Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет


Кафедра ТМ і КТС

Група МС-112


Курсовий проект

з дисципліни:

«Обладнання і транспорт механічних цехів»

на тему:

«Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності»


Житомир

Зміст


Завдання

Вступ

Розділ 1. Базовий верстат і його головний привод

Розділ 2. Модернізований привід

Розділ 3. Кінематичний розрахунок модернізованого привода

Розділ 4. Міцнісний розрахунок шпинделя. Підшипники.

Розділ 5. Змащування

Розділ 6. Характеристика робототехнічного комплексу

Розділ 7. Керування верстатом

Розділ 8. Загальний вигляд РТК (графічна частина)

Розділ 9. Шпиндельний вузол (графічна частина)

Розділ 10. Керування (графічна частина)

Література


Завдання:

Модернізація головного привода базового верстата КА280 з метою підвищення продуктивності


Вихідні дані:

Тип привода

Загальний вигляд

N, кВт

n шп.max

безступеневий РТК 8 4200

Вступ


Токарні автоматизовані верстати з ЧПК призначені для зовнішньої і внутрішньої обробки будь-яких складних заготовок типу тіл обертання. Вони складають найбільш значну групу за номенклатурою в парку верстатів з ЧПК, хоча токарні верстати почали оснащувати пристроями з ЧПК пізніше, ніж свердлувальні і фрезерні.

Сучасний автоматизований токарний верстат - надскладна технологічна машина. Тут вимушені поєднувати великі динамічні навантаження (від обертання з великими швидкостями часто важких заготовок) з мікронною точністю відліку переміщень інструмента. Режим роботи токарних верстатів жорсткий. Його ускладнює стружка (інколи вита), розбризкування під тиском значних об'ємів мастильно-охолоджувальної рідини, теплові деформації робочих вузлів тощо.

Проектування або модернізація металорізального верстата або окремого його вузла - це кропіткий творчий пошук, який обов'язково супроводжується необхідними проектними та перевірочними розрахунками, пов'язаними з досягненням заданих показників точності та надійності, продуктивності та металоємкості і таке інше.

Тільки інженер, який володіє гарною загальною конструкторською та технологічною підготовкою, може створити сучасну машину або систему, відтворюючи відомі йому прототипи, але на більш високому науково-технічному рівні.


1. Базовий верстат і його головний привод


За базовий верстат приймаємо універсальний токарно-гвинторізний верстат КА280, який є аналогом верстатів 1К62, 16К20, МК6056, 16Р25П.

Верстат КА-280 нормального класу точності призначений для механічної обробки різноманітних деталей зі сталі, чавуну, кольорових металів, а також загартованих деталей, які потребують застосування важких режимів різання (наприклад, з жароміцних та інструментальних сталей)

На верстаті виконуються токарні, різьбонарізні (нарізання метричної, дюймової, модульної різьби) і свердлильні роботи.

Основні технічні характеристики верстата

Клас точності за ГОСТ 8-82, (Н, П, В, А, С) - Н

Відстань між центрами, мм-500

Найбільший діаметр заготовки, мм

над станиною- 400

над супортом - 220

над вирізом в станині- 630

Найбільший діаметр оброблюваного прутка,

що проходить через отвір шпинделя, мм- 52

Межі кроків, що нарізуються:

різьбометричних, мм-0,5-112

модульних, модуль-0,5-112

дюймових, ниток/дюйм- 56-0,25

пітчевих, ниток/дюйм- 56-0,25

Межі частот обертання шпинделя, об/хв.-12,5-1600

Межі подач, мм/об:

Поздовжніх- 0,05-2,8

Поперечних- 0,025-1,4

верхньої каретки-0,015-0,8

Кількість подач- 23

Кількість частот обертання шпинделя- 22

Конус Морзе шпинделя- №6

Найбільша маса встановлюваної заготовки з врахуванням

маси закріплюваних елементів, кг:

в патронах- 100

в центрах- 400

Потужність двигуна приводу головного руху, кВт- 7,5

Габаритні розміри верстата, мм:

Довжина- 3295

Висота-1275

Ширина- 1190

Маса верстата, кг- 3340


Кінематика верстата


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Верстат мод. К280 має основні рухи:

Головний рух – обертання шпинделя із заготовкою виконується основним електродвигуном через клинопасову передачу та коробку швидкостей.

Поздовжня подача – переміщення поздовжнього супорта по напрямних станини від ходового вала або ходового гвинта забезпечується за рахунок відбору потужності від шпинделя.

Поперечна подача – переміщення поперечного супорта по напрямних на поздовжньому супорті.

Допоміжні рухи – швидкі переміщення супортів від допоміжного електродвигуна через клинопасову передачу.

Головний привод верстата КА280 використовує автоматичну коробку швидкостей (АКШ). Вона знаходиться між двигуном, що закріплений на підмоторній плиті, та шпинделем. Двигун має ступеневе регулювання.


2. Модернізований привід


Конструкція модернізованого приводу використовує широко-регульований двигун. Така конструкція є найбільш досконалою, тому що має мінімальну кількість кінематичних елементів, а саме: двигун, два шківи та поліклиновий пас. Двигун, установлений на підмоторній плиті, що дозволяє за допомогою гвинтової пари регулювати натяг паса. Плита до станини закріплюється гвинтами.

Датчик зворотного зв'язку за швидкістю обертів шпинделя закріплений на кронштейні на шпиндельній бабці. Шківами та зубчастим пасом датчик зв'язаний зі шпинделем Швидкісні можливості привода надають експлуатації верстата деякі особливості. Якщо технологічний процес обробки деталі включає роботу на максимальних частотах обертання, то щоб запобігти перевантаженню привода рекомендується в управляючу програму закласти "поетапний" набір швидкості від стану спокою. Крім того, після тривалої зупинки верстата (при вмиканні після багатогодинного простою, після вихідних днів) рекомендується перед початком роботи прогрівати шпиндельний вузол послідовним вмиканням по 5 хвилин ступінчасто збільшуваної частоти обертання так, щоб загальний час складав 15-25хв.

В такій схемі привода з широко-регульованим двигуном на частотах обертання до 500 хв"1 слабкою ланкою є пас, а на більш швидких — електродвигун..


3. Кінематичний розрахунок модернізованого привода


Вихідні параметри:

Максимальна частота обертання шпинделя- Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності 4200 хв-1

Потужність двигуна- Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності 8 кВт

Привод шпинделя з плавним (безступеневим) регулюванням швидкості в сучасних металорізальних верстатах містить багатошвидкісний двигун постійного струму серії 4П.

За заданою потужністю вибираємо електродвигун по [2, табл.3.1, с.48] 4ПФ112SBT.

Технічні характеристики двигуна 4ПФ112SВТ:

Потужність двигуна, кВт - 8

Максимальні оберти двигуна, хв-1 (nдв.max).-4800

Номінальні оберти (nн)-. 2060

Діапазон регулювання:

XN- 3,7

RN- 2,35

ККД, %-. 88,2


Розрахунок пасової передачі


Передаточне відношення пасової передачі:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Згідно [1, гл.3] та [2, гл.4] в приводі модернізованого верстату використовуємо поліклинову пасову передачу.

Розрахунок будемо вести згідно [1, п.3.4.1.]

Сформулюємо вихідні дані:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Кутова швидкість ведучого шківа:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (рад/с)


Момент на швидкохідному валу:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (Нм)


Згідно [1, табл.3.5.] вибираємо пас з перерізом L.


Діаметр малого шківа:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Округлюємо знайдене значення до стандартного, приймемо DM = 160 мм [ГОСТ 1284-88].


Діаметр ведучого шківа:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Приймаємо за [ГОСТ 1284-88] DБ = 180 мм.

Уточнюємо передатне відношення (враховуючи ковзання: ε = 0,01):


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Похибка передатного відношення складатиме:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Така похибка є невеликою, а тому прийнятною (допустиме відхилення до 4%).

Швидкість паса:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (м/с)

Між осьова відстань:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Виберемо для подальшого розрахунку середнє значення А = 263,5 мм.

Розрахункова довжина паса:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Приймаємо найближче стандартне значення довжини паса за [ГОСТ 1284-88]:


L = 1180 мм.


Уточнюємо між осьову відстань:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Кут охоплення пасом малого шківа:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Колова сила:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (Н)


Коефіцієнт, що враховує вплив кута охоплення малого шківа:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивностіМодернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Коефіцієнт, що враховує вплив довжини паса:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


(тут LO = 1500 мм за [1, табл. 3.6])

Коефіцієнт динамічності навантаження і режиму роботи за [1, табл. 3.6]: СP = 1,0 .


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (Н)

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (Н)


(тут P10 - допустима колова сила для передачі з поліклиновим пасом з 10 ребрами при передаточному відношенні и = 1; куті обхвату малого шківа α1 = 180° і еталонною довжиною LO:L10 = 1120 H)

Число ребер поліклинового пасу:

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Приймемо остаточно найближче більше парне число ребер Z = 2.

Сила, що діє на вал (її слід враховувати при розрахунках валів та опор):


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (Н)


4. Міцнісний розрахунок шпинделя


Розрахунок шпинделя на міцність будемо вести, спираючись на методику, викладену в [2, гл.9] та [1, гл.4].

Розрахунок геометричних параметрів шпинделя

Визначення основних конструктивних розмірів шпиндельного вузла - це найвідповідальніший етап створення верстата.

Діаметр передньої опори:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм),


тут (dn) = 3,0·105 - швидкісний коефіцієнт, вибирається за [2, табл.9.1];

nmax = 4200 1/хв - найбільша проектна частота обертання шпинделя;

Приймемо найближче більше стандартне значення діаметра: d1 = 80 мм

Діаметр задньої опори:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Відстань між опорами:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Довжина передньої консолі:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Діаметр шпинделя між опорами:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (мм)


Внутрішній діаметр рівний діаметру отвору базового верстату: Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності мм.

Виходячи із значення швидкісного коефіцієнта, та керуючись рекомендаціями [2, табл.9.3] та [4, гл.8, п.3], обираємо схему опор, що матиме вигляд:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Тип підшипників передньої опори: двохрядний роликовий радіальний 3182116К у кількості 1 шт. та упорно-радіальний здвоєний 178816 у кількості 1 шт., а задньої опори - двохрядний роликовий радіальний 3182112К у кількості 1 шт.

Перевірка міцності та розрахунок радіальної жорсткості шпиндельного вузла

В процесі роботи металорізального верстату геометрична вісь шпинделя змінює своє положення внаслідок піддатливості опор від дії сил різання, згинальних моментів та зсуву від поперечних сил. Фактичне положення геометричної осі шпинделя буде залежати від жорсткості шпиндельного вузла, яка може бути визначена за принципом суперпозиції.

Головна складова сили різання за [дод.2]: Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності Н

Розрахункова схема:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Визначимо реакції в опорах:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивностіМодернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Перевірка:

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Обертальний момент на шпинделі:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності (Нм)


Перевірний розрахунок шпиндельного вузла на міцність

Приведений момент:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Найменший діаметр пустотілого валу:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності,


де Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності и міцність забезпечена


Визначаємо пружне зближення тіл кочення та кілець підшипника в опорах:

- в передній:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності,


Де Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності - коефіцієнт деформації згідно [2, п.9.4, с.158]. (d - внутрішній діаметр підшипника. Його та інші параметри підшипників визначаємо згідно [2, дод.4])

- в задній:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Визначаємо контактну деформацію поверхонь опор:

- передньої:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


(тут kд = 0,001 - коефіцієнт деформації за [2, п.9.4]), d - внутрішній діаметр підшипника, D - зовнішній діаметр підшипника, b - ширина підшипника за [2, дод.4])

- задньої:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Жорсткість опор:

- передньої:

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


- задньої:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Так як в обох опорах встановлено дворядні підшипники, відповідно отриману жорсткість для кожної з опор слід збільшити вдвічі:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Піддатливість опор:


- передньої: Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

- задньої: Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Переміщення переднього кінця шпинделя від піддатливості опор:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

В цій формулі ε = 0,45 - коефіцієнт защемлення згідно [2, п.9.4]

Переміщення переднього кінця шпинделя від згинального навантаження:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Тут Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності Н/мм - модуль пружності; І1 та І2 - відповідно моменти інерції перерізу шпинделя між опорами та консолі:

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Переміщення переднього кінця шпинделя від зсуву за рахунок поперечних сил:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

В цій формулі:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності - площа перерізу консолі шпинделя ;

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності- площа перерізу шпинделя між опорами ;

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності - модуль зсуву


Радіальна жорсткість шпиндельного вузла при дії на консоль сили Pz за принципом суперпозиції:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Оскільки в передній опорі дворядні підшипники: то за принципом суперпозиції остаточна радіальна жорсткість вузла:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності

Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Отже жорсткість шпинделя достатня.

Розрахунок осьової жорсткості шпиндельного вузла

Осьова сила, що діє на шпиндель:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


Пружне зближення тіл кочення та кілець упорного підшипника 178816:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності


В цій формулі: kд - коефіцієнт деформації контактних поверхонь:


Модернізація головного привода токарно-гвинторізного верстата мод. КА280 (16К20) з метою підвищення продуктивності,


де dш = 10 мм - діаметр кульок підшипника;

Z =

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: