Конструкторский раздел (стр. 1 )

3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Техническое описание станка ФП-37У4

Станок специализированный вертикально-фрезерный четырех координатный с числовым программным управлением модели ФП-37У4 предназначен для обработки сложных фасонных поверхностей деталей типа балок, кронштейнов, лонжеронов, шнеков и других, изготавливаемых из высокопрочных легированных сталей, титановых и легких сплавов. Обработка осуществляется торцевыми и концевыми фрезами.

На станке можно фрезеровать плоскости, наружные и внутренние криволинейные контуры с постоянным углом наклона образующих, выпуклые и вогнутые поверхности двойной кривизны по заданной программе и универсальным способом.

Станок имеет четыре одновременно или последовательно управляемых координат:

- Х – продольное перемещение стола;

- Y – поперечное перемещение ползуна;

- Z – вертикальное перемещение головки фрезерной;

- A – поворот вокруг координаты Х.

Кроме этого имеются две дополнительно следящие координаты:

- шпиндель и магазин с инструментами.

Для обеспечения обратной связи по положению все следящие координаты имеют встроенные в узлы преобразователи угловых перемещений ЛИР-158ф

Переключение диапазонов чисел оборотов шпинделя осуществляется блоками шестерен привода шпинделя при помощи гидроцилиндров.

-Размер рабочей поверхности стола 3000800, мм.

-Наибольшая масса устанавливаемой заготовки 2000,кг.

-Пределы частот вращения шпинделя об/мин.

-Мощность привода главного движения 37 кВт.

-Габаритные размеры станка:

- Длинна 7500 мм

- Ширина 4940 мм

- Высота 3185 мм.

-Масса станка 20000 кг.

Рисунок 3.1- Схема кинематическая.

3.2 Расчёт магазина

Рисунок 3.2-Механизм смены инструмента.

В приводе инструментального магазина используется сервомотор С2.SM.000 –3400, n=3000 об/мин, М=2,4 Нм со встроенным датчиком положения ЛИР 158ф.

Двигатель через муфту соединен с червячным редуктором, состоящим из однозаходного червяка с переменным шагом и червячного колеса z=24, m=2,5. На выходном валу редуктора закреплена цилиндрическая шестерня z=18, m=2,5, которая закрепляется с шестерней z=108, m=2,5, установленной на оси диска с гнездами под инструменты.

Поворот руки механической из среднего положения в точку смены и к магазину осуществляется от трехпозиционного гидроцилиндра.

3.2.1 Расчет привода магазина

Магазин проектируемого станка выполнен в следующем исполнении: ось магазина вертикальная, а диск с установленном на нем инструментами располагается в горизонтальной плоскости. Расчет будет состоять из двух частей – кинематической и проверочной.

Кинематический расчет магазина

Исходными данными для расчета служит кинематическая схема станка.

Рисунок 3.3- Кинематическая схема.

Составляем уравнение кинематической цепи:

при nэл. мах=3000 об/мин.

при nэл. ном.=2000 об/мин.

при nэл. min.=1об/мин.

3.2.2 Определение номинального передаточного числа привода

Передаточное число определяется отношением номинальной частоты вращения двигателя nном к частоте вращения приводного вала рабочей машины nрм при номинальной нагрузке

Определить частоту вращения приводного вала рабочей машины nрм, об/мин:

а) для конвейеров, грузоподъемных и прочих машин:

отсюда

где v — скорость оборотов барабана, м/с; D — диаметр барабана, мм;

м/с

3.2.3 Определение передаточного числа привода

Для всех прием­лемых вариантов типа двигателя и заданной номинальной мощности Ртм (см. 2.1, п. 4):

; ;

где — коэффициенты полезного действия закрытой передачи (червячного редуктора), прямозубой передачи муфты, подшипников качения (по кинематической схеме в редукторе две пары подшипников) и подшипников скольжения (по схеме на приводном валу рабочей машины одна пара подшипников).

Передаточное отношение для стандартной червячной передачи Uчер 1:25 (1-ряд рекомендуемый)

Для прямозубой передачи примем (по рекомендации ГОСТ) Uзуб=6,3

Полученное общее передаточное положение

Исходя из скорости вращения магазина 12 об/мин вращение двигателя должно быть

об/мин

Благодаря тому что на двигатели можно выставлять обороты с 2000 об/мин с сохранением Мн в дальнейшем в расчётах будем принимать об/мин

Исходя из полученных данных подбираем двигатель:

SIEMENS 1FT6061-6AC7

Мощность N=0,84 Квт

Момент номинальный Мн=2,4 Н·м

Номинальная частота вращения об/мин

Момент инерции ротора без тормоза

Угловая скорость номинальная

1/с

3.2.4 Определение силовых и кинематических параметров привода

Силовой (мощность и вращающий момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитываются на валах исходя из требуемой (расчётной) мощности двигателя Рдв и его номинальной частоты вращения nном при установившемся режиме.

Угловая скорость

Вращающий момент

Вращающий момент на рабочем механизме (магазине).

где J=Jдиска+Jсум=22.34

- масса инструментального блока с инструментом.

Сравниваем момент от сил инерции и развиваемый двигателем на рабочем магазине.

Примем для дальнейших расчётов

тогда

3.3 Расчёт червячной передачи

3.3.1 Выбор материала червяка и червячного колеса

Червяки изготовляют из тех же марок сталей, что и шестерни зубчатых передач. Выбор марки стали червяка и определение ее механических характеристик производят по таблице. При этом для передач малой мощности (Р≤1 кВт) применяют термообработку — улучшение с твердостью ≤350 НВ, а для передач большей мощности с целью повышения КПД — закалку ТВЧ до твердости ≥45 HRC3, шлифование и полирование витков червяка.

Материалы для изготовления зубчатых венцов червячных колес условно делят на три группы: группа I — оловянные бронзы; группа II — безоловянные бронзы и латуни; группа III — серые чугуны.

Выбор марки материала червячного колеса зависит от скорости скольжения и производится по таблице. Скорость скольжения Vs, м/с, определяется по эмпирической формуле

где Т2 — вращающий момент на валу червячного колеса, Н-м; — угловая скорость тихоходного вала, 1/с; Uчер — передаточное число редуктора.

Придерживаясь рекомендаций для выберем II группу.

Материал для червячного колеса БР010Ф1

Способ заливки – кокиль

-предел текучести и пределы прочности при растяжении
и изгибе, Н/ммг

Материал для червяка Сталь 45

Термообработка У - улучшение

Твёрдость 269-302 НВ

3.3.2 Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений

Допускаемые напряжения определяют для зубчатого венца червячного колеса в зависи­мости от материала зубьев, твердости витков червяка HRC3fHB), скорости скольжения vs, ресурса Lh и вычисляют по эмпирическим формулам, приведенным в таблице.

при

2. — коэффициент долговечности при расчете на контактную прочность:

где N -число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы наработка). Если N>25 • 107, то - N принять равным 25·107.

3- — коэффициент долговечности при расчете на изгиб:

где N см. примечание 2. Если , то его принимают равным 10б. Если то принять равным

предел текучести и пределы прочности при растяжении
и изгибе, Н/ммг

Передача работает в реверсивном режиме, то полученное значение
допускаемого напряжения нужно уменьшить па 25%.

Проверяем контактное напряжение зубьев колеса σн по формуле:

где:

nэл.=2000 об/мин;

Ft2=2T2∙103/d – окружная сила на колесе;

d2=24∙2.5=60 мм – делительный диаметр колеса

Находим Т2=Т1∙u=2,4∙24=57,6 Н∙м – вращающий момент колес

где u=24,

тогда Ft2=