Металлорежущие станки

Введение

Станки токарной группы наиболее распространены в машиностроении и металлообработке по сравнению с металлорежущими станками других групп. В состав этой группы входят токарно-винторезные, токарно-револьверные, токарно-карусельные, токарные автоматы и полуавтоматы, и другие станки.

Токарно-винторезные станки предназначены для наружной и внутренней обработки, включая нарезание резьбы, единичных и малых групп деталей.

Токарно-револьверные станки предназначены для обработки малых и больших групп деталей сложной формы из прутка или штучных заготовок, требующих применения большого числа наименований инструмента.

Токарно-карусельные станки предназначены для обработки разнообразных по форме деталей, у которых диаметр намного больше длины. Эти станки отличаются от других токарных станков вертикальным расположением оси вращения планшайбы, к которой крепится обрабатываемая деталь.

Токарные полуавтоматы предназначены для обработки деталей из прутка, а токарные полуавтоматы – для обработки деталей из прутка и штучных заготовок.

Металлорежущие станки отечественного производства имеют цифровое обозначение моделей. Первая цифра в обозначении модели показывает, к какой технологической группе относится станок: 1 – токарные станки, 2 – сверлильные и расточные станки, 3 – шлифовальные станки и т.д. Вторая цифра указывает на типы станков в группе: 1 – одношпиндельные и 2 – многошпиндельные автоматы, 3 – токарно-револьверные станки, 5 – карусельные и т.д. Две последние цифры определяют технические параметры станка: высоту центров над станиной для токарного станка, наибольший диаметр обрабатываемого прутка для токарно-револьверного станка и т.д. Наличие буквы между цифрами указывает на произведённую модернизацию станка. Буква (Н, П, В, А, С) в конце цифрового обозначения модели определяет точность станка. Различают станки нормальной точности – класс Н (в большинстве случаев не указывается), повышенной точности – класс П, высокой точности (прецизионные) – класс В, особо высокой точности – класс А и особо точные (мастерстанки) – класс С. Например, в обозначении токарно-винторезного станка модели 16К20П цифра 1 обозначает группу токарных станков, цифра 6 – тип станка (токарно-винторезный), цифра 20 – высоту центров в см, буква К – модернизацию станка, буква П – станок повышенной точности.

Токарно-винторезный станок МК6056П предназначен для выполнения разнообразных токарных работ.

Токарный станок МК6056П применяют для обтачивания и растачивания цилиндрических и конических поверхностей, нарезания наружной и внутренней метрической, дюймовой, модульной и питчевой резьбы.

Отклонение от цилиндричности 7мк, конусности 20мк на длине 300 мм, отклонение от прямолинейности торцевой поверхности на диаметре 300 мм – 16мк.

Станок МК6056П оснащен механическим фрикционом, приводом быстрых перемещений суппорта, задняя бабка имеет аэростатическую разгрузку, направляющие станины закалены.

Токарный станок МК-6056 комплектуется по желанию заказчика:

Технические характеристики токарно-винторезного станка МК6056П:

<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject3.bin> <Object: word/embeddings/oleObject4.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject5.bin> <Object: word/embeddings/oleObject6.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>

2. Графоаналитический метод расчета

2.1. Построение структурной сетки

<Object: word/embeddings/oleObject8.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject9.bin> <Object: word/embeddings/oleObject10.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject11.bin> <Object: word/embeddings/oleObject12.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject13.bin> <Object: word/embeddings/oleObject14.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject15.bin> <Object: word/embeddings/oleObject16.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject17.bin> <Object: word/embeddings/oleObject18.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject19.bin> <Object: word/embeddings/oleObject20.bin>

2.2. Построение картины частот вращения

2.3. Определение значений передаточных

отношений

<Object: word/embeddings/oleObject21.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject22.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject23.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject24.bin>

2.4. Построение кинематической схемы привода главного движения

<Object: word/embeddings/oleObject25.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject26.bin>

2.5. Построения кулачка однорукояточного управления подвижными блоками

<Object: word/embeddings/oleObject27.bin>

2.6. Расчет чисел зубьев

а) расчет тройного блока между I и II валами:

Метод наименьшего общего кратного:

=>

=>

=>

б) расчет двойного блока между II и III валами:

Метод наименьшего общего кратного:

=>

=>

в) расчет двойного блока между III и IV валами:

Метод наименьшего общего кратного:

=>

=>

Минимальный предел чисел зубьев Zmin = 18 :

3. Расчет привода станка

3.1. Выбор электродвигателя по мощности и частоте

По ГОСТ 19523-81 по требуемой частоте вращения 1500 мин-1 выбираю электродвигатель трёхфазный асинхронный серии 4А, закрытый, обдуваемый 4А132S4 У3 у которого Nдв = 7,5 кВт.

3.2. Определение крутящих моментов на валах

ПГД

3.3. Расчет диаметров валов

3.4. Расчет модулей зубчатых колес

3.5. Расчет параметров зубчатых колес

Выбираем модуль зацепления

Проверка межосевого расстояния, пар зубчатых зацеплений, между 1 и 2 валом.

т.к. межосевые расстояния равны, расчет произведен верно.

Выбираем модуль зацепления

Проверка межосевого расстояния, пар зубчатых зацеплений, между 1 и 2 валом.

т.к. межосевые расстояния равны, расчет произведен верно.

Выбираем модуль зацепления

Проверка межосевого расстояния, пар зубчатых зацеплений, между 3 и 4 валом.

т.к. межосевые расстояния равны, расчет произведен верно.

Таблица 1: Параметры зубчатых колёс

3.6. Выбор подшипников качения в опорах валов

Несущая способность подшипников качения характеризуется статической и динамической грузоподьемностью. Динамическая грузоподьемность радиальных и радиально - упорных подшипников - такая постоянная радиальная радиальная нагрузка, которую каждый из группы идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом может воспринимать при долговечности, составляющей 1 млн. оборотов. Динамическая грузоподьемность упорных и упорно - радиальных подшипников - такая постоянная чисто осевая нагрузка, которую каждый из группы идентичных подшипников может воспринимать в течение 1 млн оборотов одного из колец подшипников. Статическая грузоподьемность есть такая статическая нагрузка, в результате действия которой возникает общая остаточная деформация тела качения и колец в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0.0001 диаметра тела качения.

Быстроходность подшипников качения характеризуется предельной частотой вращения и параметром быстроходности. Превышение предельной частоты вращения приводит к существенному проявлению сил инерции тел качения и сепаратора, возрастанию влияния погрешности формы тел и дорожек качения и соответствующему нарушению равномерности вращения подшипника, ухудшению условий смазывания, росту износа рабочих поверхностей и перегреву опоры. Предельная частота вращения подшипников в нормальных условиях эксплуатации указывается в каталогах подшипников. Если частота вращения шпинделя должна превышать предельную для подшипников, следует обеспечивать хороший отвод теплоты от опор, использовать смазочные материалы малой вязкости.

Обобщенным показателем быстроходности опор шпинделей с радиальными, радиально-упорными и упорно-радиальными подшипниками является параметр быстроходности dmnmax (мммин-1), где dm=0.5(d+D); d- диаметр отверстия подшипника, мм; D- наружный диаметр подшипника, мм; nmax- наибольшая частота вращения шпинделя. Иногда в качестве показателя быстроходности опоры считают произведение dnmax, называемой характеристикой быстроходности.

Подшипники качения для шпинделей станков выходят из строя вследствие усталостного выкрашивания дорожек качения или из-за износа элементов, приводящего к увеличению зазоров. Считается, что срок службы подшипника закончен, когда по одной из названных причин он не может выполнять своих функций. Показателем долговечности подшипников считается время, в течение которого в тождественных условиях должны работать не менее 90% партии подшипников данного типоразмера.

Жесткость подшипника характеризуется отношением действующей на него нагрузки к вызываемому ею упругому сближению колец (при этом контактные деформации на посадочных поверхностях не учитываются). Различают радиальную и осевую жесткость.

В шпиндельных узлах современных станков в основном применяют подшипники качения. Для них характерны небольшие потери на трение и простые системы смазывания. Подшипники качения обеспечивают высокую точность вращения шпинделей (радиальное биение 0.01...0.03 мм, в прецизионных станках - несколько микрометров) и необходимую виброустойчивость, они надежно работают при изменении частоты вращения и нагрузок в широких диапазонах, удобны в эксплуатации.

Выбираем:

- на быстроходном валу - подшипник шариковый радиальный однорядный 36204К [6];

- на промежуточном валу - подшипник шариковый радиальный однорядный 36205К [6];

- на тихоходном валу - подшипник шариковый радиальный однорядный 36206К [6];

- на заднем конце шпинделя:

Роликовый радиально-упорный подшипник 7313А ГОСТ 27365-87 [1, стр. 145, табл. 6.7.]

7313А с размерами d=65 мм, D=140 мм, B=36 мм; с динамической грузоподьемностью С=183 кН, статической - Со = 150 кН.

- на переднем конце шпинделя:

Двухрядный роликовый подшипник с короткими цилиндрическими роликами серии 3182100К [1, стр. 145, табл. 6.7.].

3182117К с размерами d = 85 мм, D =130 мм, B = 34 мм; с динамической грузоподьемностью С = 106 кН, статической - Со=100 кН.

Шариковый упорно-радиальный двухрядный подшипник с углом контакта 60о (по ГОСТ 20821-75) [1, стр. 155, табл. 6. 17.].

178915 с размерами d=83мм, D=125 мм, H=54 мм; с динамической грузоподьемностью С=52000 Н, статической - Со=10200 Н.

3.7. Расчет полого вала

F=d42/4, где d4=60 мм

F=(D2-d12)/4, принимаем d1=55 мм.

(D2-532)/4=652/4

D2=552+602=6625 мм2

D=82.57 мм; Принимаем D=83 мм.

Для изготовления шпинделя выбираем материал – сталь 40Х.

Принимаем:

Внутренний диаметр шпинделя dо=55 мм;

Наружный диаметр заднего участка шпинделя d1=83 мм.

Конструирование переднего конца шпинделя:

Передний конец шпинделя служит для базирования и закрепления режущего инструмента, обрабатываемой детали или приспособления. Передние концы выполняют по государственным стандартам. Точнее центрирование и жёсткое сопряжение инструмента или оправки со шпинделем обеспечиваются коническим соединением. При ручной смене инструментов применяют конусы Морзе и метрические 4, стр.139, табл.6.1..

Применение фланцевых концов под поворотную шайбу позволяет быстро закреплять и снимать патроны без свинчивания крепёжных гаек. При использовании фланцевых концов без поворотной шайбы вылет шпинделя уменьшается, но трудоёмкость установки и снятия патрона возрастает.

Принимаю конус Морзе № 6

4. Расчет клиноременной передачи

Передаточное отношение ременной передачи:

<Object: word/embeddings/oleObject28.bin>

Вращающий момент:

<Object: word/embeddings/oleObject29.bin>

Диаметр меньшего шкива:

принимаем d1 = 187 мм

Диаметр большего шкива

<Object: word/embeddings/oleObject30.bin>мм.

Уточненное передаточное отношение:

<Object: word/embeddings/oleObject31.bin>

Межосевое расстояние в интервале:

аmax = d1 + d2 = 412 мм.

Длина ремня:

<Object: word/embeddings/oleObject32.bin>

Принимаем L = 1500 мм.

Уточненное межосевое расстояние:

<Object: word/embeddings/oleObject33.bin>

= 0,5 (d1 + d2) = 646,84;

y = d2 – d1 = 38 мм.

<Object: word/embeddings/oleObject34.bin>

Угол обхвата:

<Object: word/embeddings/oleObject35.bin>

Коэффициент угла обхвата:

<Object: word/embeddings/oleObject36.bin>

Номинальная мощность:

P0 = 3,8;[6, табл 7.8]

Коэффициент угла обхвата:

C = 0,85; [6, стр 135]

Коэффициент учитывающий число ремней в передаче:

Cz = 0,98;[6, стр 135]

Сечение В:

число ремней:

<Object: word/embeddings/oleObject37.bin>

принимаем z = 2.

Рабочий ресурс передачи:

<Object: word/embeddings/oleObject38.bin>

-1 = 7 МПа - предел выносливости

Максимальное напряжение:

max = 1 + и + v;

Скорость ремня:

<Object: word/embeddings/oleObject39.bin>

Окружная сила:

<Object: word/embeddings/oleObject40.bin>

Коэффициент учитывающий влияние скорости ремня:

С = 1,04 – 0,0004 2 = 1,04 – 0,0004 15,7 = 1,00.

Коэффициент режима работы принимаем равным Ср = 1.

Коэффициент учитывающий угол наклона линии центров передач принимаем равным С = 1

Допускаемая рабочая нагрузка на 1 мм ширины прокладки:

[р] = р0 С С Ср С = 3,8 0,99 1 1 1 = 3,762.

Ширина ремня:

<Object: word/embeddings/oleObject41.bin>

Напряжение от силы F1:

<Object: word/embeddings/oleObject42.bin>

где b – ширина ремня;

– толщина ремня.

принимаем: b = 65 мм; = 5 мм.

Предварительное натяжение ремня:

<Object: word/embeddings/oleObject43.bin>

Натяжение ветвей:

ведущей: <Object: word/embeddings/oleObject44.bin>

ведомой: <Object: word/embeddings/oleObject45.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject46.bin>

Напряжение изгиба:

<Object: word/embeddings/oleObject47.bin>

Напряжение от центробежной силы:

<Object: word/embeddings/oleObject48.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject49.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject50.bin>

СН = 1 при постоянной нагрузке.

<Object: word/embeddings/oleObject51.bin>

5. Описание системы смазки станка

Масла, введённые между контактирующими и взаимно перемещающимися поверхностями станка, образуют на них защитную плёнку, которая уменьшает коэффициент трения. В результате этого уменьшаются износ деталей и затраты мощности привода на преодоление сил трения, повышается коэффициент полезного действия станка. Одновременно масла охлаждают контактирующие поверхности деталей при трении.

Для смазывания станка применяют жидкие и консистентные смазочные материалы. В качестве жидких используют, как правило, индустриальные масла марок И-20А, И-30А, в качестве консистентных – солидол С, пресс-солидол УС-1 и другие.

Детали станков смазывают двумя способами – индивидуальным и централизованным. Индивидуальная смазка бывает периодического и непрерывного действия. Периодическая смазка производится вручную (из пресс-маслёнки) или одноплунжерным насосом, непрерывная – разбрызгивающими кольцами, капельными маслёнками, масляной ванной или насосами. Наиболее распространена централизованная смазка.

Выбор смазки зависит в первую очередь от скоростей относительного скольжения и нагрузок, действующих в сопряжениях. При прочих равных условиях чем выше скорость относительного скольжения и чем меньше давление в сопряжении, тем меньшей вязкости должно быть масло. Для прецизионных механизмов, как правило, выбирают смазку с меньшей вязкостью.

Выбор смазки для станков осложняется тем, что они имеют разнообразные пары трения, работающие при различных скоростях и нагрузках. Применение разных смазок неоправданно усложнило бы конструкцию смазочной системы и затруднило эксплуатацию такого станка. В станках применяют различные системы смазки, которые описаны в специальной литературе. Наиболее совершенна централизованная смазка, достаточно надёжно обеспечивающая смазку всех основных узлов.

Особое значение для станков имеет смазка шпинделей и направляющих скольжения поступательного и кругового движения. Для смазки направляющих, которая способствует значительному увеличению их долговечности, применяют разнообразные методы. Простейшими, но менее совершенными, являются смазка ручным способом и смазка при помощи индивидуальных маслёнок. Непрерывная подача масла может осуществляться специальными роликами, помещёнными в масляных карманах станины, при помощи насоса или с использованием масляной ванны. Для распределения масла по всей поверхности трения на направляющих выполняют специальные смазочные канавки.

Надёжная смазка имеет большое значение для направляющих кругового движения. При больших окружных скоростях возможно жидкостное трение за счёт гидродинамического эффекта. При трогании с места и больших нагрузках имеет место граничное трение. Для улучшения условия работы направляющих целесообразно применять комбинированный способ обеспечения жидкостного трения – гидростатический, к которому добавляется гидродинамический эффект при движении стола станка.

При работе смазочных систем большое значение имеет надёжная фильтрация смазки, чтобы инородные частицы и продукты износа при циркуляции смазки не попадали на трущиеся поверхности, так как это приведёт к их интенсивному изнашиванию.

6. Удаление стружки из рабочей зоны

Широкое внедрение в массовом производстве высокопроизводительных металлорежущих станков и автоматических линий требует механизации и автоматизации операций по уборке и переработке стружки. В настоящее время отход металла в стружку составляет в среднем 20-25% массы обрабатываемых заготовок. Кроме этого, стружка загромождает и засоряет оборудование, цехи и нередко приводит к остановке станков. На многих предприятиях стружка от станков и из цехов еще убирается вручную. Поэтому автоматизация и механизация уборки стружки является важной задачей.

Наиболее просто решается задача транспортировки сыпучей стружки, которая образуется при обработке деталей из хрупких материалов (чугуна, бронзы, алюминия), а также неметаллических материалов, например пластмасс. При обработке деталей из стальных заготовок образуется вьюнковая и сливная стружка, которая неудобна для транспортировки и переработки. Сливная стружка занимает большой объем при малой плотности, поэтому ее дробят на специальных стружкодолбилках. Для дробления стальной стружки непосредственно на станках применяют всевозможные порошки на передней поверхности резца и стружколомы, а также прерывистое или вибрационное резание.

Каждый вид стружки имеет свои неудобства и трудности при транспортировке. Сливная стружка обволакивает механизмы и инструменты, снижает их надежность и долговечность, затрудняет доступ при обслуживании; мелкая стружка и пыль оседают на различных частях машины, загрязняют воздух.

Удаление стружки заключается прежде всего в отводе ее непосредственно из зоны обработки как вручную, так и при помощи транспортирующих устройств. Стружку из отдельных станков необходимо собирать и удалять из цеха для последующей очистки, сортировки и переработки. В принципе имеются две системы удаления стружки из механических цехов: а) автоматизированная, когда стружка из отдельных станков и автоматических линий удаляется конвейерами, расположенными под полом; б) механизированная (с использованием ручного труда с средств механизации) с транспортировкой стружки в конвейерах, ящиках и тележках. Существуют и промежуточные варианты, когда, например, имеются только магистральные конвейеры для стружки, а от станков она удаляется вручную и другими способами.

Таким образом, проблемы механизации и автоматизации транспортировки и переработки стружки делятся на ряд частных задач, а именно: удаление стружки от станков, отсос мелкой стружки и пыли из зоны обработки; удаление стружки от группы станков и из цехов; очистка и переработка стружки. Каждая из этих задач решается по-своему, путем применения разнообразных транспортирующих устройств, агрегатов для отсоса, очистки и брикетирования.

6.1. Требования безопасности в цехах предприятия

В цехах предприятий организуют службы, которые проводят вводный инструктаж и обучают вновь поступающих на работу безопасным методам труда, пропагандируют мероприятия по технике безопасности, организуют занятия и просмотр кинофильмов по охране труда, участвуют в расследовании несчастных случаев и в других мероприятиях, вытекающих из особенностей работы предприятия.

Вводный инструктаж для вновь поступающих на работу проводят независимо от трудового стажа, так как в этом случае их знакомят с предприятием и особенностями его организации. Инструктаж на рабочем месте, который делится на первичный, повторный и внеочередной, проводит мастер, механик или другое ответственное за это лицо.

Первичный инструктаж перед допуском к выполнению работ проводят для вновь поступающих рабочих, а также для тех, кто переведен из другого цеха с одной работы на другую.

Повторный инструктаж на рабочем месте проводят для работающих вне зависимости от профессии в сроки, установленные правилами, а внеочередной инструктаж — в тех случаях, когда изменяются условия труда, при внедрении нового технологического процесса, замене оборудования и нарушении работающими правил безопасности труда и т. п.

Безопасные условия труда на рабочем месте обеспечиваются оснащением станка

средствами безопасности при подготовке его к работе и соблюдением работающими требований техники безопасности и гигиены труда. Это значит, что после ремонта, смазывания или профилактического осмотра станка должны быть установлены ограждения передач (зубчатых, ременных, цепных и т. д.), надежно закреплены части станка, которые перемещались при наладке и настройке, залито до требуемого уровня масло, проверена исправность решетки под ногами и удалены следы пролитого масла, приведена в порядок спецодежда и т. д.

При обработке заготовок необходимо следить за металлической стружкой, так как она представляет серьезную опасность для станочника. При точении сталей на высоких скоростях стружка может опутать резец, детали станка, маховики, рычаги и другие его части. В таких случаях необходимо остановить станок и убрать стружку с помощью крючков и щеток. Работать, не убирая стружку, опасно, так как она иногда не позволяет выключить станок, что может привести к аварии и более тяжелым последствиям.

Для экономии времени и исключения возможных нежелательных последствий следует применять инструмент со стружко-ломами. Но при этом учитывать, что в процессе резания элементы стружки, разлетаясь, могут травмировать глаза и лицо. Чтобы избежать этого, следует пользоваться очками или защитными щитками.

Большую опасность представляют поводковые патроны, если они не защищены во время работы ограждением. Хомутики поводковых патронов опасны тем, что могут причинить тяжелые ушибы выступающими частями, а также захватить ими одежду. Кулачковые патроны более безопасны в работе.

При обработке заготовок следует следить за надежностью их крепления, которое во многом зависит от состояния центров и центровых отверстий и соответствия центров выполняемой работе. При работе с изношенными центрами и неверно выполненными центровыми отверстиями обрабатываемая деталь под действием сил резания может быть вырвана из центров. Конические поверхности неподвижных центров следует густо смазывать перед установкой заготовки. При обработке пруткового материала на токарно-револьверных станках и автоматах следует ограждать участок с быстровращающимся прутком.

Список используемой литературы

1. Кочергин А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие – Мн.: Выш. шк. 1991.

2. Колев Н. С. Металлорежущие станки. Учеб. пособие – М.;Машиностроение, 1980.

3. Кучер И. М. Металлорежущие станки. Учеб. пособие – Л.;Машиностроение, 1969.

4. Металлорежущие станки. 2 том / Под ред. Ачеркана Н. С. – М.;Машиностроение, 1965.

5. Тепитнкичиев В.К. Металлорежущие станки. Учеб. пособие – М.;Машиностроение, 1961.

6. Чернавский С. А. Курсовое проектирование деталей машин. Учеб. пособие изд. 2-е – М.:Машиностроение, 1988.

7. Тарзиманов Г.А. Конструирование и расчет МРС и станочных комплексов.

8. Решетов Н.С. Детали и механизмы МРС. Т.1.2

9. Длоугий Приводы машин