Конструювання фрезерної головки спеціального фрезерно-центрувального верстата для торцювання циліндричних заготованок

Abstract

У ході виконання роботи проведено комплексний силово-технологічний аналіз умов фрезерування заготовок у діапазоні діаметрів від 20 до 125 мм для чотирьох структурних груп матеріалів: нелегованої Сталі 45 (197 HB), легованої Сталі 40ХН (210–240 HB), сірого чавуну EN-GJL (180–210 HB) та високоміцної азотованої сталі 34CrAlMo5-10. На основі режимів різання прогресивних насадних фрез TaeguTec Ø90...160 мм (зі сплавами TT7515, TT8625, TT9080) обґрунтовано пікові експлуатаційні навантаження (сила різання 𝑃𝑧=4754,4 Н, крутний момент шпинделя 𝑀кр=296,7 Н. Виконано геометричний та кінематичний синтез 3-ступеневої коробки швидкостей зі знаменником ряду φ=1,41 (ряд R10). Спроєктовано уніфіковану 9-швидкісну гітару змінних коліс, перекриваючи діапазон частот шпинделя від 78,7 до 1114,0 об/хв. Розраховано параметри вхідного конічного ступеня та вихідної циліндричної пари. Запропоновано дві альтернативні концепції модернізації приводу: модульну енергоефективну на базі двигуна АИР112М4 (5,5 кВт) із розробленням перехідного фланця-адаптера та ступінчастого перехідного вала з внутрішньою та зовнішньою циліндричними поверхнями з'єднання Ø28/Ø32 мм; а також максимальну силову на базі двигуна АИР132М4 (11 кВт) прямого монтажу без додаткових фланців, здатну короткочасно реалізувати момент до 1144,7 Н·м на шпинделі у повторно-короткочасному режимі S1. Проведено аналіз динамічної стійкості системи на частоті 125 Гц та доведено ефективність гасіння вібрацій за рахунок асиметричного кроку зубів фрез 𝑧=10…12 та жорсткості станини масою 6,5 т. В розділі з безпеки життєдіяльності та основ охорони праці висвтлюються питання техніки безпеки при роботі на фрезерно-центрувальному автоматі та вплив на екологію.

The paper analyzes the existing designs of drives of these cylindrical grinding machines. The feasibility of modernization by replacing the hydraulic drive with an electromechanical one with a planetary gearbox is substantiated. The kinematic calculation of the 2K-H planetary gearbox scheme is performed: gear ratio i=10, number of teeth z₁=18, z₂=72, z₃=162, number of satellites k=3, efficiency η = 0.987. The force and geometric calculation of the gears was performed: module m\ =1.5\ mm, crown width b=20 mm, materials Steel 20KhN2M and Steel 40KhN. Contact strength reserve S_H=4.41, bending strength S_F=3.55. The calculation of shafts, bearings and keyed joints was performed. The service life of the satellite bearings is 85,400 hours. The design of the gearbox was developed: outer diameter of the housing 270 mm, total length 165 mm, weight ~12 kg, angular backlash ≤ 5 arc minutes. The technological process for manufacturing the satellite axis, gear shaft and gearbox housing, and the assembly technological map were developed. An analysis of working conditions was conducted and occupational safety measures were developed in accordance with the requirements of DSTU EN 352-1:2018, DSTU EN 166:2017 and DSN 3.3.6.037-99. The results of the work can be used in the modernization of 3M151 machines and similar equipment at machine-building enterprises of Ukraine.