Разработка конструкции главного привода токарного станка с ЧПУ с автономной шпиндельной бабкой

Белорусский национальный технический университет
Кафедра "Металлорежущие станки и инструменты"
Курсовая работа по дисциплине "Технологическое оборудование"
На тему: "Разработка конструкции главного привода токарного станка с ЧПУ с автономной шпиндельной бабкой"
Минск 2019

Исходные данные: эффективная мощность резания - 11 кВт; частота вращения электродвигателя - 4500 об/мин; максимальная частота вращения шпинделя - 3150 об/мин; минимальная частота вращения шпинделя - 100 об/мин; номинальная частота вращения шпинделя - 1000 об/мин; число ступеней - 3; станок-прототип - Ocuma серии LU
Целью данного курсового проектирования является разработка конструкции главного привода токарного станка с ЧПУ с автономной шпиндельной бабкой.
В работе описывается особенности компоновки токарного станка-прототипа. Выполняется определение мощности главного привода и выбор двигателя, кинематический расчет главного привода, кинематической схемы проектируемого главного привода токарного станка в двух проекциях c ее описанием и его уравнение кинематического баланса токарного станка. Расчет крутящих моментов на валах и шпинделе. Проектный расчет зубчатых передач, валов и шпинделя. Выбор патентной конструкции шпиндельного узла. Расчетная схема действующих нагрузок на валы. Расчетная схема и расчет нагрузок на шпиндель. Расчет шпиндельного узла на жесткость. Регулирование натяга подшипников шпиндельных опор и смазывание опор. Механизмы переключения частот вращения шпинделя. Обоснование технических требований. Технико-экономические показатели.

Содержание
Аннотация 2
1 Описание кинематической схемы токарного станка-прототипа 5
1.1 Цепь главного движения вращения заготовки (В1) 6
1.2 Цепь полярной координаты шпинделя (В2) 7
1.3 Цепь продольной подачи верхней каретки (П3) 7
1.4 Цепь продольной подачи нижней каретки (П4) 7
1.5 Цепь поперечной подачи верхнего суппорта (П5) 7
1.5 Цепь поперечной подачи нижнего суппорта (П5) 8
2 Определение мощности главного привода и выбор двигателя 9
3 Кинематический расчет главного привода 10
3.1 Расчёт диапазона регулирования частот вращения шпинделя 10
3.2 Расчет диапазона регулирования частот вращения электродвигателя при постоянной мощности 10
3.3 Определение расчетной частоты вращения шпинделя 10
3.4 Округление расчетной частоты вращения шпинделя до стандартного 10
3.5 Определение диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянной мощности 10
3.6 Расчет диапазона регулирования частот вращения коробки скоростей 11
3.7 Определение знаменателя геометрического ряда частот вращения шпинделя коробки скоростей 11
3.8 Округления знаменателя геометрического ряда частот вращения шпинделя до стандартного значения 11
3.9 Определение фактического диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянной мощности 11
3.10 Определение фактической расчетной частоты вращения шпинделя 11
3.11 Округление фактической расчетной частоты вращения шпинделя до стандартного значения 12
3.12 Определение диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянном моменте 12
3.13 Определение минимальной частоты вращения электродвигателя 12
3.14 Округление минимальной частоты вращения электродвигателя до стандартного значения 12
3.15 Определение фактического диапазона регулирования частот вращения шпинделя при постоянном моменте 13
3.16 Определение фактического диапазона регулирования частот вращения шпинделя 13
3.17 Определение фактической минимальной частоты вращения шпинделя 13
3.18 Округление фактической минимальной частоты вращения шпинделя до стандартного значения 13
3.19 Определение числа делений, изображающих минимальную, номинальую и максимальную частоту вращения электродвигателя 14
3.20 Определение числа делений, изображающих знаменатель геометрического ряда частот вращения коробки скоростей φм 14
3.21 Оптимизация структурной формулы 14
3.22 Построение графика частот вращения главного привода 14
3.23 Расчет передаточных отношений и передаточных чисел передач 16
3.24 Подбор чисел зубьев зубчатых колес привода 16
4 Кинематическая схема проектируемого главного привода токарного станка в двух проекциях с её описанием и уравнением кинематического баланса 17
5 Расчет крутящих моментов на валах и шпинделе 18
5.1 Расчет крутящего момента на валу электродвигателя 18
5.2 Расчет крутящего момента на валах привода 18
5.2.1 Расчет крутящего момента на первом валу привода 18
5.2.2 Расчет крутящего момента на втором валу привода 18
5.2.3 Расчет крутящего момента на третьем валу привода 19
5.3 Расчет крутящего момента на шпинделе 19
6 Проектный расчет ременных и зубчатых передач 20
6.1 Расчет цилиндрической косозубой постоянной передачи z1-z2 20
6.1.1 Исходные данные 20
6.1.2 Выбор материала зубчатых колес и вида термической обработки 20
6.1.3 Проектный расчет косозубой постоянной передачи z1-z2 на контактную выносливость зубьев 20
6.1.4 Проектный расчет прямозубой постоянной передачи z1-z2 на выносливость при изгибе 21
6.1.5 Определение модуля прямозубой постоянной передачи z1-z2 21
6.1.6 Коррекционный расчет косозубой передачи z1-z2 21
6.1.7 Расчет геометрических параметров косозубой постоянной передачи 22
6.2 Проектный расчет цилиндрических прямозубой передачи z3-z4 и косозубой передачи z5-z6 групповых передач 23
6.2.1 Исходные данные 23
6.2.2 Выбор материала зубчатых колес и вида термической обработки 23
6.2.3 Проектный расчет прямозубой передачи z3-z4 групповой передачи на контактную выносливость зубьев 23
6.2.4 Проектный расчет прямозубой передачи z3-z4 групповой передачи на выносливость при изгибе 24
6.2.5 Определение модуля прямозубой передачи z3-z4 групповой передачи 25
6.1.6 Коррекционный расчет косозубой передачи z5-z6 25
6.2.7 Расчет геометрических параметров прямозубой передачи z3-z4 и косозубой передачи z5-z6 групповых передач 25
6.3 Расчет поликлиновой ременной передачи главного привода 26
6.3.1 Исходные данные 26
6.3.2 Определения сечения ремня по расчетному моменту 26
6.3.3 Расчет оптимального диаметра меньшего шкива 27
6.3.4 Расчет оптимального диаметра большего шкива 27
6.3.5 Расчет максимальной скорости ремня 27
6.3.6 Расчет межосевого расстояния ременной передачи 27
6.3.7 Расчет длины ремня 27
6.3.8 Расчет межосевого расстояния при выбранной длине ремня 28
6.3.9 Расчет угла обхвата 28
6.3.10 Определение мощности, передаваемой одним ремнем 28
6.3.11 Определения числа ремней 28
6.3.12 Расчет силы предварительного натяжения ремней 29
6.3.13 Расчет силы, действующей на валы 29
7 Проектный расчет валов и шпинделя 30
7.1 Проектный расчет диаметров первого вала 30
7.2 Проектный расчет второго вала 30
7.3 Проектный расчет третьего вала 31
7.4 Расчет геометрических параметров шпинделя 31
8 Выбор патентной конструкции шпиндельного узла 33
8.1 Патенто-информационный поиск 33
9 Эскизная компоновка привода 34
10 Расчетная схема действующих нагрузок на валы 35
11 Расчетная схема и расчет нагрузок на шпиндель 37
11.1 Составление расчетной схемы нагрузок на шпиндель и определение составляющих сил резания РZ и Py 37
11.2 Определение сил, действующих в шкиве привода шпинделя 38
12 Расчет шпиндельного узла на жесткость 39
12.1 Составление расчетной схемы шпинделя на жесткость 39
Рис. 12.1 – Расчетная схема шпинделя на жесткость 39
12.2 Определение упругого перемещения переднего конца шпинделя 39
12.3 Определение угла поворота шпинделя в передней опоре 44
12.4 Сопоставление полученных и допускаемых значений δ и θ 45
13 Регулирование натяга подшипников шпиндельных опор 46
14 Смазывание шпиндельных опор 48
16 Обоснование технический требований 50
16.1 Требования, определяющие качество и точность изготовление 50
16.2 Требование к точности монтажа изделия 50
16.3 Требование к настройке и регулирование изделия 51
16.4 Прочие технические требование к качеству изделия 51
16.5 Условия и методы испытания 51
16.6 Требования смазыванию изделия 51
16.7 Требования по эксплуатации изделия 52
17 Технико-экономические показатели 53
17.1 Основные показатели экономического обоснования проекта 53
17.2 Методика оценки проекта инновационного оборудования 53
17.3 Основные технико-экономические показатели проекта 56
18 Охрана труда 57
18.1 Общие требования безопасности 57
18.2 Требования безопасности перед началом работы 57
18.3 Требования безопасности во время работы 57
18.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях 58
18.5 Требования безопасности по окончании работы 58
Литература 59