Токарно-винторезные станки. Определение режимов резания. Кинематический расчет. Силовой расчет коробки скоростей. Расчет элементов коробки скоростей. Выбор конструкции шпинделя и его расчет

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование по

курсу «Металлорежущие станки»

Спроектировать коробку скоростей металлорежущего станка с техническими характеристиками, соответствующими номеру Вашего варианта (таблица 1).

Таблица 1.

Оглавление

Введение                                                                                                    3

1 Определение режимов резания                                                            4

2 Кинематический расчет                                                                        9

3Силовой расчет коробки скоростей                                                   13

4 Расчет элементов коробки скоростей                                                15

5 Выбор конструкции шпинделя и его расчет                                     16

6. Расчет шпинделя на жесткость                                                                                                          19

Список литературы                                                                                 21

Введение

На станках токарной группы обрабатывают детали типа валов, дисков и втулок, осуществляя обтачивание наружных цилиндрических поверхностей, торцов и уступов, прорезание канавок и отрезку, растачивание отверстий (цилиндрических, конических и фасонных), обтачивание конических и фасонных поверхностей, сверление, зенкерование и развертывание отверстий, нарезание наружной и внутренней резьбы резцом, метчиком и плашкой, вихревое нарезание резьбы, накатывание рифленых поверхностей.

Главным движением, определяющим скорость резания, является вращение шпинделя, несущего заготовку. Оно осуществляется через 18-тиступенчатую коробку скоростей (проектируемый узел). При проектировании будем стремиться разработать конструкцию с максимально возможной точностью передаточных отношений и минимальными габаритами узла, применением, по возможности, наиболее дешёвых материалов, обеспечении ремонтоспособности и надёжности работы, простоты конструкции и эксплуатации.

1 Определение исходных данных для проектирования

Станок предназначен для точения цилиндрических поверхностей с максимальным диаметром D_max=250 мм. В целях экономичного использования станка примем среднее расчетное значение D_min = 50 мм, исходя из неравенства  D_max > D_min (стр.106, [1]).

При определении предельных скоростей резания предпочтительно принимать  для чистовых работ,  - для черновых работ, соответственно при минимальной подаче и глубине резания (чистовая обработка) и максимальных подаче и глубине резания (черновая обработка).

В качестве материала при наибольшей скорости резания принимаем серый чугун СЧ20 (НВ190), материал режущей части резца – твёрдый сплав ВК6, как наиболее прогрессивный в настоящее время материал по сравнению с быстрорежущей сталью.

1.1  Обработка чугуна (черновая операция)

Инструмент: резец проходной упорный прямой с пластинами из твердого сплава с углом в плане 90º (стр.120, табл.7 [2]) ГОСТ 18879-73:

Принимаем минимальную глубину резания t=2 мм (стр.84 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=1,5 мм/об,

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]:

=68,5; x=0; у=0,4; m=0,2.

Стойкость резца принимаем Т=60 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент  (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=0,8 – табл.5, стр.263 [2] – поковка;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

.

Частота вращения шпинделя:

Принимаем 20 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_minч××S_ч=20×1,5=30мм/мин;

1.2    Обработка чугуна (чистовая операция)

Инструмент: резец проходной упорный прямой с пластинами из твердого сплава с углом в плане 90º (стр.120, табл.7 [2]) ГОСТ 18879-73:

Принимаем минимальную глубину резания t=0,5 мм (стр.84 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=0,2 мм/об.

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]:

=324; x=0,2; у=0,4; m=0,28.

Стойкость резца принимаем Т=40 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент  (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=1 – табл.5, стр.263 [2] – обработка поверхности без корки;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

.

Частота вращения шпинделя:

Принимаем 900 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_minч××S_ч=900×0.2=180 мм/мин;

1.3  Обработка стали (черновая операция)

Инструмент: резец проходной упорный прямой с пластинами из твердого сплава с углом в плане 90º (стр.120, табл.7 [2]) ГОСТ 18879-73:

Принимаем минимальную глубину резания t=2 мм (стр.84 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=1,3 мм/об,

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]:

=68,5; x=0; у=0,4; m=0,2.

Стойкость резца принимаем Т=60 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент  (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=0,8 – табл.5, стр.263 [2] – поковка;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

Частота вращения шпинделя:

.

Принимаем 25 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_minч××S_ч=25×1,3=32.5 мм/мин;

1.4  Обработка стали (чистовая операция)

Инструмент: резец проходной упорный прямой с пластинами из твердого сплава с углом в плане 90º (стр.120, табл.7 [2]) ГОСТ 18879-73:

Принимаем минимальную глубину резания t=0,5 мм (стр.93 [1]).

Подача (стр.266, табл.11[2]) S=0,8 мм/об.

Скорость резания (стр.265 [2]):

, где по табл. 17, стр. 269 [2]: =324; x=0,2; у=0,4; m=0,28.

Стойкость резца принимаем Т=40 мин (стр.268 [2]).

Коэффициент  (стр. 268 [2])

,где n_v=1 (стр.262, табл.2 [2]), HB=190

;

=1 – табл.5, стр.263 [2] – обработка поверхности без корки;

=1 – табл.6, стр.263 [2] – для ВК6;

;

Частота вращения шпинделя:

.

Принимаем 500 об/мин

Минутная подача

S_мч=n_minч××S_ч=500×0.8=400 мм/мин;

Определение мощности электродвигателя.

Мощности двигателя , кВт определяется по формуле:

, где  - эффективная мощность, кВт;

- коэффициент перегрузки электродвигателя; ;

- КПД привода главного движения; .

Привод главного движения и привод подач обслуживает один двигатель.

N_эд(под) = (0,03…0,05) · N_эд(гл)

N_эд(под) = 0,03 · 4,3 = 0,129 кВт.

N_эд =0,129  + 4,58 = 4,71 кВт.

Принимаем за исходный параметр минимальное значение подачи  S_min =30мм/мин.

Тогда максимальное значение подачи:

мм/об

Из геометрического ряда предпочтительных чисел[1, с. 180] принимаем стандартные значения S_min=31.5мм/мин;S_max=224мм/мин

Т. о. исходные данные для проектирования:

j = 1,12;z = 18; d_max=360мм;S_min=31.5мм/мин;S_max=224мм/мин.

2.Кинематический расчет.

2.1. Построение структурной сетки.

Структурная формула будет иметь вид:

Р_а (1 + Р_b) = 12

Строим график структурной сетки (рис.1).

Из структурной сетки получаем следующие соотношения для передаточных чисел:

I_1*i₂=φ⁸=2.48

I₃*i₄*i₅*i₆=φ²=1.25

I⁷*i₈=φ¹=1.12

0.25≤φ≤2

Φ^-24≤i≤φ¹²

2.2. Построение графика чисел оборотов:

;

;

.

Рисунок 1 – Структурная сетка

В соответствии с полученными соотношениями строим график чисел оборотов (рис.2.), промежуточные значения чисел оборотов – из геометрического ряда.

Принимаем электродвигатель с синхронной частотой вращения ; Асинхронная частота вращения (табл. 24.8, стр. 377 [5]): .

Тогда передаточное отношение:

;

Рис. 2. График чисел оборотов.

2.3. Определение числа зубьев зубчатых колес.

2.4. Определяем действительное значение частот вращения шпинделя с учетом конкретных чисел зубьев колес на каждом валу и сравниваем со стандартными значениями.

Отклонение действительных величин не должно превышать

;

Расчет ведем по формуле:

, где .

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Выбираем кинематическую схему

3. Силовой расчет коробки скоростей.

3.1. Определим КПД привода:

  (стр. 334 [6]);

;

3.2. Выбор электродвигателя.

Требуемая мощность электродвигателя:

;

Выбираем асинхронный двигатель исполнения IM 3081 типа 4А132М2УЗ (закрытый, обдуваемый, с синхронной частотой вращения , мощностью 11кВт), (стр. 337, табл.24.8 [5]);

3.3. Определяем фактическую частоту вращения каждого вала.

В коробке скоростей универсальных станков в качестве расчетного числа оборотов берут не  , а расчетную:

, где - диапазон регулирования;

.

Принимаем .

Тогда по графику (рис.2) частота вращения каждого вала составляет:

;

;

;

;

.

3.4. Определяем мощность на каждом валу:

, где - КПД передач, подшипников.

;

;

;

;

.

3.5. Определяем крутящий момент на каждом валу (стр. 237 [7]):

,

;

;

;

;

.

3.6. Определяем модуль зубчатых зацеплений:

;

;

;

;

;

;

;

;

.

4 Расчет элементов коробки скоростей.

4.1 Расчет геометрических параметров зубчатых колес.

- ;                    ;

 - ;                   ;     .

 - ;                  ;

Степень точности колес определяется в зависимости от назначения. Принимаем степень точности 7. Материал колёс – сталь 20Х.

4.2. Предварительный расчет диаметров валов.

Диаметр вала определяется из условия прочности на кручение при пониженных допускаемых напряжениях:

, где T – крутящий момент ;- допускаемое условное напряжение на кручение. для промежуточных валов: для входного и выходного валов.

Тогда

, принимаем ;

, принимаем ;

, принимаем ;

, принимаем ;

, принимаем

5. Выбор конструкции шпинделя и его расчет.

Конструкция шпинделя выбирается конструктивно.

5.1. Подбор и расчет подшипников шпинделя.

Критерием  подбора подшипников служит неравенство (стр. 427[10]): , где - требуемая величина динамической грузоподъемности; - табличные значения динамической грузоподъемности выбранного подшипника.

, где - приведенная нагрузка подшипника; - угловая скорость, об/мин; - долговечность подшипника ();

- коэффициент, зависящий от формы кривой консольной усталости.

В данном случае схема установки подшипников выполнена