Название и назначение станка, для которого проектируется узел

В соответствии с вышеизложенными требованиями нормативных документов шпиндель необходимо выполнить полым (в отступлении от условий задания – шпиндель без отверстия). Кроме того, затяжка инструмента в шпинделях фрезерных станков производится с помощью шомпола, проходящего через сквозное отверстие вдоль оси шпинделя вручную или с помощью механизма зажима.

В качестве опор шпинделя применяем опоры качения, тип  и конструкцию которых принимаем при расчетах шпиндельного узла. Предусматриваем в конструкции возможность установочного осевого перемещения гильзы шпинделя.

4.2.3 Блоки зубчатых  колес

Блоки зубчатых колес  по заданию имеют осевое перемещение  для осуществления переключения передач. Блоки выполняем цельными с элементами облегчения их массы, т.к. их размеры непосредственно влияют на величину усилия на рукоятке переключения. Базирование блоков на валах целесообразно выполнить с помощью шлицевых соединений.

4.2.4 Механизм управления

По заданию - кулачковый барабанного типа. Из множества применяемых механизмов переключения скоростей [1, с.112].этот тип относится к механизмам централизованного последовательного управления и позволяет переключение всех колес и других элементов от одного органа управления. Управление с помощью кулачков становится централизованным, но процесс переключения длительным, невозможен предварительный набор скоростей, механизм управления громоздкий [1, с.113]. Поэтому широкого распространения данный тип не получил. В настоящее время находят широкое применение механизмы с электромагнитными муфтами, гидравлические механизмы непосредственного или дистанционного управления, механизмы с предварительным набором скоростей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  Выбор инструментов  и режимов резания

 

Режимы резания определяем для наиболее типичной операции для данного станка. Это торцовое фрезерование плоских поверхностей с максимальной шириной фрезерования  В = 200 мм.

Предельные расчетные  значения скорости резания и подачи определяем исходя из соображений, что для черновой обработки принято принимать V_min и S_max, для чистовой V_max и S_min .

В качестве материала  при определении наибольшей скорости резания рекомендуется принимать материал с низкой твердостью (чугун  НВ<160), которой обладает ковкий чугун КЧ 30-6 (НВ = 150), материал режущей части фрезы – твердый сплав.

При определении минимальной скорости резания – материал с высокой твердостью (сталь жаропрочную  σ_В = 532 МПа – сталь 12Х18Н9Т), материал режущей части фрезы – твердый сплав  [2, с. 94].

В обоих случаях в  качестве материала режущего инструмента  применяем твердый сплав, как наиболее прогрессивный в настоящее время по сравнению с быстрорежущей сталью, и наиболее часто применяемый для сборных торцовых фрез.

 

5.1  Определение диаметра  фрезы 

 

При торцовом фрезеровании плоскостей для достижения производительных режимов резания диаметр фрезы  D  должен быть больше ширины фрезерования  В   [3, с. 281], т.е.:

 мм.

Принимаем   D = 250 мм.

 

5.2  Определение наибольшей скорости резания

 

Обработка чугуна (чистовая).

5.2.1  Инструмент:  торцовая насадная фреза со вставными ножами, оснащенными пластинками твердого сплава марки ВК3  ГОСТ 9473-80

(с. 187, табл. 94 [3]):

- наружный диаметр  D = 250 мм;

- посадочный диаметр  d = 50 мм;

- число зубьев  z = 24.

     5.2.2  Глубина резания

Принимается минимальной [2, с. 93] :    t = 0,5 мм.

     5.2.3  Подача

По рекомендациям на с. 285, табл. 37 [3] подача в миллиметрах на оборот фрезы:     S = 0,15  мм/об.

Тогда подача в миллиметрах на зуб  составит:

 мм/зуб.

     5.2.4  Скорость резания

Определяем по формуле  [3, с. 282]:

,

где    по табл. 39, с. 288 [3]:

С_V = 994;   q = 0,22;  x = 0,17;  y = 0,1;  u = 0,22;   р = 0;  m = 0,33.

Стойкость фрезы принимается минимальной [2, с. 94], принимаем  50% от рекомендуемой (с. 290, табл. 40 [2]):  Т = 120 мин.

K_V – общий поправочный коэффициент на скорость резания:

К_v = К_mv ∙K_nv ∙K_uvr

K_mv – коэффициент, учитывающий материал заготовки (с. 261, табл. 1 [3], с. 262, табл. 2 [3]));

К_nv –коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (с. 263, табл. 5 [3]), который при обработке поверхности без корки:

К_nv = 1,0;

К_иv – коэффициент, учитывающий материал режущей части инструмента (с. 263, табл. 6 [3]),.при материале ВК3 

K_uv = 1,25

 

5.2.5  Число оборотов фрезы

Силу резания и мощность не определяем ввиду того, что при  чистовой обработке она минимальна.

 

5.3  Определение наименьшей скорости резания

 

Обработка стали (черновая)

5.3.1  Инструмент:  торцовая насадная фреза со вставными ножами, оснащенными пластинками твердого сплава марки Т2К10  ГОСТ 24359-80 (с. 283, стр. 188 [3]):

- наружный диаметр  D = 250 мм;

- посадочный диаметр  d = 60 мм;

- число зубьев  z = 14.

5.3.2  Глубина резания

Принимается максимально [2, с. 94]:    t = 10 мм.

5.3.3  Подача

По рекомендациям на с. 283, табл. 33 [3] подача в миллиметрах на зуб фрезы:     S_z = 0,18  мм/зуб.

5.3.4  Скорость резания

Определяем по формуле  [3, с. 282]:

,

где    по табл. 39, с. 287 [3]:

С_V = 108;   q = 0,2;  x = 0,06;  y = 0,3;  u = 0,2;   р = 0;  m = 0,32.

Стойкость фрезы принимается  максимальной [2, с. 94], принимаем  (с. 290, табл. 40 [3]):  Т = 240 мин.

K_V – общий поправочный коэффициент на скорость резания:

К_v = К_mv ∙K_nv ∙K_uvr

K_mv – коэффициент, учитывающий материал заготовки (с. 261, табл. 1 [3], с. 262, табл. 2 [3]) для хромоникилевой стали:

К_nv –коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (с. 263, табл. 5 [3]), который при обработке поковки:

К_nv = 0,8;

К_иv – коэффициент, учитывающий материал режущей части инструмента (с. 263, табл. 6 [3]),.при материале Т5К10: 

K_uv = 1,4

 

5.2.5  Число оборотов фрезы

Принимаем  n = 40 мин^-1.

5.2.6  Фактическая скорость резания

 м/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6  Расчет сил резания

 

6.1  Тангенциальная сила резания [3, с. 282]:

,

где    по табл. 41, с. 291 [3]:

C_р = 218;  x = 0,92;  y = 0,78; u = 1,0;  q = 1,15;   w = 0;

 

(табл. 9, с. 264 [3]);

 

;

 

6.2  Крутящий момент на шпинделе  [3, с. 290]

 Нм;

 

6.3  Эффективная мощность  резания  [3, с. 290]

 

кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7  Определение исходных  данных для расчета проектируемого

         узла

 

Для выбора промежуточных  значений частот вращения необходимо определить диапазон регулирования величин скоростей  R_n,  знаменатель ряда  j  и число ступеней скоростей z.

По заданию:   j = 1,26;  z = 16.

Диапазон регулирования  частот вращения шпинделя  [2, с. 108]):

Тогда максимальное число  оборотов шпинделя при принятом из геометрического ряда предпочтительных чисел оборотов [2, с. 280]

n_min = 40 мин^-1:

 мин ^-1

Из геометрического ряда предпочтительных чисел принимаем стандартное значения n_max= 1250 мин^-1.

Число оборотов  n_max  принятое превышает расчетное

(n_max = 862 мин^-1), что позволит успешно применять наиболее прогрессивный высокоскоростной инструмент – эльборовые фрезы.

Таким образом, исходные данные для проектирования:

j = 1,26;  z = 16;  В_max = 200 мм;  n_min = 40 мин^-1;  n_max = 1250 мин^-1; мощность резания N_э = 10,7 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8  Кинематический расчет  проектируемого узла

 

8.1 Структурная сетка и график частот вращения

 

Определяем требуемые  величины частот вращения и принимаем  их стандартные значения из ряда предпочтительных чисел  [2, с. 280]:

 

n₁ = 40 мин ^-1, n₂ = 50 мин ^-1,  n₃ = 63 мин ^-1, n₄ = 80 мин ^-1,  n₅ = 100 мин ^-1,  

n₆ = 125 мин ^-1, n₇ = 160 мин ^-1,  n₈ = 200 мин ^-1, n₉ = 250 мин ^-1, n₁₀ = 315 мин ^-1, n₁₁ = 400 мин ^-1, n₁₂ = 500 мин ^-1, n₁₃ = 630 мин ^-1, n₁₄ = 800 мин ^-1,

n₁₅ = 1000 мин ^-1, n₁₆ = 1250 мин ^-1.

По заданной структурной  формуле   z = 2₄×4₁×2₈   строим структурную сетку коробки скоростей (рисунок 9)  [4, с. 131].

 

 

Рисунок 9 – Структурная  сетка

 

 

Из структурной сетки  получаем следующие соотношения для передаточных чисел:

i₁ : i₂ = j ⁴ = 1,26⁴ = 2,52

i₃ : i₄ : i₅ : i₆  = j ¹ = 1,26                               (1)

i₇ : i₈ = j ⁸ = 1,26⁸ = 6,353

Значения  φ  в различных степенях:

 

φ¹ = 1,26                 φ⁵ = 3,1758

φ² = 1,5876             φ⁶ = 4,0

φ³ = 2,0                   φ⁷ = 5,042

φ⁴ = 2,52                 φ⁸ = 6,353

 

Построение графика чисел оборотов

Выбор  i  должен производиться так, чтобы его значения не выходили за допускаемые пределы (чтобы избежать больших размеров зубчатых колес),  [4, с. 132]:

                 (2)

Для построения графика  чисел оборотов необходимо из соотношения (1) выбрать одно передаточное число, тогда определятся и все остальные  значения.

Для заданного  j  = 1,26  выражение (2) примет вид:

 

j ^-6 £ i £ j ³

 

Наибольшее расхождение  имеют лучи  i₇ , i₈.  Приняв  i₇ = φ²,  получим:

;

 

Для остальных передач  можно принять:

;    .

 

В соответствии с полученными передаточными отношениями строим график  чисел оборотов (рисунок 10).

 

Принимаем электродвигатель с синхронной частотой вращения 

n_c= 1500 мин^-1.

Асинхронная частота:

 

 n_ас= (1-S)n_c = (1- 0,05)´1500 = 1425 мин ^-1.

 

Вал  II  (рисунок 10) вращается с частотой  n₂ = 1000 мин^-1.

Передаточное число  i₀:

 

 

 

Рисунок 10 – График чисел  оборотов

 

 

8.2 Определение чисел зубьев зубчатых колес

 

Для определения числа  зубьев пользуемся таблицей 3 [4, с. 122]. При этом находим такое значение z_å , чтобы для каждой передачи обеспечивало требуемое значение передаточного отношения и имело  z_min³18.  При этом межосевое расстояние должно быть одинаковым для всех передач одной группы, т. е. сумма зубьев для всех сцепляющихся пар должна быть одинаковой. Данные сводим в таблицу 1.

 

 

 

Таблица 1 - Выбор чисел  зубьев зубчатых колес

i	i0=1,42-1		i1 =1,0	i2=2,52-1		i3=1,26-1	i4=1,59-1	i5=2-1	i6=2,52-1	i7=1,59	i8=4,0-1
zш/zk	33/47		51/51	29/73		42/53	37/58	32/63	27/68	62/39	20/81
iф	1,42-1		1,0	2,517-1		1,262-1	1,566-1	1,97-1	2,519-1	1,59-1	4,05-1
zå	80	102			95					101

 

i₁ = 1;   ;   ;   ;

;   ;   ;

;   

 

8.3 Определение действительных значений частот вращения

 

Определяем действительные значения частот вращения с учетом конкретных чисел зубьев колес и сравниваем их со стандартными значениями.

Отклонение действительных величин от геометрического ряда не может отклоняться более чем на  Δ = ±10(j - 1)%,  т.е.

Δ = ±10(1,26 - 1)% = 2,6% 

Данные расчета сводим в таблицу 2.

Расчет ведем по формуле: