Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. курсовые работы > станки
Название:
Шпиндельный узел станка-гексапода и механизм зажима инструментальной оправки

Тип: Курсовые работы
Категория: Тех. курсовые работы
Подкатегория: станки

Цена:
0 руб



Подробное описание:

Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

 

 

 

Курсовой проект

«Шпиндельный узел станка-гексапода и механизм зажима инструментальной
оправки»

Пояснительная записка

 

 


Студент Чичкан В.Ю.
Гр.103510
Руководитель Кочергин А.И.

 

 

 

Минск 2014

Оглавление
Аннотация 3
Введение 4
1 Общие сведения о станке 5
1.1 Описание и схемы выполняемых на станке операций. 5
1.2. Конструктивные особенности станка 10
1.3. Извлечение из стандартов, регламентирующих размеры и показатели шпиндельного узла 17
2. Выбор электродвигателя 22
2.1. Расчёт режимов резания 22
2.2. Выбор электродвигателя 24
3. Кинематический расчёт привода 26
4 Проектный расчёт привода 26
5. Проектирование шпиндельного узла 27
5.1. Оценка параметров быстроходности шпиндельного узла 27
5.3. Выбор материала для шпинделя и технологии термической обработки 28
5.4. Обоснование способа смазывания и разработки системы смазывания. Определение конструктивных параметров уплотнений. 29
5.5 Обоснование показателей точности деталей, сопряженных с подшипниками 31
5.6. Расчет шпиндельного узла на жесткость 33
6. Проектирование механизма автоматического зажима инструмента. 38
6.1 Описание конструкции механизма 38
6.2 Определение усилия зажима инструмента. 39
6.3 Расчет комплекта тарельчатых пружин 39
6.4 Расчет гидроцилиндра 41
Литература 43

 

 

 

 

Аннотация

Задачей данного курсового проекта является разработка шпиндельного узла станка-гексапода и механизм зажима инструментальной оправки.
В этом проекте описывается назначение проектируемого узла. Приводится расчет узла. Выполняется проектировочный расчет привода шпиндельного узла и его размеры. Приводятся расчеты на жёсткость шпиндельного узла Описывается применяемый способ смазывания узлов проектируемого привода и дается обоснование технических требований.
Ил. 37 Табл. 7

Введение

Научно-технический прогресс в машиностроении в значительной степени определяет развитие и совершенствование всего народного хозяйства страны. Важнейшими условиями ускорения научно-технического прогресса являются рост производительности труда, повышение эффективности общественного производства и улучшение качества продукции. Огромное влияние на повышение производительности оказывает оборудование, на котором выполняются технологический процесс. Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более совершенных машин и снижению их себестоимости. Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа.
Перед современным машиностроением стоят задачи создания эффективного металлорежущего оборудования, обладающего высокой производительностью, надежностью и точностью. Значительно повысить эти характеристики позволяет металлорежущее оборудование на базе механизмов с параллельной кинематикой («гексаподы»). Станки «гексаподы» позволяют производить шести координатную обработку поверхностей. Высокое ускорение рабочего органа достигается за счет незначительности перемещаемых масс. Замкнутая кинематическая цепь обеспечивает более высокую жесткость всей конструкции и меньшие нагрузки на каждый привод, это в свою очередь приводит к повышению точности позиционирования рабочего органа.
Гексапод - станок нового поколения, который широко используется в машиностроении при обработке поверхностей детали. Впервые о станке данного типа услышали в 80 годы в России. Станок выполняет поступательное движение и относится к технологическому оборудованию с параллельной кинематикой. Принцип построения основан на соединение шести штанг разной длины, что позволяет осуществлять обработку по шести координатным точкам.

 

1 Общие сведения о станке
1.1 Описание и схемы выполняемых на станке операций.
Предварительное фрезерование открытых плоскостей шириной выполняется за один проход. Направление движения выбирается так, чтобы деталь прижималась к опорам (рисунок 1).
Обработку контурных плоскостей с шириной производят по схеме указанной на рисунке 2.
Для фрезерования плоскостей, состоящих из отдельных удалённых друг от друга участков, используется схема указанная на рисунке 3, позволяющая осуществлять перемещения от участка к участку на быстром ходу.

 

 


Рисунок 1.Схема перемещения инструмента при предварительной обработке плоскостей

 

 

 

Рисунок 2. Схема перемещения инструмента при предварительной обработке плоскостей

 

 

 


Рисунок 3. Схема перемещения инструмента при предварительной обработке открытых плоскостей
Схема, представленная на рисунке 4, применяется при обработке плоскостей концевой фрезой.

 

 

Рисунок 4.Обработка плоскостей концевой фрезой
Чистовая обработка плоскостей может выполняться по двухпроходной схеме
(рисунок5,а) или перемещением фрезы зигзагом (рисунок 5,б). Для чистовой обработки контурных поверхностей целесообразно применять схемы, указанные на рисунке 5,в.

 

 

а)

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

в)
Рисунок 5.Схемы перемещения инструмента при чистовой обработке открытой плоскости торцовыми зубьями фрезы
Обработка пазов концевой, дисковой или шпоночной фрезой выполняется за один-три прохода. Неточные пазы с шириной обрабатываются за один проход (рисунок 6, а), а с шириной - за два прохода (рисунок 6, б, в). Если ширина паза составляет , то сначала обрабатывается центральная часть паза, а затем – его боковые стороны. Обработка пазов с шириной осуществляется так, что боковые стороны обрабатываются концевой фрезой за два прохода, а средняя часть – торцовой фрезой по схеме на рисунок 5,а.

 

 

 


а) б)

 

 

 


в)
Рисунок 6.Схемы перемещения фрез при обработке пазов:
а – за один проход;
б – за два прохода с рабочей подачей в обе стороны;
в – за два прохода с рабочей подачей в одну сторону;

На рисунке 6 приведены схемы перемещений инструмента при фрезеровании отверстий, окон, канавок, и других внутренних контуров. При черновой обработке карманов фреза может двигаться по «спирали» (рисунок 7, а) или «строке»
(рисунок 6, б).
Черновое фрезерование отверстий концевой фрезой выполняется с врезанием по радиусу (рисунок 7, в), а получистовое – с врезанием сначала по радиусу, а затем по дуге окружности (рисунок 7, г). При обработке выемок и карманов в тех случаях, когда предварительное сверление отверстия для вывода фрезы нецелесообразно, предпочтительна схема, приведённая на рисунок 7, д. Кольцевые канавки в отверстиях фрезеруются дисковой трёхсторонней или однозубой фрезой по схеме 7, е. Если ширина канавки превышает ширину фрезы, выполняется несколько проходов.
Фрезерование внутренних контуров (окон) целесообразно выполнять по схеме на рисунке 7, ж, а наружных контуров – по схеме на рисунке 7,з. При этом черновое фрезерование рекомендуется выполнять с врезанием по радиусу, а получистовое – по касательной.

 

 

 

а) б) в)

 

 

 

г) д)

 

 

 

 

е) ж)
Рисунок 6.Схемы перемещения фрез при обработке криволинейных контуров:
а – черновое расфрезеровывание по «спирали»;б – то же, по «строке»;в – то же, с врезанием по радиусу; г – получистовое расфрезеровывание с врезанием по радиусу и дуге; д – врезание фрезы «зигзагом»;е – обработка кольцевых канавок; ж – чистовая обработка внутренних контуров

1.2. Конструктивные особенности станка
Станок-гексапод выполнен на базе шести механизмов поступательного перемещения, представляющих собой, например, шариковые винтовые передачи ШВП. Для изменения их длины служат регулируемые электроприводы. Контроль за величиной перемещения осуществляется датчиками положения. Одним концом штанга шарнирно соединена с основанием, а другим (также шарнирно) - с подвижной платформой, на которой установлен рабочий орган, например, мотор-шпиндель. Управляя вылетом штанг по программе, можно управлять положением шпинделя по шести координатам: X,Y,Z и тремя углами поворота.

Рисунок 7 - Принципиальная схема станка-гексапода
1 – Верхний шарнир; 2 – Заготовка; 3 – Инструмент; 4 – Основание; 5 – Платформа; 6 – Приспособление; 7 – Станина; 8 – Стол; 9 – Шарнир; 10 – Шпиндель; 11 – Штанга.

 

Рисунок 8 – Общий вид шарнира
Выпускаются гаммы шарниров (рис. 8) с двумя и тремя степенями свободы. В шарнире установлена цилиндрическая деталь, которая поворачивается вокруг оси. В роликах установлена цилиндрическая деталь, которая может поворачиваться. Предусмотрено также поворотное кольцо, обеспечивающее третью степень свободы. Если кольцо отсутствует, то реализуются две степени подвижности.

 

Рисунок 9 – Конструкция сферического шарнира с тремя степенями свободы.
Наиболее часто в качестве шарнирных соединений с тремя степенями свободы применяют сферические шарниры (рис. 9). Корпус 1 состоит из двух полусфер. В нем установлена сфера 2 с цилиндрической частью, на которой нарезана резьба. Между сферой 2 и корпусом 1 расположены тела качения 3. Цилиндрическая часть сферы 2 используется для крепления полусферы 4. В результате полусфера 4 относительно корпуса 1 может изменять свою угловую ориентацию вокруг трех взаимно-перпендикулярных осей.
Шарнир герметично запечатывают, используя прокладки. Прокладки теплостойки, они предотвращают загрязнение внутренней конструкции шарнира. Шарнир способен передавать скорость превыщающий 40 м/c, большие силы и ускорения

Рисунок 10 – Конструкция штанги.
На (рис. 10) показана конструкция штанги. Винт 1 и гайка 2 образуют шариковую винтовую передачу. С гайкой соединена труба 3, на которой выполнены продольные пазы 4 для предотвращения вращения трубы вокруг своей оси. Труба 3 может совершать поступательные перемещения вдоль своей оси, поэтому при вращении винта 1 гайка 2 и труба 3 перемещаются в зависимости от направления вращения. В результате труба 3 либо выдвигается, либо вдвигается в корпус штанги, состоящей из кольца 5 и двух труб 6 и 7.
Длины L1 и L2 выполняются в зависимости от геометрических требований оборудования. Значение длины L изменяется от некоторого минимального значения Lmin ≥ L1 + L2 до некоторого Lmax. Как правило, выполняется условие Lmin = (0,6…0,7)Lmax.
Для привода главного движения используется только мотор-шпиндель. В целях расширения технологических возможностей можно использовать дополнительные насадки в виде вращательных кинематических пар с приводами, которые устанавливаются на выходное звено и позволяют дополнительно изменять углы наклона оси шпинделя. Это, однако, усложняет конструкцию и ведет к снижению общей жесткости структуры станка.
Станина такого оборудования выполняется сборной в виде объемной рамы или в виде стержневой конструкции, в узлах которой располагаются шарниры для крепления кинематических цепей. Все это позволяет уменьшить общую массу технологического оборудования и значительно понизить металлоемкость станка.
Рисунок 11 – Главный привод станка-гексапода.
В качестве главного привода используется мотор-шпиндель
К главному приводу станка гексапод предъявляются следующие требования:
- двигатель должен быть энергоэффективным, не иметь высоких потерь;
-номинальная мощность двигателя должна соответствовать техническим условиям;
- двигатель должен быть надёжным, иметь низкую себестоимость, иметь высокую степень утилизации, низкий момент инерции;
- температура обмоток установленного электропривода не может превышать допустимое значение для класса изоляции;
- при необходимости к приводу следует предусмотреть систему охлаждения.
Мотор-шпиндель должен, быть виброустойчивым, соответствовать необходимой скорости, обладать качеством долговечности и иметь необходимую систему смазки.
Существует несколько способов конструкции мотор-шпинделя при разных вариантах исполнения:
- мотор-шпиндель на опорах качения, скольжения;
- мотор-шпиндель на опорах с активным магнитом.
- Существуют разные способы смазывания подшипников:
- Пластичным материалом;
- Жидким материалом;
- Масляным туманом..
При проектировании будет использована схема электрошпинделя на опорах качения.
Достоинством данного электрошпинделя является способность работы на больших скоростях 30000 об/мин, малой мощности, надёжность, простота исполнения, долговечность. Масляная смазка позволяет увеличить срок службы.
Недостатки: нестабильная траектория движения шпинделя, периодическое изменение жесткости подшипников. Вторым способом исполнения является, использование электрошпинделя при помощи магнитной опоры.
Недостатком данного способа исполнения является сложность: данная конструкция является дорогостоящей и нецелесообразной в использовании.

 

 

Рисунок 12. Датчик угла поворота фирмы HIEDENHAIN
Компания HEIDENHAIN (DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH) разрабатывает и производит датчики измерения линейных и угловых перемещений, датчики вращения, устройства цифровой индикации и системы числового программного управления для задач позиционирования, требующих высокой точности. Продукция компании HEIDENHAIN применяется, прежде всего, в высокоточных станках и устройствах по производству и дальнейшей обработке электронных компонентов.

 

 


Рисунок 13. Гайка SFERO типа LRE
Регулировку величины натяга в опорах осуществляем гайкой фирмы SFERO типа LRE. Для регулировки подшипников гайка должна надежно фиксироваться после достижения требуемого натяга в подшипниках, т.е в любом угловом положении или через каждые 20…30˚.

 

1.3. Извлечение из стандартов, регламентирующих размеры и показатели шпиндельного узла
Точность и жёсткость многоцелевого сверлильно-фрезерного станка регламентируется по ГОСТ 30027-93.
Точность шпинделя
Общие требования к испытаниям станка на точность по ГОСТ 30027-93;
Схемы и способы измерений геометрических параметров по ГОСТ 22267, ГОСТ 27843 и настоящему стандарту;
Подвижные рабочие органы, не перемещаемые при проведении проверок, устанавливают в среднее положение и при наличии зажимов закрепляют;
При наличии на станке нескольких рабочих органов одинакового функционального назначения (шпинделей, столов и т.п.) соответствующие проверки выполняют на каждом из этих органов
Допуски при проверках точности станка не должны превышать значений указанных в табл 1-3
Плоскостность рабочей поверхности стола

Рисунок 14
Таблица 1 - Плоскостность рабочей поверхности стола;


Прямолинейность траектории перемещения рабочего органа по всем осям:

Рисунок 15
Таблица 2 - Прямолинейность траектории перемещения рабочего органа по всем осям;

Радиальное биение конического отверстия шпинделя:
А) у торца шпинделя
Б) на расстоянии l

Рисунок 16
По DIN 69893 радиальное биение у HSK №80 на расстоянии более l=100 мм составляет 6 мкм
Осевое биение шпинделя:

Рисунок 17
По DIN 69893 осевое биение у HSK №80 на расстоянии более l=100 мм составляет 12 мкм

Перпендикулярность направления перемещения рабочего органа к траектории перемещения других рабочих органов в плоскостях XOY, XOZ, YOZ


Рисунок 18
Таблица 3 - Перпендикулярность направления перемещения рабочего органа к траектории перемещения других рабочих органов
Параллельность оси вращения направлению перемещения других рабочих органов по направлению оси шпинделя:

Рисунок 19

Перпендикулярность оси вращения шпинделя направлениям перемещения рабочих органов по осям X и Y

Рисунок 20

Жесткость шпинделя
1.Общие требования к испытаниям на жесткость – по ГОСТ 30027-93.
2.Осевая жесткость шпинделя:


Рисунок 21 – Схема измерения осевой жесткости шпинделя:
1 – конец шпинделя; 2 – измерительный прибор
Допуск – 40 мкм
Значение нагрузки:
Р1=1500 Н
Р2=3500Н
3.Радиальная жесткость шпинделя:

Рисунок 22 – Схема измерения радиальной жесткости шпинделя:
1 – конец шпинделя; 2 – измерительный прибор
Допуск – 55 мкм
Значение нагрузки:
Р1=1000 Н
Р2=2500Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор электродвигателя
2.1. Расчёт режимов резания
Выбор глубины резания, а также выбор пластин для фрез определяем по рекомендациям фирмы Sandvik Coromant (каталог Вращающиеся инструменты: фрезерование, сверление, 2012 год)
Расчёт производится на сайте фирмы Sandvik Coromant: http://www.coroguide.com/CuttingDataModule/CDMMilling.asp
Фрезерование чугуна торцевой фрезой
Инструмент: CoroMill® 365 R365-100Q32-S15M

Рисунок 23 - Основные размеры торцевой фрезы Coromill 365
D_c= 100 мм;
D_С2=106,7 мм;
Число пластин фрезы: 10
D_5m=80 мм;
D_Mm=32 мм;
l_1=50 мм
a_pmax=6 мм
Выбор пластины: L365-1505ZNE-KM

Рисунок 24 - Основные размеры пластины для торцевой фрезы
iC=15 мм;
bs= 1,5 мм;
la= 6,4 мм;
s= 5,66 мм.
Материал пластины: K20W- Сплав с покрытием MT-CVD для чистового, получистового и чернового фрезерования чугуна, главным образом, без применения СОЖ. Продолжительная стойкость с возможностью работать с высокой скоростью резания.
CVD - обладают высокой износостойкостью и адгезией к твердосплавной основе. Первый твердый сплав с покрытием CVD имел однослойное покрытие из карбида титана (TiC). Позже появились покрытия из оксида алюминия (Al2O3) и нитрида титана (TiN). Еще позже были разработаны современные покрытия из карбонитрида титана (MT-Ti(C,N) и MT-TiCN, называемые также MT-CVD) для улучшения свойств сплава за счет способности сохранять целостность граничного слоя твердого сплава. В современных покрытиях CVD комбинируются слои MT-Ti(C,N), Al2O3 и TiN. Непрерывно улучшаются свойства покрытий в отношении адгезии, прочности и износа за счет микроструктурной оптимизации и последующей обработки.
Глубина резания: 5 мм;
Ширина фрезерования: 80 мм;
Подача на зуб: 0,25 мм/зуб;
Результаты расчёта:
Скорость резания: 235 м/мин;
Обороты шпинделя: 680 об. мин;
Скорость подачи: 1731 мм/мин;
Мощность резания: 17 кВт;
Скорость съёма металла: 519 〖см〗^3/мин;
Момент резания: 179 нM.

Сверление алюминия цельным твердосплавным сверлом
Инструмент: Сверло твёрдосплавное Corodrill Delta C-R842


Рисунок 25 – Общий вид сверла
Глубина отверстия: 20 мм;
Диаметр сверла: 20 мм;
Результаты расчёта:
Подача: 0,5 мм/об
Скорость резания: 174 м/мин;
Обороты шпинделя: 2769 об. мин;
Скорость подачи: 1385 мм/мин;
Мощность резания: 4,1 кВт;
Сила подачи: 1321 Н
Скорость съёма металла: 435 см^3/мин;
Момент резания: 14 нM.
2.2. Выбор электродвигателя
По данным предварительных расчетов требуемой мощности и момента, выбираем встраиваемый электродвигатель фирмы Siemens 1FE1084-6WR-1 со следующими техническими характеристиками: , , ,


Рисунок 26– Основные размеры мотор-шпинделя


Рисунок 27 – Диаграмма число оборотов/мощность и число оборотов/момент для Siemens 1FE1084-6WR-1

3. Кинематический расчёт привода

В данном курсовом проекте отсутствует кинематическая структура привода.

4 Проектный расчёт привода
В данном курсовом проекте отсутствуют зубчатые и ременные передачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Проектирование шпиндельного узла

5.1. Оценка параметров быстроходности шпиндельного узла
Шпиндельные узлы с двумя радиально-упорными подшипниками в передней опоре. Эта опора компонуется по схеме тандем-X и воспринимает осевую нагрузку в трех направлении. Шпиндельные узлы не различаются конструкцией задней опоры.
В задней опоре установлены радиально-упорные подшипники аналогичные тем, что и в передней опоре, только меньшего диаметра, она также компонуется по схеме дуплекс-X, но нагрузка воспринимается в противоположную сторону .
Параметр быстроходности для таких шпинделей K=(4..6)105 мм•мин-1.

Рисунок 28 – Схема компоновки шпиндельного узла.
Для увеличения параметра быстроходности устанавливаем подшипники с керамическими шариками фирмы FAG. Тем самым параметр быстроходности увеличивается в 2 раза.
K=(8..12)105 мм•мин-1. Выбираем K=11*105 мм•мин-1
〖 D〗_max=K_1/n_max =〖11*10〗^5/8000=137,5 мм (Принимаем 125 мм)
5.2.Формирование переднего конца шпинделя согласно действующим стандартам
Передний конец шпинделя служит для базирования и закрепления режущего инструмента, обрабатываемой детали и приспособления. Передние концы выполняются по государственным стандартам. Концы шпинделей многоцелевых сверлильно-фрезерно расточных станков(с ЧПУ и системой автоматической смены инструментов) должен иметь конструкцию, которая позволяет автоматически закреплять инструменты и оправки с хвостовиком исполнения А по ГОСТ 51547-2000 «Хвостовики инструментов полые конические типа HSK».

Рисунок 29– Хвостовики инструментов полые конические типа HSK
Исходя из наибольшего размера вставляемых инструментов(фреза-100 мм, сверло-20 мм), принимаем условный размер конца шпинделя – HSK 80.
Таблица 4 - Основные размеры хвостовика HSK №80

5.3. Выбор материала для шпинделя и технологии термической обработки

Материал для шпинделя выбираем исходя из требований обеспечить необходимую твердость и износостойкость его шеек и базирующих поверхностей, а также предотвратить малые деформации шпинделя с течением времени (коробление).
Так как проектируемый шпиндель фрезерно-сверлильно-расточной , то для его шпинделя требуется повышенная износостойкость поверхностей, используемых для центрирования приспособлений, поэтому применим предварительно материал 18ХГТ с цементацией и закалкой до твердости 56…60 HRCэ.
Требования к твердости ответственных поверхностей шпинделя и толщине упрочненного слоя зависят от типа опор, точности станка и функции отверстия в переднем конце шпинделя. Наиболее высокая износостойкость, а значит, и твердость должна быть у опорных шеек шпинделя, устанавливаемого в подшипниках передней опоры и у других более ответственных поверхностей (см. таблицу 5).
Таблица 5 – Требования к твердости упрочненных поверхностей и глубине упрочнения шпинделя
Ответственные участки шпинделя,
подвергаемые упрочнению Требуемая твердость
HRCэ,
не менее Требуемая толщина упрочненного слоя,
мм,
не менее
Поверхность опорных шеек под д подшипники качения 50 0.3
Наружные поверхности для посадки де пд деталей привода 45 0.3


5.4. Обоснование способа смазывания и разработки системы смазывания. Определение конструктивных параметров уплотнений.
Смазывание шпиндельных опор осуществляется жидким смазочным материалом (масло ИГП-18), который отводит тепло от шпиндельных опор, уносит из подшипников продукты изнашивания и обеспечивает образование на их рабочих поверхностях в зоне контакта эластодинамической пленки.
Необходимый расход через опору при номинальном диаметре отверстия подшипника 50..120 мм и более 120 мм должен составлять соответственно 1100..1500 и более 2500 см3/мин.
Масло в переднюю опору (рис. 25), подается принудительно через штуцер подвода 1 с помощью насоса. В передней опоре через канал подвода 2 масло подается к втулке 3 и попадает к подшипникам 4, 5. После смазывания опоры шпинделя масло попадает в полость 6.
Для смазывания задней опоры масло через канал подвода 7 попадает в подшипник 8. Далее масло подаётся к втулке 9 и попадает во второй подшипник 10. После смазывания опоры шпинделя масло попадает в полость 11. Часть масла сливается, а часть проходит зигзагообразные уплотнения 12



Рисунок 30 – Система смазывания опор шпинделя
Минимально допустимый расход смазочного материала (см3/мин) для смазывания шпиндельных опор определим по следующей зависимости:
;
где — средний диаметр подшипников, мм;
— частота вращения шпинделя, мин-1;
— число рядов тел качения;
— вязкость масла при рабочей температуре опоры, м2/с;
— коэффициент, характеризующий тип подшипника;
— коэффициент, характеризующий условия нагружения;
— коэффициент, характеризующий условия выхода масла из опоры;
— коэффициент, зависящий от рабочей температуры подшипника;
Для передней опоры:
Q=0.66*602*90000.5*1*20.5-1*1*1*1*1=11250 см3/мин
Для задней опоры:
Q=0.66*41,52*90000.5*1*20.5-1*1*1*1*1=5260 см3/мин
Прокачивание через шпиндельную опору данного количества масла не только позволяет надёжное смазывание, но и обеспечивает отвод теплоты от опоры, т. е. создаёт режим «охлаждающего» смазывания.

 

 


Рисунок 31- Зигзагообразное лабиринтное уплотнение
Уплотнения защищают подшипники от загрязнений и смазочно-охлаждающей жидкости, препятствуют вытеканию смазочного материала из опор. Учтя вертикальное расположение шпинделя, а также высокие частоты его вращения, применим бесконтактные динамические зигзагообразные лабиринтные уплотнения радиального типа(рис. 31).
5.5 Обоснование показателей точности деталей, сопряженных с подшипниками
Если подшипники качения сопрягаются с деталями относительно низкой точности, в процессе монтажа подшипников и регулирования зазоров или натяга профиль дорожек качения искажается, в результате чего жесткость и точность шпиндельного узла снижаются. Поэтому отклонения размеров и форм поверхностей деталей, сопряженных с подшипниками качения, должны быть меньше отклонений контактирующих с ними поверхностей подшипников. Посадки подшипников, принятые в соответствии с предложенными рекомендациями и способами монтажа, показаны на прилагаемых чертежах спроектированного привода.

 

Таблица 6 - Рекомендуемые поля допусков шеек шпинделей

 

 

 

 

 

Таблица 7 - Рекомендуемые поля допусков отверстий корпусов

 

 

 

 

 

 

 

5.6. Расчет шпиндельного узла на жесткость

Рисунок 32 - Схема шпиндельного узла
а= 130 мм; d= 329 мм;
b= 68 мм; ØA= 100 мм;
c= 60 мм; ØB= 140 мм;
e= 54 мм; ØC= 74 мм;
ØD= 65 мм;
ØE= 100 мм;
Минимальная частота вращения шпинделя определяется по формуле, об/мин:
,
отсюда следует что минимальная скорость резания равна, м/мин:

где Dmax – максимальный диаметр фрезы; Dmax=160 мм.

Мощность резания, кВт:
Nрез=Nэл [15]
где Nэл – мощность электродвигателя; Nэл=27,2 кВт;
эд – КПД от электродвигателя к шпинделю; эд=1.
Nрез =27,2•1=27,2 кВт,
Силы резания, Н:

Н
Т.к. сила Py составляет 0,3…0,5 силы Pz, то:
Py=0,4Pz;
Py=0,4•13057=5222,8 Н.

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 33 – Расчетная схема шпиндельного узла
Определение реакций и жесткости опор
Особенность методики расчета на жесткость в том, что сначала опоры считаются абсолютно жесткими, а тело шпинделя деформируемым, податливым. Находим смещение оси шпинделя. Затем считаем сам шпиндель абсолютно жестким, а опоры податливыми.
Сначала находим реакции опор. Для этого составляем уравнения моментов относительно опор А и В.

 

 

Отсюда

Определяем жесткости опор А и В. Жесткость комплексной опоры А:
,
где ;
Fн – сила натяга;
z – число тел качения в подшипнике;
а – фактический угол наклона в подшипнике;
dш – диаметр шарика.
k1 = 3 [с.176,1];
z = 12;
а = 15º [1, рис.6.14];
dш = 11 мм;
Fн = 570 Н [1, табл.6.15];


Жесткость опоры В, аналогична жесткости опоры А, так как они одинаковы в компоновке и равна .
Расчет общего смещения переднего конца шпинделя
Находим моменты инерции поперечного сечения вылета шпинделя и межопорного расстояния.
;
;

Упругое перемещение переднего конца шпинделя, слагающееся из всех перемещений:
;
где E – модуль упругости материала шпинделя. Е = 2•105.

Угол поворота шпинделя в передней опоре:
.
По ГОСТ 30027-93 допуск на осевое перемещение шпинделя после приложения нагрузки от 5000 до 10000 Н не должен превышать 0.012 мм. По расчету перемещение конца шпинделя получилось 0.0054 мм, что допустимо. Угол поворота шпинделя в передней опоре равен 0.002107 рад. Можно сделать вывод, что шпиндель имеет высокую жесткость, а следовательно высокую точность.

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Проектирование механизма автоматического зажима инструмента.

6.1 Описание конструкции механизма

Рисунок 35 – Конец шпинделя с инструментальной оправкой
На рисунке 35 изображена конструкция конца шпинделя с механизмом зажима оправки на основе кулачков. Момент от шпинделя 3 передается шпонками 5. При разжиме оправка 6, происходит движение штока 1 влево, кулачки 2 сдвигаются и втулка 3 выталкивает оправку.
В качестве механизированного привода зажима используется гидроцилиндр одностороннего действия. Зажим осуществляется при помощи комплекта тарельчатых пружин. Разжим происходит при выдвижении штока гидроцилиндра.

 

 


6.2 Определение усилия зажима инструмента.
Конструкция хвостовиков выполнена таким образом, чтобы обеспечить высокое усилие зажима по плоскости прилегания, после чего конус, благодаря деформации, займет свое место.
Усилие зажима распределяется следующим образом: 80 % на прижим по плоскости, - 20 % - на конус, поэтому именно усилие зажима по плоскости прилегания определяет нагрузочную способность хвостовика и жесткость его крепления.
По ГОСТ 51547-2000 определяем усилие зажима для оправки HSK №80 – 18 000 H.

6.3 Расчет комплекта тарельчатых пружин
Выбор комплекта тарельчатых пружин:

Рисунок 36 - Тарельчатая пружина
Подбираем материал пружин Сталь 60С2А ГОСТ 14959-69 σ_Т=1400H/〖мм〗^2 ;
σ_В=1600H/〖мм〗^2 .
Определяем необходимую толщину стенки пружины
S=0,0284√(F_0.65 );
Поскольку нагрузку можно считать статической, то F=18 000 H принимается соответствующей прогибу, равному 0,8f. Тогда нагрузка при прогибе 0,65f приблизительно будет равно:
F_0.65=0.65/0.8 F_0.8=0.65/0.8 18000=14625 H;
Тогда толщина S=0,0284√14625=3,425 мм. Принимаем S=3 мм.
По ГОСТ 3057-90 определяем основные размеры пружины.
D=50 мм, d=25 мм


Таблица 6 Параметры и размеры тарельчатых пружин

Расчёт выполняем по [4, стр 118-123]
Пружины выбираются из условия:c= D/d=50/25=2. Условие с= D/d=1,8…2,4 выполняется
m=d/S=25/3=8,3. Условие m=d/S=8…11 выполняется.
ᵠ=0,093 (рис. 63) ;
Высота внутреннего конуса f=0,5ᵠ(D-d)=0,5*0,093(50-25)=1,1625 мм. Принимаем f=1,0;
Уточнённое значение угла подъёма:
ᵠ=2f(D-d)=2*1(50-25)=0,095 рад;
Усилие пружины при прогибе:
F_0.8=ɣ*2,8*〖10〗^5*(S^2 ᵠlnC)/m(c-1) =0,8*2,8〖*10〗^5*(〖3,2〗^2*0,095*ln2)/8.3(2-1) =20200 H
Необходимый относительный прогиб:
ɣn= ɣ F/F_0.8 =0,818000/20200=0,712

Определяем напряжение по формуле:
σ=- ɣn*ᵠE[ᵠ(1-0.5 ɣn)((c-1)/lnc-1)-1/m]=-0,712*0,095*2,08*〖10〗^5*[0,095(1-0,5*0,712)((2-1)/ln2-1)-1/8.3]=1314 H/〖мм〗^2;
Необходимое количество пружин:
n=h/(f(ɣ_П-ɣ_1))
h – Рабочий ход пружин; h=5 мм
n=5/(1(0,712-0,3))=12,136 штук
Округляем до целого числа n=12 штук
Масса комплекта пружин:
Q=π/4 (D^2-d^2 )s*p*n=3.14/4 (〖50〗^2-〖25〗^2 )3*7.8*〖10〗^(-3)*12=413.303 грамм;
Для зажима оправки HSK №80 нужен комплект из 12 пружин с размерами HCDxdxSxfxh0=HCx50x25x3,0x1,0x12
6.4 Расчет гидроцилиндра
Гидравлический привод состоит из силового гидравлического цилиндра, насоса, бака, трубопроводов, аппаратуры управления и регулирования. Гидроцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия. Благодаря использованию более высокого давления жидкости по сравнению с пневмоприводом при тех же развиваемых усилиях имеет меньшие габариты и вес; масло обеспечивает смазку трущихся частей.

Рисунок 37 - Расчетная схема гидроцилиндра
Определим общее усилие по формуле :
Pu=Pu1
где Pu - общее усилие;
Pu1- усилие, создаваемое тарельчатыми пружинами (20200 Н);
Общее усилие:
Pu=Pu1=20200 H.
Для сжатия пакета тарельчатых пружин необходима сила на 30% больше общего усилия, т.е.:
〖Pu〗_(расч.)=1,3∙Pu=1,3∙20200 =26260 H.
Диаметр поршня гидроцилиндра:
=2√(26260/(3,14*6,3*0,85)=) 68 мм,
где ∆p - перепад давления рабочей жидкости (6,3 МПа);
- КПД гидропривода.
Рабочее давление а гидроцилиндре:
P=(4*P_u)/(π*D^2*η)=(4*26260)/(3.14*〖68〗^2*0.9)=9,131 МПа
Принимаем диаметр поршня гидроцилиндра D=63 мм, диаметр штока d=32 мм.
Литература

1. Кочергин, А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование/А. И. Кочергин. - Минск: Вышэйшая школа, 1991. – 382 с.
2. Кочергин, А. И., Василенко, Т.В. Шпиндельные узлы с опорами качения: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию металлорежущих станков для студентов машиностроительных специальностей/ А.И.Кочергин, Т.В.Василенко. - Минск: БНТУ, 2007. – 124с.
3. Бушуев, В. В. Металлорежущие станки. В 2-х томах. / В. В. Бушуев – Москва: Издательство “Станкин”, 2011. – 608 с.
4. Ничипорчик С.Н., Корженчевский М.И., Калачев. Детали машин в примерах и задачах. - Минск: Вышэйшая школа, 1981. – 432 с.
5. Корендясев А.И. Манипуляционные системы роботов. - Москва.: Наука, 2006 г. - 383 с.
6. Глазунов В.А. Пространственные механизмы параллельной структуры. - Москва.: Наука, 1991 г. - 425 с.
7. Янг Д., Ли Т. Исследование кинематики манипуляторов платформенного типа // Конструирование. 1984. Т. 106, № 2. С. 264-272.
8. Барановский, Ю. В., Брахман, Л. А., Гдалевич, А. И. Режимы резания металлов: Справочник/ Ю. В. Барановский, Л. А. Брахман, А. И. Гдалевич. – Москва: НИИТавтопром, 1995. – 456с.
9. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х томах/В. И. Анурьев.- Москва: Машиностроение, 1982. -Т.2. -584 с.; Т.3. - 576 с.
10. Гузеев, В. И. Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с числовым программным управлением/ В.И. Гузеев. – Москва: Машиностроение, 2005.- 365 с.
11. Скойбеда, А. Т. Детали машин проектирование/ А.Т. Скойбеда. – Минск: УП «Технопринт», 2005. – 296 с.
12. Таловеров, В.Н. Кузнечно-штамповое оборудование./В. Н. Таловеров, И.Н. Гудков, А.В. Таловеров - Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 145с.
13. Проспект «Hexapod. The technology breakthrough» / GAP HEX 2-GB , 1996, стр. 17.
14. Пащенко В.Н. Концептуальная модель автоматизированного синтеза многосекционных манипуляторов, основанных на параллельных структурах. // Инженерный журнал: наука и инновации.




Комментарий:

Курсовая работа отличная!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы