194539 (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:

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

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- 4200 хв^-1

Потужність двигуна- 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 (n_дв.max).-4800

Номінальні оберти (n_н)-. 2060

Діапазон регулювання:

X_N- 3,7

R_N- 2,35

ККД, %-. 88,2

Розрахунок пасової передачі

Передаточне відношення пасової передачі:

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:

Кутова швидкість ведучого шківа:

(рад/с)

Момент на швидкохідному валу:

(Нм)

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

Діаметр малого шківа:

(мм)

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

Діаметр ведучого шківа:

(мм)

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

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

Похибка передатного відношення складатиме:

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

Швидкість паса:

(м/с)

Між осьова відстань:

(мм)

(мм)

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

Розрахункова довжина паса:

(мм)

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

L = 1180 мм.

Уточнюємо між осьову відстань:

Кут охоплення пасом малого шківа:

Колова сила:

(Н)

Коефіцієнт, що враховує вплив кута охоплення малого шківа:

Коефіцієнт, що враховує вплив довжини паса:

(тут L_O = 1500 мм за [1, табл. 3.6])

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

(Н)

(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 L_O:L₁₀ = 1120 H)

Число ребер поліклинового пасу:

Приймемо остаточно найближче більше парне число ребер Z = 2.

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

(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:

(мм),

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

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

Приймемо найближче більше стандартне значення діаметра: d₁ = 80 мм

Діаметр задньої опори: