00p / Гаврилин А.М. Расчет и проектирование металлорежущих станков

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор

А.П. Черепенъко,

доктор технических наук, профессор

В.И. Хромов

¥24 Расчет и проектирование металлорежущих станков: учебное пособие для вузов / А.М. Гаврилин, Ю.П. Мельков, А.В. Катунин, В.И. Сотников, Н.Н. Самойлов, Г.А. Михайлов, А.А. Жир­ ков. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - 228 с.

Приведены обоснование выбора технической характерис­ тики и электродвигателей станка, кинематические и прочност­ ные расчеты его приводов. Рассмотрены вопросы расчета шпин­ дельных узлов, особенности проектирования механизмов пере­ ключения скоростей, подач и систем смазки станочного обору­ дования.

Предназначено студентам высших учебных заведений, обу­ чающимся по направлению подготовки дипломированных спе­ циалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение ма­ шиностроительных производств», изучающим дисциплину «Рас­ чет и проектирование металлорежущих станков».

ISBN 5-93932-106-2

УДК 621.9.06 (075) ББК 34.63-5я7

© ОрелГТУ, 2006

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по дисциплинам «Расчет и конструирование ме­ таллорежущих станков» и «Металлорежущие станки» является итого­ вой работой студента, позволяющей ему закрепить полученные зна­ ния изучаемых дисциплин в их практическом применении при разра­ ботке конкретных конструкций приводов станочного оборудования, например, связанных с модернизацией устаревшего оборудования.

Работа над курсовым проектом - важнейший этап проектноконструкторской подготовки инженеров по направлению «Конструк- торско-технологическое обеспечение машиностроительных произ­ водств». Она обеспечивает углубление и закрепление знаний изучае­ мых смежных общеинженерных и специальных дисциплин, а также закрепление навыков оформления графической и текстовой техниче­ ской документации, включая использование машинной графики и расчетов на ПК.

Целью настоящего учебного пособия является оказание помощи студентам в выполнении расчетно-проектировочных работ и сокра­ щении времени на проектирование. С этой целью в методическом по­ собии представлены необходимые для проведения этой работы мате­ риалы, включая рекомендации для проведения автоматизированных расчетов шпиндельного узла, как наиболее ответственного узла, обес­ печивающего точностные параметры станка.

В пособии даны рекомендации по кинематическому расчету при­ водов главного движения и движения подачи, выбору приводных электродвигателей, прочностным расчетам элементов привода, конст­ руированию систем переключения коробок скоростей и подач, выбору систем смазки.

5

1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЕКТИРУЕМОГО СТДНКА

Первоначально конструктору известны лишь основные размеры и назначение станка, например, при проектировании токарного станка задаются высота центров и расстояние между ними, обрабатываемый материал и материал инструмента, используемого при обработке; при создании сверлильного станка - наибольший диаметр сверления, об­ рабатываемый материал, материал сверл и т.д. Приступая к работе, конструктор должен уточнить задание на проектирование металлоре­ жущего станка в части выбора предельных значений частоты враще­ ния шпинделя, числа скоростей, ряда регулирования скорости и пода­ чи, мощности привода, т.е. обосновать главнейшие параметры техни­ ческой характеристики станка [11].

Эта задача решается конструктором на основе анализа технологи­ ческих операций, для выполнения которых разрабатывается станок. Если станок специальный (предназначен для выполнения одних и тех же операций одним и тем же инструментом), то выбор предельных значений скорости резания и подачи не вызывает особых затрудне­ ний.

Задача резко усложняется при обосновании предельных частот вращения шпинделя и диапазона подач станков общего назначения, особенно широкоуниверсальных. При их создании необходимо не только учесть диапазон обрабатываемых на станке материалов и при­ меняемого инструмента, но и предусмотреть в перспективе появление новых материалов, так как станки рассчитаны на длительный срок эксплуатации.

Кроме того, на режимы обработки существенное влияние оказы­ вают величина припуска, оставленного под обработку, и качество са­ мой заготовки в смысле равномерности этого припуска и свойств по­ верхностного слоя металла [2, с. 86... 122].

Чрезвычайно трудно учесть и оценить количественно влияние на выбор предельных оборотов шпинделя и подач, построение закона ре­ гулирования, мощности привода, целой гаммы факторов и параметров технологических операций, для выполнения которых проектируется станок. Это обстоятельство вынуждает использовать для обоснования технической характеристики станка, особенно в части предельных скоростей и подач, приближенные зависимости, подсказанные прак­ тикой проектирования и длительной эксплуатацией различных типов металлорежущих станков.

6

1.1Обоснование технической характеристики токарного станка

1.1Обоснование технической характеристики токарного станка

Для проектирования токарного станка принимаются следующие исходные данные: высота центров Н (мм), расстояние между центра­ ми L (мм), наибольшее и наименьшее значения механических свойств обрабатываемых материалов, материала режущего инструмента, до­ пускающие при обработке наибольшие и наименьшие скорости реза­ ния.

Прежде всего, следует определить наибольший (D6) и наимень­ ший (DM) диаметры, которые имеет смысл обрабатывать на данном станке при полном использовании его возможностей:

где Q - коэффициент, зависящий от материала и вида заготовки. Для чугунного и бронзового литья Ct = 0,6; для стального литья и стали сортовой Q = 0,7; стальные поковки - Ct = 0,8.

Наименьший припуск снимается при чистовом точении и опреде­

Скорость резания будет иметь наибольшее значение при обработ­ ке наиболее мягкого материала более производительными резцами с наименьшей подачей .при наименьшей глубине резания tM:

где F6 - скорость резания;

7

1. Обоснование технической характеристики проектируемого станка

Су- коэффициент, зависящий от обрабатываемого матери&та и материала инструмента (берется по таблицам справочника [5]);

Т- период стойкости инструмента;

х, у, m - показатели степени, определяющие влияние на скорость резания стойкости инструмента, подачи и глубины резания (числен­ ные значения применяются по таблицам [5]).

Наименьшая скорость резания наблюдается при черновой обра­ ботке с наибольшими глубиной резания (/б) и подачей (5б) наиболее твёрдого материала наименее производительными резцами:

Предполагая, что работа с наибольшей скоростью VQ производится при обработке изделий наименьшим диаметром Z>„, а работа с наи­ меньшей скоростью Vu - при обработке изделий наибольшим диамет­ ром D6, определяется наибольшее (иб) и наименьшее (им) число оборо­ тов в минуту шпинделя станка:

Ступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя станка выполняется по геометрической прогрессии. Практические рекомен­ дации по выбору знаменателя геометрического ряда регулирования угловой скорости станков токарной группы приведены в [9]:

Пользуясь нормалью HI 1-1, определяют стандартный ряд регу­ лирования частоты вращения шпинделя станка, начиная с большего числа об/мин (прил. К) [9, с. 272].

8

1.1Обоснование технической характеристики токарного станка

Втех случаях, когда используется бесступенчатое регулирование скорости (например, посредством двигателя постоянного тока с диа­ пазоном регулирования D) и коробки скоростей со ступенчатым регу­ лированием, число скоростей Z коробки рассчитывается по формуле

где иб; "м - наибольшее и наименьшее число оборотов в минуту шпин­ деля станка;

D — диапазон регулирования частоты вращения двигателя посто­ янного тока, который принимается в данном случае равным:

«min

где ишах, nmin - наибольшее и наименьшее число оборотов в минуту

выходного вала двигателя постоянного тока.

Максимальная мощность, потребная на резание, будет расходо­ ваться при обработке наиболее мягкого материала более производи­ тельными резцами с максимальными S6 и t5:

где N6 - мощность электродвигателя, потребная на резание;

VI - скорость резания при обработке мягкого материала с макси­ мальными S6 и ?б; м/мин;

Р, = СРг • Sy6 • if - наибольшее усилие резания при обработке самого

мягкого материала, Н.

Мощность электродвигателя, который следует установить на станке, определяется из выражения

где N3 - мощность электродвигателя;

К - коэффициент кратковременной перегрузки электродвигателя, который принимается в среднем 1,25;

ц - коэффициент полезного действия привода, который прибли­ жённо может быть принят 0,75 - 0,85.

Расчет технической характеристики токарно-револьверного станка производится по вышеизложенной методике для токарных станков.

9