Методические указания по Мет. станкам (КР)

Разработка кинематической схемы металлорежущего станка
(методические указания для выполнения курсовой работы по разработке
кинематических схем приводов главного движения и подач
металлорежущих станков)
1. Особенности привода главного движения со ступенчатым
регулированием
Главными приводами со ступенчатым регулированием частоты
вращения шпинделя оснащают
как автоматизированные редко
переналаживаемые станки, работающие в массовом производстве, так и
неавтоматизированные станки с ручным управлением, используемые в
единичном и серийном производствах. Такие приводы просты, компактны,
имеют высокий КПД, долговечны. Недостатком их является то, что они не
позволяют оптимально и без остановки регулировать скорости резания в
процессе выполнения переменного цикла обработки.
Частоты вращения шпинделя n1=nmin, n2, n3,...,nz = nmax образуют отрезок
геометрического ряда со знаменателем φ. Число ступеней частот – Z.
Основные зависимости геометрического ряда:
члены ряда
n1, n2= n1· φ, … nz = n1 · φz-1 ;
(1)
диапазон регулирования привода
nmax n1   Z 1
R

  Z 1 ;
(2)
nmin
n1
число ступеней частоты вращения шпинделя
lg R
(3)
z
1 ;
lg 
знаменатель геометрического ряда
  z 1 R .
(4)
Многогрупповая структура включает l последовательно соединенных
групповых передач a, b, с, ... , k, l с соответствующими числами передач ра,
рb, рс, ... , рk, рl. Общее число ступеней скорости шпинделя Z=ра · рb· ... ·pk· рl.
В привод входит основная группа, с помощью которой получают ряд
частот вращения со знаменателем φ. На структурной сетке привода она
изображается лучами, расходящимися на один интервал, т.е. характеристика
основной группы равна единице.
Первая переборная группа имеет характеристику, равную числу передач
основной группы. Характеристика второй переборной группы равна
произведению чисел передач основной и первой переборной групп.
Аналогично определяются характеристики других групп.
Последовательность расположения передач (основной и переборных)
теоретически может быть любой, она определяет конструкцию привода.
Пусть для определенности основной является группа а ; первой переборной,
следующей за основной, служит b; второй переборной, расположенной за
первой, - с и т.д. Тогда характеристики групп:
1
x1 = 1; x2 = ра; x3 = ра · рb ; …; xl = ра · рb
и структурная формула привода
Z = ра (x1) · рb (xb) ·… · рl (xl)
(5)
Выполняя кинематический расчет, привод изображают в виде
структурной сетки. Число горизонтальных линий в ней на единицу больше
числа групп передач в приводе, число вертикальных равно числу ступеней
передач.
В поле между соседними горизонтальными линиями с помощью лучей
изображают соответствующую передачу. Привод с последовательно
включенными групповыми передачами изображается в виде веерообразной
сетки.
2. Последовательность кинематического расчета привода
2.1. Исходные данные
1. Тип станка
2. Компоновка привода главного движения (Приложении А).
3.Предельные значения частоты вращения шпинделя nmin, nmax, частота
вращения электродвигателя nэ.
4. Число ступеней частоты вращения шпинделя z.
5. Особенности структуры (множительная, сложенная, с перебором, со
сменными зубчатыми колесами, с двухскоростным электродвигателем,
с перебором, с перекрытием или выпадением частот вращения).
6. Способ переключения передач - блоками или электромагнитными
муфтами.
7. Мощность электродвигателя или крутящий момент на шпинделе
(мощность резания).
2.2. Кинематический расчет привода главного движения
1. Использую зависимости (2) и (4) определяют диапазон регулирования
R и значение знаменателя геометрического ряда φ частот вращения
шпинделя, которое округляют до ближайшего стандартного, рекомендуемого
для станков данного типа.
2. По формуле (1) определяют частоты вращения шпинделя, округляя их
до стандартных. Значения стандартных частот вращения см. таблицу 1
Приложения Б. Если крайние значения частот вращения существенно
отличаются от исходных nmin и nmax, возможны коррекция Z, замена
структуры более подходящей и т.д.
3. Из ряда возможных вариантов привода выбирают наиболее
рациональный и записывают его структурную формулу (аналогично (5).
Масса зубчатых колес и валов тем меньше, чем больше зубчатых колес
вращается с высокой скоростью. Поэтому располагают группы передач так,
чтобы первой была основная группа и характеристики групп увеличивались
2
от первого вала коробки скоростей к последнему. Основная группа должна
обеспечивать наибольшее число передач.
4. В соответствии с принятой структурной формулой строят
структурную сетку привода. При построении структурной сетки учитывают
только валы групповых передач. Построение ведется в полулогарифмических
координатах: N валов – lg n, при этом число интервалов lg φ оси lg n равно
Z - 1. Любые соседние лучи, изображающие передачи, расходятся на X
интервалов. Лучи для каждой группы проводят симметрично. Необходимо
учитывать, что диапазон регулирования групповой передачи имеет
максимально допустимые значения Rгр.max= φKmax ≤8, где Kmax - максимальное
количество интервалов между крайними лучами, изображающими передачи
данной группы. Значения Kmax для стандартных значений φ представлены в
таблице 2 Приложения Б. Анализируя структурные сетки, исключают из
дальнейшего рассмотрения варианты с групповыми передачами, имеющими
диапазон регулирования выше допустимого.
5.
Синтезируют кинематическую схему привода. При этом исходят
из его структурной сетки, учитывают частоту вращения электродвигателя,
вводят одиночные передачи, необходимые для получения частот вращения
шпинделя и обеспечения конструктивной компоновки привода.
6. Строят график частот вращения, исходя из кинематической
схемы и структурной сетки. График отражает частоты вращения всех
валов привода, включая валы одиночных передач. Первоначально строят
цепь
редукции,
обеспечивающую
снижение
частоты
вращения
электродвигателя nэ до n1=nmin на шпинделе. Для дальнейшего построения
используют структурную сетку. Число интервалов, изображающих частоту
вращения электродвигателя, равно
 n
lg  э
n
y э   min
lg 


.
(6)
Из графика частот вращения находят передаточные отношения передач в
виде
i=φ± m
(7)
где, m - число интервалов по оси n, перекрываемое лучом.
Луч с наклоном вправо изображает повышающую передачу, для нее:
i=φ m
(8)
Луч с наклоном влево - понижающую передачу:
i=φ- m
(9)
Вертикальный луч - передачу с i = 1.
Для обеспечения приемлемых радиальных размеров коробок скоростей
вводят ограничения на передаточные отношения передач:
3
1
imin   m  ; imax   m  2
4
(10)
Исходя из этих ограничений существуют допустимые значения
показателей m (см.таблицу З Приложения Б) для стандартных значений φ,
т.е. лучи, изображающие передачи, должны перекрывать число интервалов
не больше допустимых значений соответственно для повышающих и
понижающих передач. Желательно, чтобы для цепи редукции выполнялось
условие
i Pamin ≥ i Pbmin ≥ i Pcmin ≥ …≥ i Plmin
(11)
и для каждой групповой передачи соблюдалось соотношение
imax· imin =1
(12)
7.
По графику частот вращения и зависимостям (8), (9) для каждой
передачи находят передаточные отношения.
8. Определяют числа зубьев колес, использую таблицу 4
Приложения Б, исходя из принятой суммы чисел зубьев ∑z ведущего и
ведомого колес каждой группы передач и в зависимости от передаточного
отношения каждой передачи i ( при i<1 необходимо использовать i‘=1/i).
В таблице приведены числа зубьев меньшего колеса передачи.
Рекомендуется принимать минимальное число зубьев Zmin=18...20, а
суммарное число зубьев ∑z ≤100...120. Для сменных зубчатых колес привода
установлены следующие значения ∑z: 72; 90; 120. При использовании
тройного блока для свободного его переключения необходимо, чтобы числа
зубьев его колес отличались как минимум на 4 зуба.
9. Определяют фактические передаточные отношения iфj каждой
передачи через отношение чисел зубьев Zi ведущего колеса к числу зубьев Zk
ведомого колеса
i фj 
Zi
Zk
(13)
Затем определяются общие передаточные отношения всей цепи iz каждой
ступени привода, через произведение передаточных отношений iфj передач,
обеспечивающих получение частоты вращения данной ступени
iZ   i фj
(14)
Рассчитывают
фактические
частоты
вращения
шпинделя,
соответствующие фактическим передаточным отношениям
(15)
niф  nэ  iZ
Отклонение от стандартных значений частот
4

niф  niст
 100 %
niст
(16)
должно быть в пределах ±10 · (φ - 1)%. При необходимости
производится корректирование числа зубьев зубчатых колес.
10. Определяют расчетную частоту вращения шпинделя и строят
расчетную цепь. В универсальных станках полная мощность приводного
двигателя обычно не может быть полностью использована при малых
частотах вращения шпинделя. Поэтому, чтобы не завышать размеры и массу
деталей привода, расчет привода ведут при расчетной частоте вращения
шпинделя np. Выше расчетной частоты шпинделю передается постоянная
мощность, ниже - постоянный крутящий момент. Для токарных,
револьверных, расточных, карусельных и консольно-фрезерных станков
nP  nmin  3 R
(17)
для сверлильных
nP  nmin  4 R
(18)
За расчетную цепь коробки скоростей принимают условную цепь,
составленную из двух участков: участка минимальных передаточных
отношений от двигателя до предпоследнего вала и последней передачи при
расчетной частоте вращения.
11. Определяют крутящие моменты на валах по расчетной цепи.
Крутящий момент на валу электродвигателя при номинальной мощности N3
,кВт, находится
Т э = 9,55 · 103 ·Nэ/np, Н · м
(19)
Крутящий момент на любом валу может быть выражен
T k =T j ·η / I ,
(20)
где T j - крутящий момент на предыдущем валу;
i - передаточное отношение между валами k и j;
η - КПД цепи между этими валами.
КПД ременной передачи 0,97...0,99; цилиндрической прямозубой
передачи 0,99...0,99, косозубой - 0,98...0,99.
Крутящий момент на шпинделе, соответствующий n P ,
принимается в качестве наибольшего расчетного и равен
Т P = 9,55 · 103 ·Nэ ηγ /np,
(21)
где ηγ - КПД привода.
5
Приложение А
Рисунок 4 - Компоновка привода
ШБ - шпиндельная бабка
КС - коробка скоростей
ШГ - шпиндельная головка
6
Приложение Б
Таблица 1- Нормальные ряды чисел
Значения знаменателя ряда φ
1,12
1,00
1,26
1,00
1,41
1,00
1,58
1,00
1,78
1,00
2,0
1,00
1,12
1,25
1,25
12,5
1,40
1,60
1,60
16,0
1,80
2,00
2,00
2,80
3,15
2,00
2,50
2,80
3,15
3,15
31,5
4,00
4,00
4,00
4,00
9,00
12,5
5,00
50,0
5,60
6,30
5,60
125
16,0
16,0
16,0
16,0
18,0
63,0
8,00
8,00
80,0
90,0
160
200
22,4
25,0
125
125
1,58
100
1,78
100
2,0
125
160
160
180
180
200
224
25,0
250
250
250
250
250
280
31,5
31,5
31,5
31,5
315
315
355
40,0
40,0
400
45,0
500
56,0
63,0
63,0
355
400
63,0
500
63,0
630
800
90,0
400
500
500
560
560
6,30
710
80,0
315
450
50,0
71,0
8,00
1,41
180
20,0
56,0
6,30
1,26
100
140
45,0
7,10
8,00
40,0
1,12
100
112
35,5
5,60
6,30
2,0
28,0
4,50
5,00
20,0
25,0
3,55
4,00
1,78
10,0
11,2
22,4
2,50
1,58
10,0
18,0
2,24
2,50
1,41
14,0
1,80
2,00
1,26
10,0
11,2
1,40
1,60
1,12
10,0
630
710
800
900
7
Таблица 2- Максимально допустимые значения Кmах,
Кmах при φ
Коробка передач
Скоростей
Подач
1,06
36
1,12
18
1,26
9
1,41
6
1,58
4
1,78
3
2
3
45
23
11
7
5
4
3
Таблица 3 - Максимально допустимые значения mmах
Коробка
передач
Скоростей
Подач
mmах при φ
Вид передачи
Повышающие
1,06 1,12 1,26 1,41 1,58
12
6
3
2
1
1,78
1
2
1
Понижающие
24
12
6
4
3
2
2
Повышающие
18
9
4
3
2
1
1
Понижающие
27
14
7.
4
3
3
2
8
Таблица 4 – Числа зубчатых колес передач
i ∑
50
1,00
25
1,12
1,26
51
53
26
24
22
1,41
54
23
58
26
22
20
23
21
70
35
36
37
38
1,12
33
34
35
36
1,26
31
32
33
34
35
1,41
29
30
30
31
32
33
1,58
27
28
28
29
30
1,78
25
26
24
2,00
2,24
22
20
72
23
21
19
74
33
22
20
2,82
73
75
76
78
36
37
90
1,00
45
1,12
91
92
43
44
41
126
40
40
41
37
38
38
1,58
35
35
33
2,00
30
2,24
28
44
33
31
28
29
37
38
19
81
82
38
23
84
85
42
37
21
86
40
37
88
41
38
42
39
29
24
24
25
26
26
27
27
22
22
23
23
24
24
25
25
21
21
20
95
45
19
19
32
30
35
33
89
44
31
23
35
87
43
28
36
33
37
34
32
29
30
22
23
23
20
20
21
21
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
48
49
49
50
50
51
51
52
52
53
54
54
54
55
45
46
46
47
47
51
51
43
44
44
40
41
40
37
34
32
38
35
32
27
35
33
30
38
28
45
45
42
42
39
39
36
36
37
34
34
33
30
48
31
28
31
24
25
25
26
26
22
22
23
23
24
24
24
20
21
21
22
22
22
19
19
20
20
20
19
36
25
30
24
18
24
22
20
83
28
27
3,16
18
26
39
29
2,82
3,98
25
69
30
29
26
20
28
41
36
29
23
19
26
20
27
21
2,51
3,55
29
26
26
29
27
28
28
37
31
32
25
42
34
31
27
39
36
30
32
20
94
29
31
47
43
1,41
1,78
93
34
24
40
68
30
19
46
80
67
34
18
i ∑
79
39
66
33
21
3,16
77
65
33
22
1,00
64
32
20
i ∑
2,51
23
63
31
27
18
71
62
25
19
2,24
61
30
24
18
60
28
25
23
19
59
29
27
21
2,00
57
28
24
20
56
26
22
18
55
27
25
21
1,58
1,78
52
29
49
50
46
47
47
48
48
43
43
44
44
45
45
40
40
41
41
41
42
42
38
38
39
39
37
35
32
29
27
35
32
33
30
36
33
33
34
31
31
30
27
27
25
25
25
23
23
23
21
21
21
21
36
28
28
28
26
26
26
24
24
22
22
9
Экзаменационные вопросы
1. Классификация оборудования по технологическому назначению и
видам обработки, обозначения станков.
2. Эффективность оборудования. Производительность и методы ее
оценки.
3. Классификация оборудования по точности и универсальности.
4. Надежность технологических систем, универсальность и гибкость
оборудования.
5. Методы образования поверхностей на станках. Геометрические и
реальные поверхности. Формообразующие движения.
6. Функциональная схема металлорежущего станка и классификация
движений. Классификация движений по функциональному назначению:
движения
формообразования,
движения
врезания,
движения
вспомогательные и движения управления,
7. Кинематическая структура станков. Принцип кинематической
настройки. Кинематические связи и их реализация,
8. Элементы и механизмы кинематических цепей - ременные и
зубчатые передачи (блоки, переборы, механизмы Нортона и Меандр).
9. Суммирующие и реверсивные механизмы.
10. Механизмы дифференциального движения.
11. Механизмы прерывистого движения.
12. Механизмы обгона.
13. 3у6офрезерные станки. Способы формообразования на этих станках
и формообразующие движения. Кинематическая структура станка.
14. Кинематическая схема зубофрезерного станка модели 5К301П.
Уравнение кинематического баланса цепи главного движения.
15. Кинематическая схема зубофрезерного станка модели 5К301П.
Уравнение кинематического баланса цепи обката.
16. Кинематическая схема зубофрезерного станка модели 5К301П.
Уравнение кинематического баланса дифференциальной цепи.
17. Зубодолбежные станки. Формообразование на этих станках.
Кинематическая структура станка и формообразующие движения.
18. 3убодолбежный станок модели 5140. Кинематическая схема.
Уравнение кинематического баланса цепи главного движения.
19.Кинематическая схема зубодолбежного станка модели 5140.
Уравнение
кинематического
баланса
цепи
обката
и
дифференциального движения.
20. Затыловочные станки. Формообразование на этих станках.
Кинематическая структура станка и формообразующие движения.
21. Кинематическая схема зубозатыловочного станка модели 1Б811.
Уравнение кинематического баланса цепи главного движения.
22. Кинематическая схема зубозатыловочного станка модели 1Б811.
Уравнение кинематического баланса цепи подачи «винт-гайка».
10
23. Кинематическая схема зубозатыловочного станка модели 1Б811.
Уравнение кинематического баланса цепи подач «шестерки-рейка».
24. Кинематическая схема зубозатыловочного станка модели 1Б811.
Уравнение кинематического баланса цепи дифференциального и
затыловочного движения.
25. Станки для обработки конических колес. Формообразование и
формообразующие движения. Понятие о плоском и плосковершинном
конических колесах.
26. Токарные станки. Методы образования поверхностей. Основные и
вспомогательные движения. Уравнения кинематического баланса цепей
универсального токарного станка.
27. Компоновка токарных станков общего назначения. Основные узлы
станков.
28. Особенности конструкций токарных станков с ЧПУ. Особенности
компоновки, привода главного движения, привода подач, координатных
перемещений.
29. Кинематическая схема токарного станка с ЧПУ модели
16К2Ф30032. Особенности настройки привода главного движения и подач.
30. Карусельные станки. Особенности компоновки. Одностоечные и
двух стоечные карусельные станки. Особенности привода главного
движения, движения подач.
31. Токарные автоматы. Классификация по количеству шпинделей, по
расположению шпинделей. Понятие о жесткой аналоговой программе.
Кулачковый привод.
32. Токарно-револьверные одно шпиндельные автоматы. Компоновка.
Особенности конструкции револьверного суппорта,
33. Кинематическая схема токарно-револьверного автомата модели
1Б140. Уравнение кинематического баланса цепи главного движения и цепи
управления кулачками.
34.
Автоматы
продольно-фасонного
точения.
Схема
формообразования. Компоновка.
35.Кинематическая
схема
токарно-центрового
многорезцового
автомата модели 1730. Кинематика цепи главного движения и движения
подач.
36. Токарно-гидрокопировальные автоматы. Кинематическая схема
токарно-гидрокопировального автомата модели 1722.
37. Многошпиндельные горизонтальные токарные автоматы.
Компоновка.
Основные узлы автомата. Особенности конструкции шпиндельного
блока. Механизмы двойной фиксации шпиндельного блока.
38. Кинематическая схема четырех шпиндельного токарного автомата
модели 1265-4. Цепь главного движения и движения подач суппортов.
39. Кинематическая схема многошпиндельного автомата модели
1Е240-6К. Компоновка и основные узлы станка. Цепь главного движения.
11
40. Кинематическая схема многошпиндельного автомата модели
1Б240-6К. Цепь подач суппортов и управления распределительными валами.
41. Многошпиндельные вертикальные токарные автоматы. Назначение,
Компоновка. Основные узлы. Кинематическая схема станка модели 1286-6.
42. Кинематическая схема многошпиндельного вертикального
токарного автомата модели 1286-6. Цепь главного движения подач,
43.Станки для обработки отверстий. Методы образования
поверхностей на сверлильных станках. Компоновка сверлильных станков.
Основные узлы.
44. Кинематическая схема вертикально-сверлильного станка модели
2Н135. Цепь главного движения и движения подач.
45. Кинематическая схема радиально-сверлильного станка модели 257.
Цепь главного движения и подачи шпинделя.
46. Горизонтально-расточной станок. Компоновка, Основные узлы.
Основные движения. Особенности шпиндельных бабок горизонтальнорасточных станков. Конструкции выдвижных шпинделей и план - суппортов.
47. Кинематическая схема координатно-расточного станка модели
2620А. Кинематическая цепь главного движения и цепи подач,
48. Координатно-расточные станки. Компоновка. Основные узлы.
Особенности конструкций координатно-расточных станков.
49. Кинематическая схема координатно-расточного станка модели
2450. Цепи главного движения и движения подач.
50. Отделочно-расточные станки. Компоновка. Основные узлы.
Особенности конструкций. Основные и вспомогательные движения.
51. Станки для обработки призматических деталей. Методы
образования поверхностей на фрезерных станках. Основные и
вспомогательные движения. Компоновка. Особенности кинематических
схем.
52. Горизонтально-фрезерные станки. Кинематическая схема станка
модели 6Н12. Цепь главного движения и движения подач.
53. Универсальные фрезерные станки, Особенности конструкции и
компоновки. Кинематическая схема станка 6Н82. Цепь главного движения и
движения подач.
54. Продольно-фрезерные станки. Особенности конструкции и
компоновки. Основные и вспомогательные движения. Основные узлы.
55. Продольно-фрезерные станки. Кинематическая схема станка 6652.
Цепи главного движения и движения подач.
56. Станки для абразивной обработки. Особенности обработки
абразивным инструментом. Классификация шлифовальных станков по
назначению. Формообразующие движения.
57. Плоскошлифовальные станки. Типы плоскошлифовальных станков.
Особенности компоновки. Основные узлы. Особенности конструкции.
58. Круглошлифовальные станки. Формообразующие движения.
Особенности компоновки. Основные узлы. Особенности базирования.
12
59. Бесцентровошлифовальные станки. Особенности компоновки.
Основные узлы. Основные и вспомогательные движения. Особенности
базирования.
60. Станки для финишных операций. Формообразующие движения.
Особенности компоновки. Основные узлы. Основные и вспомогательные
движения.
61. Многооперационные станки (МС). Операции, выполняемые на МС.
Основные и вспомогательные движения. Классификация МО. Компоновки
МС выполненных на базе станков фрезерно-сверлильной групп.
62. Компоновки МС выполненных на базе станков расточной группы.
Особенности конструкций этих станков.
63. Устройства для смены инструментов на МС. Устройства для
накопления инструмента, их расположение на станках: осевое, боковое,
отдельное, дисковое и цепное исполнение механизмов.
64. Агрегатные станки. Преимущества принципа агрегатирования.
Операции, выполняемые на агрегатных станках. Особенности компоновки.
Особенности конструкций основных узлов.
агрегатных станках. Устройства для смены инструментов на агрегатных
станках с ЧПУ.
66. Автоматические линии Назначение. Классификация: по типу
оборудования, расположению оборудования и по характеру связи.
67. Станочный модуль. Понятие о станочном модуле. Структура
модуля токарного станка. Структура ячейки механической обработки их двух
станков.
68. Автоматизированные участки и производства на базе станков с
ЧПУ. Назначение и классификация.
69. Гибкие производственные системы (ГПС). Принципы построения и
классификации. Транспортно-накопительные системы заготовок и деталей,
автоматизированные транспортно-накопительные системы инструмента.
Структура линий (ГПС) различного назначения.
70. Роторные и роторно-конвейерные линии. Компоновки. Область
применения.
13