструктора.

Тем не менее, часть процесса конструирования МРС уже достаточно отработана, например проектирование приводов главного движения производится по стандартным методикам.

Конструирование шпиндельного узла, напротив, является типичным примером интуитивного решения задачи. Оценить результат такой работы может лишь моделирование его специализированным программным обеспечением или проверка готового изделия в процессе его эксплуатации.

В данном курсовом проекте производится расчет кинематической структуры привода главного движения консольно-вертикально-фрезерного станка, конструирование этого привода вместе со шпиндельным узлом. Результатом работы является выполненный чертеж развертки и свертки привода главного движения станка.

1. Анализ аналогичных конструкций станков и обоснование принятого конструктивного решения

На станках фрезерной группы обрабатывают детали типа тел вращения, при этом осуществляется обработка наружных цилиндрических поверхностей, торцов и уступов, прорезание канавок и др. Главным движением, определяющим скорость резания, является скорость вращения шпинделя.

Наиболее распространенной является традиционная компоновка станка, где коробка скоростей встроена в переднюю бабку. Это придает ей компактность, меньшую стоимость и удобство передачи вращения рабочим органам станка. Ей следуют даже станки с ЧПУ. Отклонения от этой компоновки имеют легкие станки и многооперационные станки.

Так как проектируемый станок не относится ни к легким, ни к многооперационным, то мы тоже будем придерживаться традиционной схемы компоновки станка.

Получение на шпинделе различных частот вращения обеспечивается изменением частоты вращения приводного электродвигателя и простейшей двухступенчатой шестеренной коробкой скоростей.

2. Кинематический расчет привода главного движения консольно-вертикального фрезерного станка