Материал: Расчет и конструирование станков. курсовое проектирование. Пачевский В.М., Старов В.Н

В.М. Пачевский В.Н. Старов Л.А. Федотова

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

СТАНКОВ:

Курсовое проектирование

Учебное пособие

Воронеж 2008

ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.М. Пачевский В.Н. Старов Л.А. Федотова

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

СТАНКОВ:

Курсовое проектирование

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

В оронеж 2008

У ДК 621.9.06.002

Пачевский В.М. Расчет и конструирование металлорежущих станков: курсовое проектирование: учеб. пособие / В.М. Пачевский, В.Н. Старов, Л.А. Федотова. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2008. 186 с.

В учебном пособии изложены общие вопросы по выполнению курсового проекта, даны рекомендации к разработке его отдельных разделов, определен порядок выполнения, приведена рекомендуемая литература. При выполнении курсового проекта студенты получают навыки в использовании технической справочной литературы, приобретают опыт в постановке и решении конструкторских задач.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», дисциплине «Расчет и конструирование станков».

Предназначено для студентов всех форм обучения.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде текстовом редакторе Word и содержится в файле «Расчет и конструирование станков: курсовое проектирование

Табл. 23. Ил. 59. Библиогр.: 23 назв.

Научный редактор д-р техн. наук, проф. А.Н. Осинцев

Рецензенты: кафедра начертательной геометрии

и графики Воронежского государственного

архитектурно-строительного университета

(зав. кафедрой д-р техн. наук,

проф. Ю.А. Цеханов);

д-р техн. наук, проф. Ю.С. Ткаченко

© Пачевский В.М., Старов В.Н., Федотова Л.А., 2008

© Оформление. ГОУВПО

«Воронежский государственный технический

у ниверситет», 2008

Введение

Настоящее учебное пособие разработано с целью методического обеспечения выполнения курсового проекта по дисциплине «Расчет и конструирование станков».

Назначение учебного пособия – научить студентов правилам практической конструкторской работы с использованием новых технических решений принятых по результатам патентных исследований, научить студентов обоснованию принятых решений расчетом.

Объектами изучения являются наиболее ответственные и сложные механизмы приводов главного движения и подач металлорежущих станков (МРС).

Металлорежущие станки при их высокой производительности, точности и универсальности являются основным видом технологического оборудования для размерной обработки деталей. Конструирование новых прогрессивных типов станков и модернизация существующих связано с повышением требований к приводу главного движения и приводу подач с точным позиционированием.

Постоянное ужесточение норм точности обработки предопределяет повышенные требования к жесткости, демпфирующим свойствам всей несущей системы станка, в состав которой также входят: шпиндельный узел, тяговый механизм подачи и направляющие, поэтому этим узлам уделено в пособии основное внимание.

Основными задачами курсового проектирования являются модернизация исполнительных механизмов станка с целью повышения его точности, надежности, производительности, расширения технологических возможностей, автоматизации и других технических параметров станка.

Учебное пособие состоит из шести разделов.

Первый раздел дает представление:

- о составных частях курсового проекта и его особенностях:

- правилах оформления расчетно–пояснительной и графической частей;

- составе расчетно-пояснительной записки;

- подготовке и выполнении исходных технологических, компоновочных и кинематических структур станка;

- параметрах требуемой точности и скоростных характеристик приводов;

- направлениях патентных исследований.

Второй раздел посвящен графоаналитическому проектированию приводов станка, после осуществления, которого студент получает одно из решений по кинематике привода. Для более успешного усвоения методик проектирования в разделе приведены примеры их реализации для решения конкретных задач.

Третий раздел представляет практические рекомендации по расчету и конструированию коробок передач. Основанием для разработки данного раздела послужили учебно-методические пособия [7,8].

Четвертый раздел посвящен расчету и конструированию шпиндельного узла (ШУ). В разделе подробно изложены методики расчета радиальной жесткости ШУ при различных схемах нагружения. Приведен пример расчета радиальной жесткости ШУ конкретного станка.

В пятом разделе представлены методики расчета и конструирования тяговых механизмов приводов подач: скольжения, качения и гидростатического с примерами расчетов по всем трем типам.

Шестой раздел представляет конструкции, схемы нагружения и расчет направляющих.

1 Общие указания и исходные данные

для проектирования

1.1 Цель, состав, тематика и оформление курсового

проекта

Курсовой проект преследует цель закрепления и практического применения полученных знаний, а также приобретения студентами опыта самостоятельного конструирования и расчета узлов металлорежущих станков.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки в объеме 30-50 с и графической части в объеме 3-5 листов формата А1 и Основой для разработки курсового проекта является техническое задание, которое выдается руководителем проекта.

Темой курсового проекта может быть модернизация подсистем станка, включая модернизацию приводов и механизмов главного движения или подач, модернизация несущей системы с целью повышения точности или производительности станка при изготовлении групп деталей определенных деталью-представителем.

Особенностью модернизации приводов станков по сравнению с проектированием нового станка – является то, что в случае модернизации, изменения конструкции относятся к отдельным узлам (передачам, шпиндельным узлам, и др.), оставляя основные конструкции несущей системы станка базовой модели без радикальных изменений. В частности, это относится к корпусам коробок передач (скоростей и подач), станинам, стойкам, колоннам и др.

Оформление курсового проекта выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД и стандарта предприятия СТП ВГТУ 62-2007.

Пояснительная записка оформляется по правилам текстовой части на стандартных листах писчей бумаги формата А4.

Подробное изложение содержания расчетно-пояснительной записки приведено ниже.

Состав графической части согласуется с руководителем проекта. Примерный состав следующий:

• общий вид модернизированного станка (формат А2);

• кинематическая схема модернизированного станка (формат А2);

• модернизированные узлы станка (2-3 листа формата А1).

По заданию руководителя проекта состав графической части может быть изменен.

Оформление графической части проекта выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД. На общем виде станка проставляются габаритные размеры и размеры рабочей зоны станка с указанием величины перемещений рабочих органов. Схема рабочей зоны может быть вынесена на чертеже отдельным видом.

На кинематической схеме указываются характеристики двигателей: мощность или крутящий момент, номинальная частота вращения (для регулируемых двигателей указывается возможность варьирования частоты вращения n = var)

На зубчатых передачах указывают номера валов, число зубьев, модуль или число заходов и шаг для винтовых передач.

На графике частот вращения указываются номера валов в соответствии с кинематической схемой, частоты вращения, на лучах графика указываются величины передаточных отношений.

Чертежи модернизированных узлов станка выполняются с разрезами, видами и сечениями, выявляющими конструкцию узла. На чертежах указываются габаритные и присоединительные размеры с указанием посадок и точности изготовления.

1.2 Содержание и оформление расчетно-пояснительной записки

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) содержит техническое обоснование выбранного направления модернизации станка базовой модели, подтвержденное расчетами. Кроме того, РПЗ должна содержать иллюстративный графический материал в виде чертежей и схем, размещенный по разделам проекта. Объем РПЗ – 30-50 страниц.

Первый лист РПЗ – титульный, оформленный в соответствии с СТПВГТУ 62-2007 (приложение А).

Второй лист РПЗ – задание на курсовой проект (приложение Б).

Третий лист чистый – для замечания руководителя.

Затем – введение и основной расчетно-пояснительный материал РПЗ. В конце записки должно быть заключение о проделанной работе и выводы; список использованной литературы и приложения, в составе которых могут быть копии компьютерных расчетов, спецификации и др. Пример оформления содержания РПЗ в приложении В.

Общие требования к структуре и правилам оформления РПЗ изложены в СТП ВГТУ 62-2007 .

РПЗ должна полностью отражать все проводимые при проектировании расчеты и построения. Более подробно содержание и методики основных аналитических, графоаналитических, компьютерных расчетов изложены в последующих разделах пособия.

Задание на проектирование должно содержать название темы курсового проекта с указанием базовой модели модернизируемой части станка и цели модернизации. В задании указывается, какие детали предлагаются для изготовления на станке, с какой степенью готовности (полная обработка или выполнение отдельных операций); условия производства; выдается чертеж детали-представителя.

Основной задачей введения является изложение современного состояния станкостроения в стране и, в частности, станочного парка данного типа, проблемы, которые необходимо решать в ближайшее время для улучшения этого состояния. Тенденции развития станкостроения в мировом масштабе. Основные задачи повышения качества станков, которые необходимо решать конструкторам, и почему предлагаемое направление модернизации необходимо предприятию.

1.3 Исходные данные для проектирования

1. Дается подробное описание объекта модернизации: назначение модернизируемого станка; операции, выполняемые на нем, характеристика точности и производительности, описание конструкции модернизируемого узла и принципов действия его.

2. Анализ детали-представителя: наиболее характерные для планируемых к обработке групп деталей поверхности, габариты и конструкция, приводится ее эскиз с указанием размеров, шероховатости, точности обрабатываемых поверхностей, технических требований на изготовление, указывается материал, из которого изготовляется деталь.

Дается анализ технологичности детали (при необходимости вносятся изменения, улучшающие технологичность конструкции). Описываются физико-механического свойства материала и обосновывается способ получения заготовки.

3. Схема механической обработки детали раскрывает потребности в инструменте для обработки каждой поверхности и методах формообразования с выявлением требуемых движений инструментов и заготовки. Устанавливается характер формообразующих движений: простые или сложные и возможности их реализации. Составляется структурная кинематическая схема станка. Особое внимание следует уделить кинематическим связям исполнительных органов станка реализующих сложные движения (механические связи или связь через систему управления).

Рассмотрим последовательность выполнения схемы механической обработки детали – представителя и дальнейшие этапы работы по определению возможной реализации разработанной схемы на примере детали тела вращения (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема механической обработки детали

Деталь имеет наружные поверхности цилиндрической, конической и канавки сложной формы, кроме того, имеется резьбовая поверхность. Отверстие в детали ступенчатое, цилиндрическое заканчивается фаской.

Для обработки цилиндрических наружных и внутренних поверхностей достаточно двух простых формообразующих движений: главное движение скорости резания - вращение Ф_v(В₁) и движение подачи Ф_s(П₂).

Для обработки канавок необходимо одно формообразующее движение скорости резания Ф_v(В₁) и движение врезания на глубину канавки В_р(П₃) с использованием профильных резцов.

Для обработки конуса (поверхность 3) при использовании проходного резца требуется сложное движение подачи Ф_s(П₂П₃).

Для обработки резьбовой поверхности 7 требуется сложное движение Ф_v(В₁П₂).

Все требуемые формообразующие движения для обработки подобной детали на токарном станке с ЧПУ, можно реализовать согласно структурной кинематической схемы, которая представлена на рисунке 2.

В этом случае взаимосвязь движений подачи П₂ и П₃ и главного движения В₁ с подачей П₂ осуществляются с помощью датчиков положения Д₁, Д₂ приводов подачи и датчика контролирующего положение шпинделя через систему ЧПУ.

Рисунок 2 - Структурная кинематическая схема

токарного станка с ЧПУ

Если обработка детали планируется на токарно-винторезном станке с ручным управлением, кинематическая структура которого представлена на рисунке 3, то для реализации формообразующих движений для обработки конуса 3 требуется специальное приспособление или, если поверхность небольшой длины, профильный резец. Для обработки ступенчатого отверстия требуется револьверная многоинструментная головка.

Рисунок 3 - Структурная схема токарно-винторезного станка

Разработанная структурная кинематическая схема сравнивается с исходной кинематической схемой станка базовой модели, и выявляются возможные изменения в конструкции станка или в системе его управления для реализации требуемых для обработки детали формообразующих движений.

Разрабатывается технологический маршрут изготовления детали с расчетом режимов резания и сил резания при использовании инструментов с различными материалами режущей части (сверхтвердые синтетические материалы, твердый сплав, быстрорежущая сталь) для получения полного диапазона изменения скоростных и силовых параметров приводов станка .

Расчет может быть выполнен аналитическим методом или с помощью справочных таблиц . Устанавливаются минимальные и максимальные скорости и силы резания, которые являются основополагающими для определения основных параметров технической характеристики станка.