Коробка передач со шпинделем
Предмет
Тип работы
Факультет
Преподаватель
Введение
В токарных станках вместо компоновки с раздельным расположением шпинделя и коробки передач начали применять коробку передач со шпинделем. Такая ситуация обусловлена тем, что в этом случае привод становится более компактным, уменьшается количество корпусных деталей, уменьшается общая погрешность на конце шпинделя, к тому же он прост в управлении и эксплуатации.
В данном курсовом проекте разрабатывается привод главного движения многоцелевого станка, представляющий собой коробку передач со шпинделем. Для этого проводится анализ конструкции обрабатываемых деталей, уточняется технология изготовления детали-представителя, определяются основные технические характеристики модуля, компоновки станка, функциональные подсистемы и разрабатывается структура модуля. Производятся расчеты деталей модуля с применением ЭВМ, разрабатывается конструкция модуля и оформляется расчетно-графическая часть.
В качестве примера выступает деталь-представитель типа “поршень”. Эта деталь изготавливается на заводе ПАО “УМПО”. Поршень применятся для передачи движения для сужения и расширения сопла. Эскиз детали представлен на рисунке 1. 3D модель поршня представлена на рисунке 2.
Рисунок 1. Эскиз детали-представителя «Поршень»
Рисунок 2. 3D модель детали-представителя «Поршень»
Материал: Сталь 15Х16К5Н2МВФАБ – Сталь мартенситная жаропрочная повышенной коррозионной стойкости. (ТУ 14-1-2756-79) (ЭП866).
Данная сталь применяется при изготовлении корпусов и крышек установок на АЭС, корпусных деталей авиационного назначения, авиастроения.
Материал: ЛС64-2 твердый сплав. Латунь, обрабатываемая давлением.
Химический состав материалов представлен в таблице 1 и 2.
Таблица 1. Хим. Состав ЭП866
С | Сr | Co | Ni | Mo | W | V | NB | N | Fe | Si | Mn | S | P |
Не более | |||||||||||||
0,16 – 0,18 | 15,0 – 16,5 | 4,5 – 5,5 | 1,7 – 2,1 | 1,35 – 1,65 | 0,65 – 1,0 | 0,18 – 0,3 | 0,2 – 0,35 | 0,03 – 0,08 | Ос-нова | 0,6 | 0,6 | 0,02 | 0,03 |
Таблица 2. Хим. Состав латуни ЛС64-2
Fe | P | Сu | Pb | Zn | Sb | Bi | Примесей |
До 0,1 | До 0,01 | 63-66 | 1.5-2 | 31,7-35,5 | До 0,005 | До 0,002 | Всего 0,3 |
Максимальный диаметр обработки Dmax= 45 мм (Заготовки). Минимальный диаметр обработки Dmin= 7 мм. Максимальная длина обработки Lmax= 115 мм (Заготовки).
В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности H9, H11, H12, h8, f7. Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: Биения относительно базы “А” 0,02. Биения относительно базы “Б” 0.02. Биения относительно базы “Л” 0.02. Биения относительно базы “Е” 0,05. Биения 0,05.
Переходы на проектируемом станке: Точение.
Маршрутная карта изготовления детали-представителя на заводе ПАО «УМПО» представлена в таблице 3.
Таблица 3 – Базовая маршрутная карта изготовления детали-представителя
Операции | Наименование операции | Оборудование |
40005 | Токарная | 1К62 |
40010 | Токарная | 1К62 |
40015 | Токарная | 1К62 |
40020 | Токарная | 1К62 |
40025 | Токарная | 1К62 |
40030 | Токарная | 1К62 |
40035 | Промывка | УЗВ-18М |
40040 | Контроль твердости | ТШ-2 |
40045 | Токарная | 1К62 |
40050 | Токарная | 1К62 |
40055 | Токарная | 1К62 |
40060 | Токарная | 1К62 |
40065 | Слесарная | Верстак |
40070 | Токарная | 1К62 |
40075 | Токарная | 1К62 |
40080 | Токарная | 1К62 |
40085 | Долбежная | ДШ-6 |
40090 | Фрезерная | 6Р12 |
40095 | Шлифовальная | 3132 |
40100 | Шлифовальная | 3132 |
40105 | Полировальная | 1К62 |
40110 | Полировальная | 1К62 |
40115 | Промывка | УЗВ-18М |
40120 | Сверлильная | ВС-3 |
40125 | Слесарная | Верстак |
40130 | Контроль магнитопорошковой | |
40137 | Промывка | УЗВ-18М |
40140 | Контроль | Стол контрольный |
41000 | Хромирование | |
42000 | Меднение | |
43145 | Контроль входной | Стол контрольный |
43150 | Шлифовальная | 3132 |
43155 | Шлифовальная | 3132 |
43160 | Шлифовальная | 3132 |
43165 | Промывка | УЗВ-18М |
43170 | Полировальная | 1К62 |
43175 | Промывка | УЗВ-18М |
43180 | Контроль | Стол контрольный |
43185 | Упаковывание | Стол |
43190 | Окончательная сдача |
После анализа базового варианта маршрутной технологии, были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 4). При применении многоцелевого токарного патронно-центрового станка с ЧПУ модели 200HTP предназначенного для выполнения разнообразных токарных работ при обработке детали различной сложности. Оснащенного контршпинделем. Револьверной головкой с приводным инструментом. Появляется возможность совместить операции: ОП40010 и ОП40020. ОП40045, ОП40050 и ОП40075. ОП40055, ОП40060, ОП40070, ОП40080, ОП40090 и ОП40120. А также экономится время на перестановку детали за счет совмещения фрезерования паза и сверление отверстия.
Таблица 4 – Предлагаемая маршрутная технология
40005 | Токарная | Проектируемый станок |
40010 | Токарная | Проектируемый станок |
40015 | Токарная | Проектируемый станок |
40020 | Токарная | Проектируемый станок |
40025 | Токарная | Проектируемый станок |
40030 | Промывка | УЗВ-18М |
40035 | Контроль твердости | ТШ-2 |
40040 | Токарная | Проектируемый станок |
40045 | Токарная | Проектируемый станок |
40050 | Слесарная | Верстак |
40055 | Долбежная | ДШ-6 |
40060 | Шлифовальная | 3132 |
40065 | Шлифовальная | 3132 |
40070 | Полировальная | Проектируемый станок |
40075 | Полировальная | Проектируемый станок |
40080 | Промывка | УЗВ-18М |
40085 | Слесарная | Верстак |
40090 | Контроль магнитопорошковый | |
40097 | Промывка | УЗВ-18М |
40100 | Контроль | Стол контрольный |
41000 | Хромирование | |
42000 | Меднение | |
43145 | Контроль входной | Стол контрольный |
43150 | Шлифовальная | 3132 |
43155 | Шлифовальная | 3132 |
43160 | Шлифовальная | 3132 |
43165 | Промывка | УЗВ-18М |
43170 | Полировальная | Проектируемый станок |
43175 | Промывка | УЗВ-18М |
43180 | Контроль | Стол контрольный |
43185 | Упаковывание | Стол |
43190 | Окончательная сдача |
Как видно из предлагаемой технологии количество операций сокращается на 8.
2. Определение основных технических характеристик модуля.
Исходные данные представлены в таблице 5.
Таблица 5 - Исходные данные
Основные переходы обработки | Диаметры обработки d, мм | Расчетная глубина резания t, мм | Материал режущей части инструмента | |
Сталь мартенситная жаропрочная повышенной коррозионной стойкости в = 1010-1270 | Точение продольное | 45 | Чистовая обработка 0,5 мм, Черновая 3 мм. | Твердый сплав Т15К6 |
Растачивание | 40 | |||
Канавки | 45 | 3 мм | ||
Латунь твердосплавная ЛС64-2 в = 580-670 Мпа. | Точение продольное | 45 | Чистовая обработка 0,5 мм, Черновая 3 мм. | Твердый сплав Т15К6 |
Растачивание | 40 | |||
Канавки | 45 | 3 мм |
2.1. Основные технологические условия использования станка
К этим условиям относятся:
Коррозионностойкая жаропрочная высоколегированная мартенситного класса ЭП866 в = 1010÷1270 МПа.
Латунь твердосплавная ЛС64-2 в = 580÷670 Мпа.
–Токарная (продольное, растачивание), канавки.
–чистовая, с глубиной резания t = 0,5 мм.
–твердый сплав Т15К6;
– dmax = 45 мм, dmin = 8,5 мм (точение);
– dmax = 45 мм, dmin = 40 мм (канавки);
2.2. Характерные сочетания технологических условий
К этим сочетаниям относятся условия, определяющие минимальную скорость резания- vmin, максимальную подачу - Smax и максимальную эффективность мощность резания - Nэфmax – наиболее тяжелый режим обработки, который соответствует предварительному продольному точению материала c прочностью – ЭП866 (в = 1270 МПа).
2.3. Определение значений предельных режимов резания и наибольшей (расчетной) эффективной мощности
Определенные расчетные значения технических характеристик модуля для разных переходов обработки приведены в таблице 6.
Таблица 6 - Определенные расчетные значения технических характеристик модуля для разных переходов обработки
Наименование перехода | Тяжелый режим Черновая обработка (в = 1270 МПа) | Легкий режим Чистовая обработка (в = 670 МПа) |
Продольное точение | dmax = 45 мм; Smax = 0,9 мм/об; vmin = 101 м/мин; nmin = 715 мин-1; Nэф = 8,044 кВт. | dmin = 30 мм; Smin = 0,1 мм/об; vmax = 330 м/мин; nmax = 3504 мин-1. |
Растачивание | dmax = 19 мм; Smax = 0,9 мм/об; vmin = 92 м/мин; nmin = 1542 мин-1; Nэф = 7,430 кВт. | dmin = 11 мм; Smin = 0,1 мм/об; vmax = 209 м/мин; nmax = 6050 мин-1. |
Канавки | dmax = 40 мм; Smax = 0,12 мм/об; vmin = 111 м/мин; nmin = 883 мин-1; Nэф = 3.505 кВт. | dmin = 8,5 мм; Smin = 0,12 мм/об; vmax = 126 м/мин; nmax = 4720 мин-1. |
Значения подач и скоростей определяются по базе режимов МГТУ «СТАНКИН» согласно установленным характерным условиям обработки детали [6].
Наибольшая подача Smax определяется для точения ЭП866 (в = 1270МПа) при диаметре заготовки dmax =45 мм, наибольшей глубине резания tmax = 3 мм, Smax = 0,9 мм/об. При этом наименьшая скорость резания согласно базе режимов, равна vmin = 101 м/мин.
Наибольшая скорость при чистовом продольном точении латуни ЛС64-2 с прочностью (в = 670 МПа) с учетом глубины резания tmin = 0,5 мм, с наименьшей подачей Smin = 0,01 мм/об равна vmax = 330 м/мин.
Наибольшее значение эффективной мощности резания определяется при помощи программы «Rezim» разработанной МГТУ «СТАНКИН» [6] для условий обработки, соответствующих vmin - при точении ЭП866 (в = 1270 МПа), c диаметром D = 45 мм, глубиной резания t = 3 мм, S = 0,9 мм/об, V = 101 м/мин эффективная мощность резания Nэф = 8,044 кВт.
2.4. Определение расчетных значений технических характеристик модуля
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле (при точении):
где Vmin – минимальная скорость резания,
dmax – максимальный диаметр обработки.
Принимаем n min = 720 об/мин
Максимальная частота вращения шпинделя находится по формуле (при точении канавки):
где vmax – максимальная скорость резания,
dmin – минимальный диаметр обработки.
<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>
Максимальная мощность резания находится из условий наиболее тяжелого режима обработки(Smax, tmax, dmax,Vmin, HBmax).
Эффективная мощность резания составляет Nэф =8,044 кВт. (п. 2.3)
Мощность приводного электродвигателя:
<Object: word/embeddings/oleObject5.bin> (3)
где - к.п.д. привода, ориентировочно = 0,8;
kп – допускаемый коэффициент перегрузки двигателя зависит от вида и продолжительности обработки, при точении kп находится в пределах 1,05...1,1. Принимаем kп = 1,06;
<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>
2.5. Анализ технических характеристик модулей аналогичных станков
В качестве станка-аналога для проектируемого модуля выбирается Станок многоцелевой токарный патронно-центровой с ЧПУ модели 200HTP.
Данный станок оснащен револьверной головкой с приводом, автоматической смены инструмента, возможностью установки двенадцати позиций одновременно устанавливаемого инструмента, в то числе приводных, наличие шпинделя и контршпинделя решает проблему с перестановкой детали для дальнейшей работы, что позволяет обработать детали различной сложности. За одну установку с высокой производительностью может производиться как токарная обработка, так и фрезерная обработка.
Станок многоцелевой токарный патронно-центровой с ЧПУ модели 200HTP класса точности “А” предназначен для комплексной обработки деталей сложной формы.
На станке могут производиться различные виды обработки: сверление, зенкерование, развертывание отверстий, нарезание резьбы метчиками, а также получистовое и чистовое прямолинейное и контурное точение деталей, чистовое растачивание отверстий и канавок в них.
Благодаря наличию линейных приводов, которые обеспечивают высокие скорости на холостом ходу в сочетании с высокой точностью позиционирования, станок модели 200HTP может применяться для обработки деталей сложной формы и использоваться в мелкосерийном и серийном производствах различных отраслей промышленности.
В станок 200HTP встроен контршпиндель, расположенный на корпусе задней бабки диаметр патрона который устанавливается непосредственно на шпинделе 165 мм.
В базовом варианте исполнения имеются следующие программируемые оси:
– ось Х – поперечное перемещение суппорта,
– ось Z – продольное перемещение суппорта,
– ось W – перемещение контршпинделя
В станке предусмотрен рециркулирующий тип подачи СОЖ. Стружка по наклонной части станины попадает в ящик для продуктов обработки, расположенный внутри станины, отработанная СОЖ попадает в бак, вместимость которого 136 литров. В баке СОЖ очищается и насосом подается в зону обработки.
Станок модели 200HTP соответствует требованиям безопасности согласно российским стандартам, европейским директивам и нормам, сертифицирован по европейскому стандарту СЕ.
Основные технические характеристики проектируемого модуля и станка аналога представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Технические характеристики модуля главного движения и станка-аналога.
№ | Наименование параметров | Данные |
---|---|---|
1 | Диаметр патрона, мм | 165 |
2 | Число ступеней частот вращения шпинделя | регулир. бесступ. |
3 | Пределы частот вращения шпинделя, мин-1 | 5-5500 |
4 | Номинальный крутящий момент на шпинделе, Н м | 70 |
5 | Мощность главного привода, кВт | 12 |
2.6 Уточнение технических характеристик проектируемого модуля станка
На основании сведений, полученных для модуля станка-аналога, проведем корректировку технических характеристик проектируемого модуля. С учетом опыта проектирования современных аналогичных станков и применения прогрессивного режущего инструмента увеличим значение мощности приводного электродвигателя на 30%.
<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>
Принимаем Nэл=13 кВт.
Необходимые технические характеристики проектируемого модуля представлены в таблице 8.
Таблица 8 - Необходимые технические характеристики проектируемого модуля
Наименование параметров | Данные |
Наибольший диаметр обработки dmax, мм | 45 |
Наименьший диаметр обработки dmin, мм | 7 |
Диапазон частот регулирования шпинделя, мин-1 | 720 – 6000 |
Мощность привода гл. движения, кВт | 13 |
3. Определение компоновок станка и модуля.
Компоновка станка-аналога 200HTP представлена на рисунке 3.
Рисунок-3. Компоновка проектируемого станка
На рисунке 4 представлена компоновка проектируемого модуля станка, коробка передач с шпинделем.
Рисунок 4. Компоновка проектируемого модуля
4. Определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка его структуры.
4.1 Основные переходы и схемы обработки.
Результаты анализа схем обработки для осуществления заданных переходов обработки приведены в таблице 9.
Таблица 9. Сведения о применяемых схемах обработки
Наименование перехода обработки | Схема обработки | Метод формообразования поверхности | Состав исполнительных движений |
1 | 2 | 3 | 4 |
Точение продольное | Метод следа и следа | Фv(В1) Фs(П3) Н1(П2) Н2(П3) | |
Растачивание цилиндра | Метод следа и следа | Фv(В1) Фs(П2) Н1(П2) Н2(П3) | |
Проточка канавок | Метод копирования и следа | Фv(В1,) Фs(П2) Н1(П2) Н2(П3) |
4.2. Определение функциональных подсистем.
С учетом особенностей конструкции, кинематики станка-аналога и управления его работой при выполнении заданных переходов и с использованием классификации функциональных подсистем станочных модулей определены функциональные подсистемы проектируемого модуля станка. В таблице 10 указаны составы функциональных подсистем модуля станка-аналога и проектируемого модуля станка [5].
Таблица 10. Состав функциональных подсистем модуля станка-аналога и проектируемого модуля станка
Станок - аналог | Проектируемый станок. |
1ПО1 [П11, УБ11, ТБ11, О11] | 1ПО1 [П11, УБ21, ТБ21, О11] |
1РД1 [(1ПО1), ВН11, РБ11] | 1РД1 [(1ПО1), ВН11, РБ11] |
1СД1 [НБ11, СТ13] | 1СД1 [НБ11, ИС21] |
1ПМ1 [(1ПО1), (1РД1), (1СД1), ВП12] | 1ПМ1 [(1ПО1), (1РД1), (1СД1), ВП12] |
ПО - обеспечение пуска и остановки; РД - обеспечение реверсирования движения; СД - обеспечение скорости движения; ПМ - обеспечение перемещения;
П - пуск, УБ - ускорение бесступенчатое, ТБ - торможение бесступенчатое, О - остановка;
ВН - выбор направления,
РБ - бесступенчатое изменение разгона и торможения;
ВП - величина перемещения.
Первое число индекса подсистемы 4-го уровня определяет вид управления:
1 - программное управление
2 - программно-адаптивное управление
Существуют следующие варианты обозначений:
11 - требуемый цикл, 12 - параметр, определяющий величину перемещения, 13 - параметр, определяющий скорость движения; 21 - требуемых параметров движений и высокой производительности обработки,
Состав функциональных подсистем проектируемого станка является наиболее оптимальным с точки зрения достижения необходимых параметров.
4.3. Разработка структуры проектируемого модуля.
С учетом кинематической схемы заданного станка и функциональных подсистем составлена блок-схема модуля (рисунок 5). На блок-схеме в обобщенном виде указаны составные части модуля и необходимые связи.
Рисунок 5. Блок-схема модуля главного движения
Структура модуля главного движения составлена с учетом блок-схемы и особенностей рассматриваемого станка (рисунок 6). На ней более подробно указаны составные части модуля и их связи.