Коробка передач со шпинделем

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

Таблица 2. Хим. Состав латуни ЛС64-2

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

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

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

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

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.

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

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

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

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.