Проектирование станка на базе 6р81

 

2 Формообразование  на станке

 

2.1 Методы получения  производящих линий на станке

 

На металлорежущих станках  производящая линия получается с  помощью вспомогательных элементов, например, с помощью режущих кромок инструментов. Движения вспомогательных  элементов, с помощью которых  получаются производящие линии поверхностей, называются формообразующими и обозначаются символами Ф_υ – движение скорости резания, соответствующее обозначению D_г (главного движения) по ГОСТ 25762-83 и Ф_s – движение подачи, соответствующее обозначению D_s по ГОСТ 25762-83.

При фрезеровании плоской  поверхности на станке направляющая производящая линия 1 (окружность) получается методом касания, реализуемого движением  подачи Ф_υ(В₁).

 

 

Рисунок 2.1 – Метод касания

 

Образующая производящая линия 2 (прямая) получается методом  копирования, реализуемого движением  скорости подачи Ф_s(П₂). В итоге, для получения плоской поверхности в целом необходимо создать два движения формообразования Ф_υ (В₁) и Ф_s(П₂) .

 

 

Рисунок 2.2 – Метод копирования

 

 

Рисунок 2.3 - Формообразующие  движения при фрезеровании

 

При фрезеровании резьбы фасонной фрезой (рисунок 2.4) образующая производящая линия 4, т.е. профиль резьбы, получается методом копирования, для реализации которого движения формообразования не нужны. Направляющая же производящая  линия 2 (винтовая) получается методом  касания, реализуемого двумя движениями формообразования: движением скорости резания Ф_υ (Ф₁ по рисунку 2.1), определяющего получение дуг окружностей от движения вершин зубьев (материальных точек) фрезы и движением подачи Ф_s (Ф₂ по рисунку 2.1), определяющее такое их расположение, которое соответствует получаемой винтовой линии 2.

 

 

Рисунок 2.4 – Схема нарезания  резьбы на резьбофрезерном станке

Рассмотрим кинематическую группу, создающие формообразующие  движения на примере фрезерования плоской  поверхности.

Как уже было сказано, для  получения плоской поверхности  необходимы 2 формообразующих движения: движение скорости резания Ф_υ(В₁) и движение подачи Ф_s(П₂). Вращательное движение Ф_υ(В₁) получается с помощью кинематической пары 3–4 (шпиндель - опоры качения), поступательное Ф_s(П₂) - с помощью кинематической пары 7–8 (стол – салазки). Для получения исполнительного движения необходим также источник движения в виде двух электродвигателей М₁ и М₂ для движения скорости резания и для движения подачи стола соответственно.

Для соединения источника  движения М₁ с внутренней связью, скорости резания, имеется внешняя связь 1−2. Внешняя связь обеспечивает скорость резания. Для соединения источника движения М₂ с внутренней связью, скорости подачи, имеется внешняя связь 5−6. Внешняя связь обеспечивает скорость подачи.

 

 

Рисунок 2.5 – Кинематические группы станка при фрезеровании

 

2.2 Составление  кинематической структуры станка

 

Плоскую поверхность образуют две производящие линии: окружность и прямая. Окружность (направляющая производящая линия) получается методом  касания реализуемого движением  скорости резания Ф_v(В₁), где В₁ – вращение шпинделя с фрезой. Прямая линия (образующая производящая линия) получается методом копирования, реализуемого движением подачи Ф_s(П₂) – перемещение стола с заготовкой. Таким образом, кинематическая структура станка Э22, т.е. элементарная, состоит из двух групп, обе простые, как создающие одноэлементарные исполнительные движения.

Наносим схему обработки  и элементарные движения В₁ и П₂ (рисунок 1).

На схеме условно показывается закрепление детали (на столе станка) и фрезы в шпинделе с учетом обеспечения последующего движения врезания (поперечное перемещение). Далее  наносится внутренняя связь 3 – 4 (шпиндель – опоры шпиндельной бабки) кинематической группы, создающей движение скорости резания Ф_v(В₁), внешняя связь с органом настройки i_v и источник движения – электродвигатель М₁. Внешняя связь, как правило, содержит реверсивное устройство Р₁.

Внутренняя связь кинематической группы, создающей движение подачи Ф_s(П₂), представляет собой кинематическую пару скольжения 7 – 8 (стол – салазки), аналогично для осей y и z. Внешняя связь с органом настройки i_s и источник движения – электродвигатель М₂. Органом настройки является коробка подач i_s. В цепи 7 – 8 применяется реверсивное устройство Р₂, аналогично для осей y и z Р₃, Р₄.

На станке имеет место  движение врезания Вр(П₄) – вертикальное перемещение консоли относительно салазок.

Движение деления на фрезерном  станке при точении осуществляется через длительную головку, которая  имеет связь с рабочим столом, через гитару сменных колес.

 

 

Рисунок 2.6 - Кинематическая структура станка при фрезеровании

2.3 Компоновка  станка

 

Компоновочная формула: XYZOС_h , где С_h –горизонтальный шпиндель, О – стационарный блок – станина, Z - консоль, Х – стол, Y – салазки.

 

 

Рисунок 2.7 – Компоновка фрезерного станка модели 6Р81

 

2.4 Анализ кинематической  структуры станка

 

2.4.1 Кинематическая группа, создающая движение скорости  резания Ф_υ (В₁)

2.4.1.1 Настройка траектории (окружность). Не осуществляется, т.к.  обеспечивается внутренней связью  шпиндель – опоры качения.

2.4.1.2 Настройка скорости  резания

 

УН: . (2.1)

 

УКБ: . (2.2)

 

, (2.3)

 

где - передаточное отношение органа настройки на скорость резания – коробки скоростей.

    - передаточное отношение реверсивного механизма

2.4.1.3 Настройка направления.  Осуществляется реверсивным устройством  Р₁

2.4.1.4 Настройка на путь  и исходное положение. Не осуществляется.

 

2.4.2 Кинематическая группа, создающая движение скорости  подачи Ф_s(П₂)

2.4.2.1 Настройка траектории (прямая линия). Не осуществляется, т.к. обеспечивается внутренней  связью суппорт – направляющие  станины.

2.4.2.2 Настройка скорости  подачи

 

УН: . (2.6)

 

УКБ: . (2.7)

 

, (2.8)

 

где - передаточное отношение реверсивного механизма;

      - передаточное отношение органа настройки на скорость подачи – коробки подач;

      - шаг ходового винта.

2.4.2.3 Настройка направления.  Осуществляется реверсивным устройством  Р₁.

2.4.2.4 Настройка на путь  и исходное положение. Осуществляется  оператором визуально по лимбу.

 

3 Обоснование  технической характеристики станка

 

3.1  Целью данного этапа является определение диапазона регулирования частот вращения шпинделя D

 

,  (3.1)

 

где - максимальная частота вращения шпинделя;

  - минимальная частота вращения шпинделя.

 

Для нахождения минимальной  и максимальной частот вращения определим  необходимые для реализации процесса резания частоты вращения шпинделя при фрезеровании (черновом и чистовом), торцовой, дисковой и концевой фрезами, а также найдем требуемую для  этого мощность.

 

3.2 Фрезерование  черновое торцовой фрезой D=100мм

 

Диаметр фрезы:

Глубина и ширина фрезерования:

Определяем S_Z по таблице 76 [1, с. 403]

 

S_Z =0,12 мм/зуб

 

Скорость резания –  окружная скорость фрезы:

 

  (3.2)

 

Значение коэффициента и показателей степени приведены в таблице 81 [1, с. 407], а период стойкости Т – в таблице 82 [1, с. 411]

 

, , , , , , ,Т = 240 мин

 

Коэффициент является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки (определяется по таблицам 1-4 [1, с.359-360]) , состояния поверхности (по таблицам 5 [1, с.361]), материала инструмента (по таблицам 6 [1, с.361]).

 

  (3.3)

 

где - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

- коэффициент, отражающий состояние  поверхности заготовки;

- коэффициент, учитывающий качество  материала инструмента.

 

 

 

 

 

 

Частота вращения:

 

  (3.4)

 

Сила резания. Главная  составляющая силы резания при фрезеровании – окружная сила:

 

  (3.5)

 

Значение коэффициента и показателей степени приведены в таблице 83 [1, с. 412], поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала в таблице 9 [1, с. 362].

 

 

  (3.6)

 

 

Мощность резания.

 

  (3.7)

 

3.3 Фрезерование  черновое дисковой фрезой

 

Диаметр фрезы:

Глубина и ширина фрезерования:

Определяем S_Z по таблице 76 [1, с. 403]

 

S_Z =0,12 мм/зуб

 

Скорость резания –  окружная скорость фрезы:

 

, , , , , , ,Т = 180 мин

 

 

Частота вращения:

 

 

Сила резания.

 

 

 

Мощность резания.

 

 

 

 

 

3.4 Фрезерование  концевой фрезой

 

Диаметр фрезы:

Глубина и ширина фрезерования:

Определяем S_Z по таблице 76 [1, с. 403]

 

S_Z =0,05 мм/зуб

 

Скорость резания –  окружная скорость фрезы:

 

, , , , , , ,Т = 80 мин

 

 

Частота вращения:

 

 

Сила резания.

 

 

 

Мощность резания.

 

 

Из найденных значений частот сращения шпинделя выбираем минимальную  и максимальную частоты. Для расширения технологических возможностей станка примем минимальную частоту вращения шпинделя n_min=70 об/мин, максимальную частоту возьмем из расчета, n_max=923 об/мин.

 

 

4 Кинематический  расчет привода главного движения

 

4.1 Определение  числа скоростей привода главного  движения

 

Частоты вращения шпинделя образуют отрезок геометрического ряда со знаменателем φ. Число ступеней частот – z.

Число ступеней частоты вращения шпинделя определяется по формуле

 

  (4.1)

 

где φ – знаменатель геометрического ряда, равный для фрезерных станков 1,41.

 

 

Определим значения частот вращения шпинделя

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

об/мин;

 

4.2 Построение  графика частот вращения

 

Для возможности передачи шпинделю 9-ти частот вращений примем привод главного движения со сложенной структурой, так как использование множительной структуры не позволяет реализовать  коробку скоростей с 9-ю скоростями. Сложенная структура получается из двух определенным образом соединенных  структур с последовательно соединенными групповыми передачами. Первая структура  называется основной, вторая – дополнительной. Структурная формула привода  главного будет иметь вид

 

 

Исходя из структурной  формулы построим структурную сетку. Вертикальными линиями обозначим  валы привода, горизонтальными –  частоты вращения шпинделя. Точки  пересечения вертикальных линий  с горизонтальными соответствуют  частотам вращения валов, представленным в логарифмическом масштабе. Луч  с наклоном вверх изображает повышающую передачу, луч с наклонно вниз – понижающую, горизонтальный луч – передачу с передаточным отношением, равным 1. Параллельные лучи изображают одну и ту же передачу. Для обеспечения приемлемых радиальных размеров коробок скоростей вводя ограничения на передаточные отношения передач , т.е для φ=1,41 луч, изображающий передаточное отношение передачи, может опускаться вниз максимум на 6 интервалов и подыматься вверх на 2.

 

 

Рисунок 4.1 – Структурная  сетка основной группы

 

Опираясь на кинематическую схему привода главного движения станка-аналога и используя структурную  сетку построим кинематическую схему. Так как числа зубьев зубчатых колес пока неизвестны, все зубчатые колеса на кинематической схеме изобразим  одинакового размера.