Проект фрезерно-сверлильно-расточного обрабатывающего центра с ЧПУ

вертикальных подач          Бесступенчатое  
Пределы продольных, поперечных и вертикальных

подач, мм/мин             0,1-10000  
Емкость инструментального магазина, шт     30  
Мощность двигателя привода главного движения, кВт   10  
Точность позиционирования (линейного), мм    0,016  
Тип системы ЧПУ        CNC  
Габариты станка, мм                  4610x4510x3235  
Вес станка, кг         7000

 

Таблица 1. 1

Технические характеристики станков:

Модель станка	400V	VMC600II	2А450АФ10	Проектируемый станок
Мощность привода главного движения, кВт	7	10	4	6
Число инструментов	20	20	30	18
Диапазон частот вращения шпинделя, мин-1	0-8000	0-8000	2-3150	20-2000
Число ступеней подач шпинделя	Бесступ.	Бесступ.	Бесступ.	Бесступ.
Диапазон подач шпинделя, мм/об	1,25-1000 мм/мин	1-1200 мм/мин	0,1-2000	0,01-7,5
Класс точности станка	А	А	А	А

 

2 Общетехническая  часть.

 

На фрезерных станках  обрабатывают с помощью фрез плоские  и фасонные поверхности, в особенности  на рычагах, планках, корпусных и  других деталях, не являющихся телами вращения, делают местные вырезы и  срезы, прорезают прямые и винтовые канавки, а в отдельных случаях нарезают резьбы и зубья колёс. Вращение фрезы является главным движением, относительное перемещение фрезы и заготовки (обычно прямолинейное) – движение подачи. Заготовку устанавливают на стол, почти всегда прямоугольный. Размеры рабочей поверхности стола являются основными. В данном курсовом проекте необходимо обеспечить размер ширины стола (В_ст=350 мм).

Фрезерные станки классифицируются по компоновке (количество и распределение шпинделей, распределение движений) или по назначению: горизонтально-фрезерные консольные станки, вертикально-фрезерные, продольно-фрезерные, копировально-фрезерные станки, фрезерные станки непрерывного действия, в том числе карусельно-фрезерные и др.

Наибольшими возможностями  обладают вертикально-фрезерные станки.

Отклонение округлости отверстий, полученных фрезерованием с использованием систем ЧПУ составляет около 30мкм.

При использовании дополнительных сменных узлов (фрезерных головок, планшайб и др.) можно производить  фрезерование взаимно перпендикулярных плоскостей, растачивать канавки при радиальном перемещении ползушки планшайбы, установленной в шпинделе, обрабатывать наружные цилиндрические поверхности.

Современные станки имеют  индивидуальный привод подач от высокомоментных двигателей для каждой оси. Величина рабочих подач достигает 12000 мм/мин, а ускоренных – 15000 мм/мин. Применяют контурное управление с числом осей от 3до8. Точность линейного позиционирования узлов составляет около 15…30 мкм на длине 1 м. Зона нечувствительности – около 5 мкм, а повторяемость около 10 мкм.

В ходе курсового проекта  необходимо спроектировать сверлильно-фрезерный  на базе вертикально-фрезерного с ЧПУ, обеспечив при этом требования, указанные в задании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчетная  часть.

 

3.1 Кинематический  расчет привода главного движения

Выбираем электродвигатель по заданным значениям 

N_расч=7 кВт   n_{шп max}=3000мин^-1;           n_{шп miп}=25 мин^-1.

Тип электродвигателя 4ПФ132М:

N_эд=9кВт,   n_{max эд}=6000 мин^-1,  n_{нoм эд}=132 мин^-1.

Примем стандартное  значение φ=1,26.

Определяем число частот вращения шпинделя

                                                             

                                                 (3.1)

Выбираем из нормали  Н 11-1 «Стандартные ряды чисел в станкостроении» предпочтительные ряды чисел:

Таблица 3.1

Стандартный ряд чисел

				6300	5000
4000	3150	2500	2000	1600	1250
1000	800	630	500	400	315
250	200	160	125	100	80
63	50	40	31.5	25

 

Вычисляем диапазон регулирования  электродвигателя.

                                               

.                                                      (3.2)

.

 

Определяем диапазон регулирования коробки.

                                                          

                                               (3.3)

Определяем число интервалов, которое содержит диапазон регулирования электродвигателя:

                                                        

.                                                   (3.4)

.

Определяем m – число  групп передач, которое будет  иметь коробка скоростей:

                                                          

.                                                (3.5)

,

 принимаем 1.

Диапазон регулирования  такой группы можно определить по следующей формуле:

                                                      

.                                              (3.6)

.

При проектировании коробок  скоростей следует руководствоваться  общепринятыми рекомендациями, что диапазоны регулирования групп передач по цепи от электродвигателя к шпинделю должны увеличиваться. Поэтому в качестве первой конструктивной группы следует выбрать группу, имеющую неполный диапазон регулирования, а последующие полный.

Если принять диапазоны регулирования  групп одинаковыми, то их значения можно  определить следующим образом:

Определяем число интервалов lg φ, которое будет иметь на ГЧВ первая конструктивная группа.

                                                     

.                                                     (3.7)

.

Две полных группы будут иметь по 9 интервалов К_п=9.

Определим общее число интервалов на ГЧВ:

                                                

.                                               (3.8)

Следовательно, логарифмическая сетка будет иметь 24 горизонталей.

Если проводить проектирование из условий, что диапазоны регулирования  групп передач одинаковы, то число  интервалов каждой группы можно определить из формулы:

.

В таком случае передачи каждой группы будут пересекать по 6 интервалов. Число горизонталей на логарифмической сетке будет таким же и равным 24.

Строим график частот вращения (рис. 3.1)

Рисунок 3.1

 

По ГЧВ определяем передаточное отношение первой (ременной) передачи:

Рекомендуемое значение i_о = 0,5 … 1.

В нашем случае это условие выполняется. Поэтому принимаем диаметры шкивов по [4], равными:

 

Определим передаточное отношение второй (зубчатой) передачи:

Принимаем следующие  числа зубьев:

Определяем по ГЧВ  передаточные отношения передач.

Числа зубьев зубчатых колёс  подбираем по таблице 3 [1].

u₁=1/1=40/40=z₁/z₂;

u₂=j^-6=1/1,26⁶=1/3=20/60=z₃/z₄;

S_z = 100.

 

Рисунок 3.2 - Кинематическая схема коробки скоростей

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Приближенный расчет валов

 

На ГЧВ определяем расчётную цепь (цепь наибольшей редукции). Номер расчётной цепи на последней вертикали определяется по формуле

                                                j>z/4                                                       (3.9)

j=25/4=6,25

Принимаем j =6, то есть шестая снизу ступень. Ветвь ГЧВ, приходящая в эту точку, является расчётной для последней группы передач. Для остальных групп расчётными являются нижние ветви.

Рисунок 3.4 – Расчетная цепь на ГЧВ

Определяем общий КПД  от электродвигателя до каждого вала

№ вала	Общий к.п.д. ηi
II	ηI = ηp . ηп = 0,96 . 0,99 = 0,95
III	ηII = ηp . ηп4 . ηз = 0,96 . 0,992 . 0,98 = 0,92

Расчётные крутящие моменты  на валах рассчитываются по формуле

                                          M_ki=9470∙N_э/д/n_pi∙h_i,                                  (3.10)

где n_pi – расчётная частота вращения i-го вала (определяется по точкам, выделенным на ГЧВ);

h_i – общий КПД до соответствующего вала.

М_k3=9740∙(9/1000)∙0,92=80.65 Н∙м;

М_k2=9740∙(9/3000)∙0,95=27,76 Н∙м;

Для каждого вала определяем расчётные полярные моменты сопротивления W_ki по допускаемым напряжениям кручения.

[t_k]=(25…30)∙10⁶ Н/м².

Условие прочности при  кручении

                                          

                                            (3.11)

Для вала II

см³.

Для вала III

см³.

 

 

По справочным данным подбираем параметры валов из условия:

Таблица 3.2

Параметры валов

№ вала	Wk расч, см3	Шлицевый вал		Гладкий вал со шпонкой
		zxdxD, мм	Wk табл, см3	d, мм	Wk табл, см3
II	0.99	6x18x22	1.483	20	1,44

Последний вал.

Подбираем для вала III:

шлицевый вал 6x26x30 ( W_{к табл} = 3.93 см³ );

Последний вал для вертикально-фрезерных станков на прочность не рассчитывается его диаметр в передней опоре выбирается в зависимости от мощности.

Для нашего станка при мощности 7 кВТ от 70 до 105 мм, принимаем 75мм.

 

n _{max ×} d_п =

= (мм ∙мин^-1).

 

  Конец шпиндельного вала выбираем по ГОСТ 12595-85, принимаем №3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Расчет зубчатых передач на прочность.

Расчет производится для наиболее нагруженных передач, выделенных на графике частот вращения. В каждой передаче рассчитываем шестерню. Полученные значения модулей принимаем для остальных передач рассматриваемой группы.

Используя данные предыдущих расчетов, составляем таблицу исходных данных (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Исходные данные

Рассчитываемая передача	zш	y	Mk	nш	i
20/60=z3/z4;	20	0,100	80.65	1000	3

 

Первая группа передач (20/80).

Предварительный расчет модулей производим по формуле:

                             .                                 (3.14) 

 

Ориентировочно принимаем  ψ=10: