Проектирование и расчет коробки скоростей вертикально-фрезерного станка 6С12

http://www.ce-studbaza.ru/werk.php?id=9240

5
Дано: Станок консольно-фрезерный 6С12.
Обрабатываемые материалы: сталь, чугун, цветные металлы.
Инструментальный материал: твердый сплав, быстрорежущая сталь.
Фреза: Концевая мм., мм.
Торцевая мм., мм.

1. Расчёт коробки скоростей

1.1 Расчет режимов резания.
Скорость резания равна окружной скорости фрезы:

где t-глубина резания,
B-ширина резания,
D-диаметр фрезы,
z-количество зубьев фрезы,
T-период стойкости
SZ -подача на зуб,
CV – коэффициент,
q, m, x, y, u, p – показатели степени,
KV – поправочный коэффициент,

KМV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала,
KПV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки,
KИV – коэффициент, учитывающий износ инструментального материала.
Для концевой фрезы при D=16 z=4, при D=63 z=8;
Для торцевой фрезы при D=100 z=10, при D=280 z=28.

Обработка сталей

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое фрезерование
12Х18Н9Т
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 1,19 22,5 0,35 0,21 0,48 0,03 0,1 0,27 0,15 3 34



№ докум. Подп. Дата
Баранов
Ставыщенко



6
Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое фрезерование
12Х18Н9Т
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 1,19 22,5 0,35 0,21 0,48 0,03 0,1 0,27 0,01 1 160

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование
12Х18Н9Т
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 1,19 22,5 0,35 0,21 0,48 0,03 0,1 0,27 0,15 8 44

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование
12Х18Н9Т
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 1,19 22,5 0,35 0,21 0,48 0,03 0,1 0,27 0,05 5 52

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 1,19 46,7 0,45 0,5 0,5 0,1 0,1 0,33 0,12 3 60

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 1,19 46,7 0,45 0,5 0,5 0,1 0,1 0,33 0,05 3 82



№ докум Подп. Дата
7

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 1,19 46,7 0,45 0,5 0,5 0,1 0,1 0,33 0,1 8 40

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 1,19 46,7 0,45 0,5 0,5 0,1 0,1 0,33 0,04 5 69

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Т15К6

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 1,19 234 0,44 0,24 0,26 0,1 0,13 0,37 0,038 0,5 363

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Т15К6

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 1,19 234 0,44 0,24 0,26 0,1 0,13 0,37 0,08 40 105

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,9 332 0,2 0,1 0,4 0,2 0 0,2 0,04 0,5 140



№ докум Подп. Дата
8

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,9 332 0,2 0,1 0,4 0,2 0 0,2 0,04 0,5 581

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,9 332 0,2 0,1 0,4 0,2 0 0,2 0,18 3 203

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Конструкционная углеродистая сталь
МПа

Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,9 332 0,2 0,1 0,4 0,2 0 0,2 0,18 3 193

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование
12Х18Н9Т
Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,9 108 0,2 0,06 0,3 0,2 0 0,32 0,04 0,5 64

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование
12Х18Н9Т
Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,9 108 0,2 0,06 0,3 0,2 0 0,32 0,04 0,5 67



№ докум Подп. Дата
9

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование
12Х18Н9Т
Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,9 108 0,2 0,06 0,3 0,2 0 0,32 0,24 3 28

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование
12Х18Н9Т
Т15К6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,9 108 0,2 0,06 0,3 0,2 0 0,32 0,24 3 26


Обработка чугунов

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,8 445 0,2 0,15 0,32 0,2 0 0,32 0,04 0,5 226

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,8 445 0,2 0,15 0,32 0,2 0 0,32 0,014 0,5 285

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,8 445 0,2 0,15 0,32 0,2 0 0,32 0,19 3 105



№ докум Подп. Дата
10

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,8 445 0,2 0,15 0,32 0,2 0 0,32 0,19 3 96

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,8 994 0,22 0,17 0,1 0,22 0 0,33 0,04 0,5 251

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,8 994 0,22 0,17 0,1 0,22 0 0,33 0,014 0,5 246

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
100 180 67 0,8 994 0,22 0,17 0,1 0,22 0 0,33 0,19 3 153

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
ВК6

Торцевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
280 240 187 0,8 994 0,22 0,17 0,1 0,22 0 0,33 0,19 3 139



№ докум Подп. Дата
11

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 0,8 72 0,7 0,5 0,2 0,3 0,3 0,25 0,03 3 50

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 0,8 72 0,7 0,5 0,2 0,3 0,3 0,25 0,03 3 58

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Серый чугун
НВ 190
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 0,8 72 0,7 0,5 0,2 0,3 0,3 0,25 0,1 6 30

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
Фрезерование Серый чугун
НВ 190
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 0,8 72 0,7 0,5 0,2 0,3 0,3 0,25 0,1 6 34

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 0,8 68,5 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,03 3 44



№ докум Подп. Дата
12

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 0,8 68,5 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,03 3 51

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 0,8 68,5 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,1 6 28

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Ковкий чугун
НВ 150
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 0,8 68,5 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,1 6 33


Обработка медных сплавов

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Медные сплавы твердостью
НВ 100-140
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 0,8 103 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,03 3 75

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Чистовое
фрезерование Медные сплавы твердостью
НВ 100-140
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 0,8 103 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,03 3 86



№ докум Подп. Дата
13

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Медные сплавы твердостью
НВ 100-140
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
16 80 10,6 0,8 103 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,1 6 48

Вид обработки Обрабатываемый материал Металл режущей части Тип инструмента
Черновое
фрезерование Медные сплавы твердостью
НВ 100-140
Р6М5

Концевая фреза
D
мм T
мин B
мм KV CV q x y U p m SZ
об/зуб t
мм V
м/мин
63 180 42 0,8 103 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 0,1 6 56

Ряд чисел оборотов n об/мин

min 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
30 76 89 109 158 167 171 172 202 204 219 222 258
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
280 283 293 318 324 334 435 446 487 531 557 597 646
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 max
660 719 799 875 955 995 1035 1373 1492 1631 1703 1834



1.2 Выбор типа электродвигателя.
- самая большая мощность требуемая при обработке.

Н.

кВт.
СТ = 1m12m23m3 ... nmnK =рем1зуб5подш5K =0,980,9850,9850,85 =0,7;
где СТ – КПД станка; 1m12m23m3 ... nmn – КПД различных звеньев;
m – количество звеньев передач данного вида;
K – коэффициент учитывающий расход мощности на подачу;
Что бы обеспечить необходимый запас прочности умножим NД1,15 N* = 7.064кВт;



№ докум Подп. Дата
14
Назначаем электродвигатель 132S4 мощностью NД = 7.5 кВт и n = 1460 об/мин;
nmin - принимаем равное 30 об/мин.

1.3 Кинематический синтез коробки скоростей.
;
где - диапазон регулирования частоты оборотов выходного вала


где - число ступеней коробки скоростей;
- знаменатель геометрического ряда ступеней частоты оборотов выходного вала.
Принимаем = 1,26; т.к. станок средних размеров;

РО - число передач в основной группе;
Р1,Р2 и Р3 - число передач в 1-ой, 2-ой и З-ей переборных группах;
24 = 3*2*2*2; т.к. нам нужно всего 19 скоростей и х = 9 для = 1,26 =>
х = 1 3 6 12;
х’ = 1 3 6 7; (убираем 5 скорости из последней переборной группы)
что удовлетворяет условию конструируимости коробки скоростей;



№ докум Подп. Дата
15
1.4 Построение структурной сетки.


1.5 Построение графика чисел оборотов.





№ докум Подп. Дата
16
1.6 Подбор чисел зубьев.


принимаем
т.к.

Расчет числа зубьев шестерен 1-ой переборной группы:
принимаем

Расчет числа зубьев шестерен 2-ой переборной группы:
принимаем
т.к. Z11+ Z12 = Z13+ Z14=120; => Z13=74; Z14=46
Расчет числа зубьев шестерен 3-ой переборной группы:
принимаем Z15 = 32 => Z16 = 128;



№ докум Подп. Дата
17
т.к Z15+ Z16 = Z17+ Z18 = 160; => Z17 = 89; Z18 = 71;
1.7 Определение моментов на валах.
7,5 кВт





Вт



Вт



Вт



Вт



Вт

1.8 Определение модуля зубчатых колёс.








№ докум Подп. Дата
18
мм
мм
мм
мм
Примем стандартный модуль для всех передач коробки скоростей мм.

1.9 Расчет диаметров валов.

МПа – допускаемые напряжения при кручении, для стали 40Х (ТО – закалка ТВЧ)
мм
мм
мм
мм

1.10 Расчет диаметров колес.


































































№ докум Подп. Дата
19













1.11 Расчет межосевых расстояний.

мм
мм
мм
мм

1.12 Расчет ширины венца колес.

- для коробок скоростей.
мм принимаем мм
мм принимаем мм
мм принимаем мм
мм принимаем мм

1.13 Проверка шпоночных соединений на прочность.
Проверяем на смятие шпоночное соединение ступицы колеса на пятом валу.
Исходные данные:
– диаметр вала
b  h = 6  6 – сечение шпонки
l = 16 рабочая длина шпонки
t1 = 3,5 – глубина паза по ГОСТ 23360 – 78
количество шпонок-1шт
Момент на валу: М = 2093 Нмм
Материал шпонки: сталь 40ХНГ нормализованная.
Напряжение смятия и условие прочности определяется по формуле:





Допускаемое напряжение смятия:




№ докум Подп. Дата
20
Условие выполнено:


Напряжение среза



Допускаемое напряжение среза [τ] = 50МПа
Условие выполнено:
τ < [τ]

1.14 Проверка шлицевых соединений на прочность


0,75 – введен для учета неравномерности расположения давления



1.15 Расчет долговечности подшипников.
Проверяем роликовый конический подшипник на шпинделе.
Номинальная долговечность подшипника в миллионах оборотов:



р = 3 – степенной показатель для роликовых подшипников.
С – динамическая грузоподъемность, кГс.
Р – эквивалентная динамическая нагрузка.
Долговечность в часах:


n – частота вращения подшипника, об/мин.
P = (XVPr + YPa)·K·KT ,где
X = 1; Y = 0; V = 1; K = 1; KT = 1;



№ докум Подп. Дата
21
кН; Pa =0 кН

Для 5 вала
C = 28,1 кН;
Co = 14,6 кН;
d = 30 мм;
D = 72 мм;
B =19 мм;
кН

ч