Курсоваробота
Принципроботи та критерії розвитку зубостругального верстата
Зміст
Вступ1. Пристрій і принцип дії зубостругальних верстатів2. Розрахунок критеріїв2.1 Критерії розвитку технічних об'єктів2.2 Розрахунок2.3 Визначення зміни критеріїв
3. Перспективи подальшого розвитку верстатноговстаткуванняВисновок
Література
Введення
Конічні зубчастіколеса можна нарізати на універсально-фрезерних і поперечно-стругальних верстатах, алеточність конічних зубчастих коліс, нарізаних на цих верстатах, низька, тому длянарізування конічних зубчастих коліс застосовують спеціальні зуборізніверстати.
Верстати длянарізування конічних коліс ділять на верстати, що працюють по методукопіювання, і верстати, що працюють по методу обкатування. У верстатах, щопрацюють по методу копіювання, використовують один або два різці, які одержуютьнапрямок руху по копіру. Такі верстати застосовують для нарізування конічнихзубчастих коліс діаметром до 5000 мм і модулем до 40 мм. Випускають дві моделі таких верстатів — 5А283 і 52ТМ2. Перший працює двома різцями, а другий — одним. Основні технічні дані цих верстатів наведені в табл. 1.
У верстатах, щопрацюють по методу обкатування, використовують різний різальний інструмент:різці, фрези, резцові головки й протягання. Випускають верстати для нарізуванняконічних зубчастих коліс по методу обкатування з діаметрами коліс від 5 до 800 мм і модулем від 0,3 до 16 мм.
Таблиця 1
Технічніхарактеристики верстатів
Параметр 5А28352ТМ2
Діаметр зубчастихколіс, що нарізується,
мм 1600 3200
Довжинаутворюючого початкового конуса,
мм 800 1000
Модуль, мм 30 40
Ширина зубчастоговінця, мм 270 500
1. Пристрій і принцип дії зубостругальнихверстатів
Зубостругальнийверстат мод. 5А250.
Зубостругальнийверстат мод. 5А250 призначений для нарізування конічних коліс із прямими зубамимодулем від 1,5 до 8 мм і діаметром до 500 мм. На верстаті можна робити як чорнове, так і чистове зубонарізування. Верстат працює двома стругальними різцями.На верстаті мод. 5А250 можна нарізати конічні колеса з зубами. При чорновомузубонарізуванні верстат може працювати по методу копіювання, а при чистовомузубонарізуванні по методу огинання.
Верстат (мал.2)складається з наступних основних вузлів: станини 1, що представляє собоютвердий виливок коробчастої форми, усередині якої розміщені механізми йелектроустаткування верстата, передньої бабки 2, у якій розташована колиска 3,на супортах якої закріплюють і встановлюють різці, у певному положенні задопомогою шкал і настановних пристосувань. Колесо, що нарізується, зміцнюють наоправленні, установлюваної в шпинделі ділильної бабки 4 і, що затискається задопомогою гідравлічного затискача патрона. На столі верстата розташованаповоротна плита 5, на якій установлена ділильна бабка 4.
Цикл роботиверстата при чистовому зубонарізуванні. Натисканням пускової кнопкиздійснюється швидке підведення колеса, що нарізується, включаєтьсязворотно-поступальний рух супорта, що несе різці, обертання колеса, що нарізується,і колиски. По закінченні обробки зуба нарізується колесо, що, швидкоприділяється назад, колиска починає обертатися у зворотному напрямку, а нарізуєтьсяколесо, що, продовжує обертатися в ту ж сторону, що й при робочому ході. Позакінченні зворотного ходу колиски цикл повторюється.
При чорновомузубонарізуванні робота відбувається в основному так само, як при чистовому, зтією лише різницею, що величина огинання зменшується, а швидке підведення столазаміняють повільною робочою подачею, при якій різці поступово урізаються взаготівлю.
Кінематична схемаверстата. На мал.3 наведена кінематична схема верстата, що складає з рядуланцюгів, до числа яких варто віднести ланцюга головного руху, що забезпечуютьнеобхідну швидкість різання, подачі, прискореного переміщення.
/>
Кінематична схемазубостругального верстата мод. 5А250
Ланцюг головногоруху. Від електродвигуна (N = 2,8 кВт, п = 1420 об/хв) обертання через колеса15/48 передається на вал I, з якого через конічні колеса 34/34 на гітарушвидкостей зі змінними колесами А и Б, далі через передачу 30/72 на кривошипнийвал, на кінці якого перебуває кривошипний диск К, і за допомогою важільноїсистеми, повзунів П1 і П2 різці одержують зворотно-поступальний рух.
Розрахунковіпереміщення різців запишемо в такий спосіб,
1420 о/хв — > пдв. хід/хв.
Рівняннярозрахункових переміщень запишемо так:
1420 (15/48 34/34А/В 30/72) = дв. хід/хв.
Вирішуючирівняння, знаходимо передатне відношення змінних коліс А и В для настроюваннягітари головного руху:
A/B=n/185; n=1000v/2l
де v — швидкість різання, м/хв, обирана понормативах; l= = b + (6-8) довжина ходу різців, мм; b — довжина зуба, що нарізується,мм.
Верстатпостачають набором змінних коліс, що дають можливість установити числаподвійних ходів різців у хвилину в межах 73 — 470. Усього дев'ять різних чиселподвійних ходів різців.
Ланцюг подач(обертання барабана Б). Подачу верстата визначають часом обробки одного зуба всекунду.
Від приводногоелектродвигуна М, за допомогою колеса, рух передається на вал I, з якогозмінними колесами ac/ bd; гітари подач рух через колеса 34/68, фрикційну муфту,колеса 42/56 передається на вал II, з якого зубчастими колесами 44/96 96/64 ічерв'ячну передачу 2/66 передається на барабан подач Б, постачений двомаканавками для чорнової й чистової нарізки зубів колеса. Барабан подачі робитьодин оберт за час нарізування зуба, причому робочому ходу відповідає поворот на160°; або 4/9 оберту, а холостому ходу 200°, або 5/9 оберту.
Розрахунковимипереміщеннями в цьому випадку будуть час t нарізування одного зуба в секундах іповорот барабана подач за цей час на величину 4/9 оберту.
Рівняння длявизначення передатного відношення змінних коліс гітари подач запишеться так:
S (1420/60 15/48a/b c/d 34/68 42/56 44/96 96/64 2/66) =4/9
Звідси знаходимопередатне відношення змінних
a/a c/d=7.69/t
Межі величинподач s= 4 — 123 з/зуб. Необхідну величину s вибирають по нормативах.
Ланцюгприскорених переміщень. Від приводного електродвигуна М через колеса 15/48 і34/34 рух до барабана подач може бути передане
через колеса76/64 або 52/88 і через фрикційну муфту, колеса 42/56 на вал II, звідки черезколеса 44/96 96/64 на черв'ячну передачу 2/66 барабана подач.
Тривалістьприскореного холостого ходу колиски можна легко визначити, знаючи, що барабанподач за цей час повинен повернутися на 5/9 оберту.
При передачі 76/64
5/9 66/22 64/9696/44 56/42 64/76 48/15 60/1420=4 з/ зуб = S xx
При передачі52/88
5/9 66/22 64/9696/44 56/42 88/52 48/15 60/1420 = 6 з/ зуб = S xx
При нарізуванніколеса із числом зубів z >= 17 Tx = 4 з/зуб, а при числі зубів, z
Ланцюг обертанняколеса, що нарізується, (розподіл). Цей ланцюг зв'язує обертання розподільногобарабана Б с обертанням колеса, що нарізується, у такий спосіб: розподільний барабанБ, черв'ячна передача 66/2, зубчасті колеса 64/60 60/44, конічна передача23/23, вал III, зубчасті передачі 75/60 або 27/108, конічні пари 26/26, 26/26,26,26, змінні колеса гітари розподілу a1/b1 c1/d1, конічні колеса 30/30, 30/30,черв'ячна передача 1/120, шпиндель колеса, що нарізується.
Колесо, що нарізується,безупинно обертається в одному напрямку. На верстаті розподіл відбуваєтьсячерез кілька зубів, а не послідовно зуб за зубом, але так, щоб при кожномуциклі заготівля поверталася на ціле число зубів z1ъ не має загальнихмножників із числом зубів колеса, що нарізується.
Розрахунковіпереміщення варто записати в такий спосіб: за час одного оберту розподільногобарабана Б заготівля повинна зробити zi/z оберту, де z — число зубів колеса, щонарізується.
Розрахунковерівняння ділильного ланцюга, коли відбувається нарізування конічного колеса пометоду обкатування за участю пари коліс 75/60, запишемо так:
1 оберт барабана66/2 64/60 60/44 23/2375/60 26/26 26/26 26/26 a1/b1 c1/d1 30/30 30/30 * 1/120 =zi / z
Звідки
a1/b1 c1/d1 = 2zi/z
При методікопіювання, коли в ділильному ланцюзі бере участь пари коліс 27/108, змінніколеса гітари розподілу підбирають по формулі
a1/b1 c1/d1 = 10zi/z
Ланцюгобкатування. Цей кінематичний ланцюг зв'язує обертання колиски з обертаннямколеса, що нарізується. Розрахункові переміщення варто записати в такий спосіб.Коли колиска повернеться на величину —, що нарізується колесо повиннеповернутися на величину. Інакше кажучи, коли виробляюче колесо г0-повернеться на один зуб, те й нарізати^ся колесо, що, також повинне повернутисяна один зуб. Запишемо розрахункове рівняння для колиски й колеса, що нарізується:
1/z0 135/2 28/301/102 21/252 224/14 32/16 75/60 26/26 26/26 26/26 i справ 30/30 30/30* 1/120 =1/z,
звідки
z0/z= 7/4 i справ/ i or
де i or — передатне відношення змінних коліс гітари огинання, рівне a2/b2 c2/d2; i справ- передатне відношення змінних коліс гітари розподілу. Підставляючи у формулуz0/z= 7/4 i справ / i or замість i справ = 2 zi/z, одержимо формулу для підборазмінних коліс гітари обкатування
a2/b2 c2/d2 = 7/2z1/z sin q
де z0= z/ sin q;q — половина кута при. вершині початкового конуса колеса, що нарізується.
Приклад.Необхідно нарізати конічне зубчасте колесо із числом зубів z= 53. Приймемо z=9,тоді нарізування зубів буде відбуватися в наступній послідовності:
10, 19, 28, 37,46 — 1-й оберт заготівлі;
11, 20, 29, 38,47 — 2-й. Те ж 3, 12, 21, 30, 39, 48 — 3-й"
13, 22, 31, 40,49 — 4-й", 14, 23, 32, 41, 50 — 5-й", 15, 24, 33, 42, 51 — 6-й"
16, 25, 34, 43,52 — 7-й", 17, 26, 35, 44, 53 — 8-й", 9, 18, 27, 36, 45 — 9-й
Реверсивниймеханізм. Роль реверсивного механізму колиски виконує складене зубчасте колесо(мал.4). Він складається з декількох частин: зубчастого сектора внутрішньогозачеплення a hq, що має 196 зубів; зубчастого сектора зовнішнього зачепленняcde, що має 98 зубів; півкіл аbс і еfq, що мають по 28 зубів. Замкнутийзубчастий контур abcdefqha приводиться в обертання зубчастим колесом, що має 14зубів. Завдяки такому пристрою при обертанні колеса із числом зубів 14 в однусторону замкнутий зубчастий контур abcdefqha буде повідомляти складене зубчастеколесо зворотний рух те в одну, то в іншу сторону й тим самим реверсуванняколиски, що несе різальний інструмент (різці). Частота обертання колеса, що має14 зубів, за час циклу обробки одного зуба колеса, що нарізується, може бутизнайдена з рівняння:
n14= (Zs/14) — 1
n14 — частотаобертання колеса, що має 14 зубів, за час одного хитання складеного зубчастогоконтуру; Zs — число зубів замкнутого контуру:
Zs=196+98+2*28=350
Складене зубчастеколесо
/>
Підставляючи востанню формулу дані, будемо мати
n14 = (350/ 14) — 1= 24 об /цикл.
Це означає, що за24 частоти обертання колеса, що має 14 зубів, відбувається нарізування одногозуба на заготівлі. Знайдемо число обертів розподільного барабана Б, колишестірня з 14 зубами зробить 24 об/цикл:
(32/16 44/6060/64 2/66) — 1 оберт
Таким чином, зачас одного хитання складеного колеса розподільний барабан зробить один оберт.
Знайти необхіднучастоту обертання колеса із числом зубів, рівним 14, за час циклу нарізуванняодного зуба можна в такий спосіб: при внутрішнім зачепленні частота обертанняїї дорівнює (196/14) — 14, при зовнішнім зачепленні 98/14= 7. Коли відбуваєтьсяперехід від внутрішнього зачеплення до зовнішнього й навпаки, зубчасте колесо z= 14, контактуючи із зубчастим колесом z = 56 (складені дві напівшестірні),працює як планетарна передача, що схематично показано на мал.4, де I — провідналанка (водило); колеса із числом зубів 56 — нерухливе, а колесо з 14 зубами — ведене. Для знаходження передатного відношення колеса з 14 зубами складемотабл.2.
Таблиця 2 Визначенняпередатного відношення планетарної передачіРух Ланки системи 1 56 14
е частка
частка
Сумарне
+1
1
+1
1
+1
56/14
3
Отже, коли колесоіз числом зубів 14 повністю дожене колесо із числом зубів 56, воно зробить триоберти. При додаванні знак мінус не враховують. Тоді частота обертання колесаіз числом зубів z = 14 буде 14 + 7 + 3 = 24 об/цикл.
Гідропривідверстата. Верстат мод. 5А250 для виконання наступних робіт: затискача колеса,що нарізується, на оправленні, перемикання фрикційної муфти, робочого йхолостого ходів, підведення й відводу стола й рахунку циклів для вимиканняверстата після нарізування всіх зубів колеса. Гідропривід складається знормалізованих вузлів і працює на мінеральному маслі марки Турбінне 22.
Технологічніможливості верстата характеризуються наступними даними:
Найбільший модульколіс, що нарізуються, у мм 8
Найбільша довжинаутворюючого зубчастого колеса, що нарізується, у мм 57
Кут ділильногоконуса зубчастих коліс, що нарізуються,°14 2/ _ 75С 58°
Найбільшепередатне відношення ортогональних передач, що нарізується, 4:1
Найбільшийдіаметр початкової окружності зубчастого колеса, що нарізується, принайбільшому передатному відношенні в мм 500
Найбільша довжиназуба, що нарізується, у мм 22
Числа зубівколіс, що нарізується, 10-80
Габарити верстатав мм:
у плані 1100*1540
висота 1310.
2. Розрахунок критеріїв2.1 Критерії розвитку технічних об'єктів
Серед параметріві показників, що характеризують будь-який технічний об'єкт, завжди є такі, якіпротягом тривалого часу мають тенденцію монотонної зміни або тенденціюпідтримки на певному рівні при досягненні своєї межі. Ці показники всімаусвідомлюються як міра досконалості й прогресивності, і вони впливають нарозвиток окремих класів технічних об'єктів і техніки в цілому.
Такі параметри йпоказники називають критеріями розвитку технічних об'єктів. Про їхню важливістьможна судити по тім факті, що технічний прогрес в області будь-яких технічнихоб'єктів звичайно полягає в поліпшенні одних критеріїв без погіршення (увсякому разі без значного погіршення) інших. При формуванні системи критеріїврозвитку повинен задовольнятися ряд умов:
вимірності: закритерій розвитку може бути прийнятий тільки такий параметр технічного об'єкта,що допускає можливість кількісної оцінки по одній зі шкал вимірів;
порівнянності:критерій розвитку повинен мати таку розмірність, що дозволяє зіставлятитехнічні об'єкти різних часів і країн;
виключення: закритерії розвитку можуть бути прийняті тільки такі параметри технічногооб'єкта, які в першу чергу характеризують його ефективність і впливають;
мінімальності йнезалежності: вся сукупність критеріїв розвитку повинна містити тільки такікритерії, які не можуть бути логічно виведені з інших критеріїв і не можутьбути їхнім прямим наслідком.
Оцінка технічногорівня і якості виробу здійснюється шляхом порівняльного (порівняльного) аналізув наступному порядку:
вибираєтьсябазовий виріб (ідеальний варіант, аналог або прототип);
виявляютьсячисельні значення основних техніко-екологічних показників оцінюваного йбазового виробів:
розраховуютьсярівні відносних показників технічного рівня і якості;
розраховуєтьсявеличина узагальнених показників технічного рівня і якості виробів.
Слід зазначити,що головна умова порівняння оцінюваного й базового виробу — порівнянністьелементів виробів, ідентичність функціонального призначення.
Як базовий вирібдля зіставлення вибирають найкращий, реальний зразок даного виду й типорозмірувиробів, наявний у світовій практиці. Він може бути як вітчизняним, так ізакордонним і йменується аналогом. Іноді при рішенні завдань по модернізаціївиробів даного виду як базовий виріб приймають вироби-прототип, щовдосконалюється шляхом усунення наявних недоліків.
В окремихвипадках як базовий виріб може бути прийняте встаткування майбутнього — ідеальний варіант. Показники, що характеризують ідеальний варіант по технічномурівні і якості, розраховуються, виходячи із законів розвитку техніки даноговиду за критеріями розвитку.
При оцінцітехнічного рівня і якості виробів значення основного розмірного параметра(продуктивність, робоча поверхня, корисний обсяг і т.д.) не повиннівідрізнятися від такого для базового виробу більш ніж на 20%. 2.2 Розрахунок
Таблиця 1.Технічні характеристикиРік Найбільше число зубів Найбільша ширина зубчастого вінця, мм Найбільший модуль коліс, що нарізується, мм Число подвійних ходів повзуну (різця, супорта) у хвилину 1969 200 80 8 76-450 1975 100 150 16 30-307 1980 200 80 10 76-450 1985 300 270 30 17-127 1989 100 18 2.5 100-810 1990 200 80 10 48-400 2000 100 150 16 34-167 2004 300 270 30 17-127
Таблиця 2.Рік Потужність електродвигуна, кВт Вага, кг Габаритні розміри, мм Довжина ширина Висота 1969 5,35 7400 2200 1600 1600 1975 6 12200 2700 2270 1950 1980 5,9 8700 2200 1600 1600 1985 5,35 19000 3725 2920 2405 1989 7,5 2460 1690 930 1200 1990 12 8750 2885 1980 2570 2000 12 15100 3235 2530 2200 2004 13 19000 3785 2780 2405
Аналізуючипредставлені дані, можна скласти номенклатуру критеріїв розвитку зубостругальнихверстатів. Зробимо розрахунок досліджуваних критеріїв, результати обчисленьяких представлені в таблиці 2.
1. Питомаматеріалоємність.
Км = М/ N
де: Км — питома матеріалоємність. (кг / мм)
М — маса (кг)
N — величинаголовного параметра (мм).
2. Питомаенергоємність.
Еу = P/ N
де: Еу — питомаенергоємність (кВт/м);
P — потужність(кВт);
N — величинаголовного параметра (м).
3. Питома площа,займана верстатом.
Sy = S/ En/>
де: Sy — питома площа займана Т.о. (м2/ м)
S — площа займанаверстатом (м2)
En — одиниця головного параметра (м)
4. Одиницяпотужності електродвигуна, що доводиться на одиницю маси верстата.
Таблиця 2.Критерії розвитку. Рік Питома матеріалоємність, кг/мм Питома енергоємність, квт/м Одиниця потужності на одиницю маси, Вт/кг
Питома займана площа, м2/м 1969 120 66,9 0,72 80 1975 81,3 71,3 0,88 40,86 1980 108,8 66,5 0,6 44 1985 70,4 48 0,54 40,29 1989 136,7 89 4,47 87,3 1990 109,4 59 1,37 71,4 1994 100,7 70 0,79 54,6 1995 70,4 48 0,68 38,9 2005 90 60 1,9 53 2.3 Визначення зміни критеріїв
З огляду на змінузначень питомої енергоємності верстата, можна простежити тенденцію зниженняданого параметра. За допомогою методу апроксимації можна зробити прогноз на2005 рік, значення параметра складе 60 кВт/м.
За допомогоюметоду апроксимації тенденцій знаходимо рівень критерію в 2005 році. З певноючасткою ймовірності ми можемо затверджувати, що значення критерію знизиться йскладе 90 кг/мм.
Отримана кривасвідчить проочевидний ріст одиниці потужності, що доводиться на одиницю маси зубостругальноговерстата. Вдаючись до допомоги методу апроксимації, можна припустити можливезначення даного параметра в 2005 році, що складе 1,9 Вт/кг.
Ріст потужності
/>
За допомогоюметоду апроксимації тенденцій знаходимо рівень критерію в 2005 році. З певноючасткою ймовірності ми можемо затверджувати, що значення критерію знизиться йскладе 53 м2/м.
3. Перспективи подальшого розвитку верстатноговстаткування
B останні рокивелика увага приділяється високошвидкісній обробці здійснюваної зі швидкістюрізання приблизно на порядок вище традиційно застосовуваної. Привисокошвидкісній обробці продуктивність на 40% вище, а трудомісткість на 30%нижче, ніж при звичайній обробці різанням. Крім того, для високошвидкісноїобробки характерні малі величини сил різання до ступінь нагрівання обробленоїповерхні, тому що майже вся теплота приділяється стружкою.
У цей часвисокошвидкісній обробці вже можуть піддаватися заготівлі з найпоширенішихконструкційних матеріалів. Однак для широкого впровадження високошвидкісноїобробки в машинобудівне виробництво необхідно вирішити досить складні технічніпроблеми. Поряд з оптимізацією матеріалу, геометричних параметрів і конструкціїрізального інструменту, а також режимів різання, до числа таких проблем,зв'язаних властиво з верстатами, ставляться наступні.
1. Розробкавузлів і механізмів верстата, здатних надійно забезпечувати високі швидкостіробочих рухів. У першу чергу це ставиться до шпиндельних вузлів.
2. Підвищеннядинамічних характеристик верстатів і виключення їхніх теплових деформацій.Високі швидкості робочих рухів верстатів приводять до того, що багато вузлів імеханізми здатні стати потужними джерелами вібрацій і теплового випромінювання.Так, у шпиндельних вузлах 30-40% потужності привода головного рухуперетворюється в теплоту. Крім того, при пуску механізми подач можутьвипробовувати прискорення до 5 м/с3, що викликає в приводахінтенсивні перехідні процеси.
3. Створеннянадійних засобів контролю стану різального інструменту й якості обробки ізвключенням їх у систему ЧПУ верстата.
4. Оснащенняверстатів пристроями для зміни інструмента й заготівель, а також пристроями длявидалення стружки.
5. Підвищеннявимог по техніці безпеки, що виключають травмування обслуговуючого персоналу доушкодження верстата стружкою, що летить, осколками різального інструменту йт.п.
Перехід відтрадиційної обробки до високошвидкісного вимагає зміни конструкції багатьохкутів, механізмів до систем верстата.
Висновок
У своїй курсовійроботі я розробила номенклатуру критеріїв розвитку для зубостругальнихверстатів для виготовлення конічних коліс, взявши за основу який-небудь одинграничний розмір колеса, що нарізується. Проаналізувала динаміку цих критеріївпо роках випуску верстатів. З'ясувала, за рахунок яких факторів відбулася зміназначень критеріїв. Дала схему верстата, описала його пристрій, принцип роботи.Проаналізувала залежність питомих показників (питомої енергоємності,матеріалоємності) від розмірів верстата.
Література
1. Половинкин О.І. Основи інженерної творчості. – К.,2003
2. Великий В.Г. Технічний рівень машин і апаратів:шляхи його підвищення. – К., 1991
3. Могунов В.И. Металорізальні верстати. Короткийдовідник. – К., 2001
4. Номенклатурний довідник. Універсальніметалорізальні верстати, що випускаються підприємствами. – К., 2000
5. Номенклатурний довідник. Універсальніметалорізальні верстати, що випускаються підприємствами. – К., 1997
6. Шматков В.В., Ничков О.Г. Верстати. – К., 2000
7. Налчан А.Г. Металорізальні верстати. – К., 1999
8. Смирнов О.І. Перспективи технологіїмашинобудування. – К., 2000