Структурный и кинематический анализ станка на примере обработки шлицев

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический  университет

Кафедра ПТМ 

 

 

 

Расчетно-графическая работа

на тему:

 «Структурный  и кинематический анализ станка на примере обработки шлицев»

 

 

 

 

 

 

 

Факультет: МТ

Группа: ТМ-701

Студент: Чужаков М.Н. 

Преподаватель: Иванцивский В.В.

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2010 г.

1. Исследование станка при нарезании шлицев.

Цель: Провести структурно-кинематический анализ и настройку станка на примере обработки шлицев.

В таблице 1 приведены параметры  нарезаемых шлицев.[5. с.16]

Таблица 1.

Тип шлицев	Количество шлицев, Z	Диаметр вершин шлицев, d1 (мм)	Диаметр впадин шлицев, d2 (мм)	Длина         шлицев, l (мм)
прямобочные	8	58	52	100

 

  Эскиз детали представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Эскиз детали.[1. с.19]

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор станка

Шлицы на валах могут образовываться путем холодного накатывания, осуществляемого  на шлиценакатных станках, подобных зубонакатным, или нарезаться фрезерованием  дисковыми фрезами или червячными фрезами. Последний способ, выполняемый  обычно на шлицефрезерных станках, подобных зубофрезерным, более точный и производительный, чем первый, выполняемый на горизонтально-фрезерных станках с применением делительных головок. На  резьбофрезерном станке модели 561 при фрезеровании методом обкатки так же можно нарезать шлицы червячной фрезой, обеспечивая высокую производительность, как и на специальных станках.

2. Краткая характеристика станка. [2. с.200]

Резьбофрезерный станок модели 561 предназначен для фрезерования длинных наружных резьб в условиях серийного производства. В индивидуальном и мелкосерийном производстве станок применяется также для нарезания коротких резьб, фрезерования шлицевых валиков и нарезания цилиндрических зубчатых колес. При наличии дополнительных приспособлений на станке могут быть нарезаны внутренние резьбы.

Техническая характеристика станка .

• Высота центров в мм …………………………………………………….200
• Наибольший диаметр обрабатываемой детали в мм :

         над станиной…………………………………………………..400

         над суппортом…………………………………………………200

• Диаметр отверстия полого шпинделя в мм………………………..82
• Наибольшая длина фрезерования в мм…………………………….70
• Наибольшая глубина фрезерования в мм………………………….25
• Пределы нарезаемых шагов метрических резьб в мм…………….1-48
• Наибольший шаг винтовой канавки в мм………………………….700
• Пределы нарезаемых шагов дюймовых резьб в дюймах………….¹/₁₆ -1³/₄
• Наибольший нарезаемый модуль в мм……………………………..12
• Пределы диаметров применяемых на станке фрез в мм…………..70-115
• Количество скоростей вращения шпинделя……………………….5
• Количество скоростей круговых подач обрабатываемой детали…32
• Количество величин продольных подач фрезерной головки…….32
• Пределы скоростей круговых подач детали в об/мин…………….0.014-52
• Мощность электродвигателя в кВт………………………………..3

 

 

Основные узлы станка (рис. 2). А—передняя бабка; Б—суппорт; В—фрезерная головка; Г—задняя бабка; Д—коробка скоростей; Е—станина.

Органы управления. 1 — рукоятка для настройки станка на различные виды работ; 2—рукоятки переключения коробки скоростей;

3 — рукоятка управления станком; 4 — маховичок ручной поперечной подачи фрезерной головки; 5—рукоятка управления коробкой подач.

Рисунок 2. Резьбофрезерный станок 561.

3. Выбор режущего инструмента и режимов резания.

Для нарезания шлицевых валов с прямобочным профилем используют

червячные фрезы. Выбираем фрезу 2520-0714 по ГОСТ 8027-86. Рисунок 3.

Рисунок 3. Фреза червячная.

 

d_a0=90 мм                  d=32мм                                                                                                         

d₁=50 мм                   L=80 мм

l=5  мм                      z₀=12 (число стружечных канавок)

k=1 (число заходов)

Режимы резания:

V=20 м/мин 

n_ф=71 об/мин

S=1 мм/об.з. [1]

4. Построение структурной схемы  станка.

4.1. Выявление элементарных движений

 

Рисунок 4. Компоновочная  схема станка 561 при нарезании  шлицев.

4.2. Методы получения производящих линий

Образующая – профиль  шлицев. Получена методом обката, при котором форма образуемой производящей линии возникает в виде огибающей ряда последовательных положений, занимаемых режущей кромкой инструмента при обкатывании его без скольжения образуемой линии.

Направляющая – прямая. Получается методом касания,который заключается в том, что форма производящей линии возникает в виде

огибающей мест касания детали режущей точкой инструмента (или  множества режущих точек), то есть в результате относительного движения инструмента и заготовки.

Следовательно для получения требуемой поверхности необходимы два формообразующих движения.

 

В₁ – вращение фрезы

В₂ – вращение заготовки

В₃ – разворот фрезерной головки

П₄ – перемещение суппорта с фрезой перпендикулярно оси вращения заготовки

П₅ – перемещение суппорта с фрезой параллельно оси заготовок

Ф_v (В₁, В₂) – главное движение. Движение сложное и замкнутое, следовательно настраиваем по 3-м параметрам: траектории, скорости и направлению.

Ф_s (П₅) – движение подачи. Движение сложное и не замкнутое, следовательно настраиваем по всем 5-ти параметрам.

Уст (В₃) – разворот фрезы для установки ширины шлицев.

Уст (П₄) – перемещение фрезы для установки высоты шлицев.

Всп (П₅)  – быстрое перемещение суппорта с фрезерной головкой

Структурная схема станка представлена на рисунке 4.

Рисунок 5. Структурная схема станка 561 при нарезании шлицев.

 

Рисунок 6. Кинематическая схема резьбофрезерного станка 561.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Кинематический анализ станка.

5.1. Главное движения Ф_v(В₁,В₂).

Представляет собой согласованное  вращение шпинделя фрезерной головки с фрезой и вращение шпинделя передней бабки. Движение сложное траектория замкнутая, требует настройки всех трех параметров: F, V, N. Оно создается кинематической группой, состоящей из внутренней связи             В₁-1-F₁-2-В₂ с органом настройки траектории F₁ и внешней связи ЭМ₁-3-V₁-N₁-1 с органами настройки скорости V₁, направления N₁.

5.1.1 Настройка траектории F₁.

Осуществляется согласованием  двух элементарных движений В₁ и В₂:

1об.фрезы об. заготовки,

k =1(число заходов фрезы),

z =8 (число нарезаемых шлицев).

По  этому условию настройки составляем уравнение кинематического баланса  расчетной кинематической цепи и  выводим расчетную формулу:

  ;

где   – постоянное передаточное отношение кинематической цепи между точками 1 и 2 (см. структурную схему станка);

 – передаточное отношение  органа настройки траектории F₁ (гитара обката).

По кинематической схеме  определяем:

отсюда находим формулу  настройки гитары, включающую в искомой  части зубчатые колеса с числами  зубьев a, b, c и d:

Для нашего случая подбираем подходящие по передаточному отношению пары сменных колес из прилагаемых к станку набору:

 

Проверка гитары по условиям сцепляемости:

             - условия выполняются.

Органом настройки траектории по направлению является конический трензель, так как находится во внутренней связи. Настраивается переключением муфты М₁.

Элементарное движение В₂ зависит от направления витков фрезы (правое или левое) и движения В₁ (рис. 7). При вращении фрезы В₁ точка контакта будет перемещаться вправо для левого направления витков и влево для правого, вызывая вращение заготовки соответственно по часовой стрелке или против нее.

5.1.2. Настройка  направления движения N₁.

Исходным условием для  определения направления движения резания является направление вращения фрезы В₁, обеспечивающее сброс стружки вниз (в приемник).

Направление исполнительного  движения изменяется реверсом двигателя ЭМ1.

5.1.2. Настройка  скорости движения V₁.

Скорость движения V1. Скорость движения задается скоростью резания . Согласно размерности скорости условие настройки расчетной кинематической цепи выражается зависимостью:

;   

где  n_фр и d_фр – частота вращения и наружный диаметр фрезы;

 

п_дв – частота вращения двигателя.

Уравнение кинематического баланса:

,

где i_V1 – передаточное отношение гитары скорости.

Р_3–1 – постоянное передаточное отношение между точками 3– 1.

Для станка эти зависимости принимают  вид (рис. 6):

   .

Решая это уравнение, находим формулу  настройки коробки скоростей главного движения:

             

При этом коробка скоростей будет состоять из зубчатых колес с числами зубьев .

Погрешность настройки:

5.2. Движение подачи Ф_S(П₅).

Движение простое, траектория незамкнутая. Оно создается кинематической группой, состоящей из внутренней связи: салазки суппорта - направляющие, обеспечивающие траекторию движения , и внешней связи 2-V2-N2-L2-K2-P1-4 с органами настройки скорости V₂, направления N_2, пути  L2  и конечной точки K2 (рис. 5).

5.2.1. Настройка направления движения подачи N₂.

Определяется направлением движения П₅, которое оговорено методом фрезерования (попутное или встречное). Изменение направления движения Ф_S(П₅) осуществляется коническим трензелем.

5.2.2.-5.2.3. Настройка пути L₂ и конечной точки К₂.

Путь данного исполнительного  движения находится из зависимости:

   

где  L – длина шлицевого вала, мм;

 и – путь на врезание и выход фрезы (рис.8).

 

 

 

Рисунок 8. Схема определения пути движения подачи.

 

Перед началом работы фреза должна быть установлена так, чтобы в  подведенном к заготовке положении  она не касалась тела заготовки. Зазор должен составлять:

 

 

Исходя из найденных величин  перебега и врезания, устанавливают упоры конечных положений.

5.2.4. Настройка скорости движения V₂. 

Скорость движения V2. Скорость движения задается величиной подачи – С учетом размерности скорости записывается условие настройки кинематической цепи:

_,

где - постоянное передаточное отношение кинематической цепи между точками 2 – 4;

 – передаточное отношение  коробки подач;

 – передаточное отношение  преобразователя движения.

Уравнение кинематического  баланса:

 

Отсюда получаем формулу  настройки коробки подач:

При этом коробка подач  будет состоять из зубчатых колес  с числами зубьев   

 

5.3. Установочное движение (П₄).

Движением П₄ осуществляется настройка глубины фрезерования.

Внутренняя связь: направляющие суппорта.