Проектирование токарного станка с числовым программным управлением повышенной точности

Важнейшим достижением научно-технического прогресса является комплексная автоматизация промышленного производства. В своей высшей форме — гибком автоматизированном производстве — автоматизация предполагает функционирование многочисленных взаимосвязанных технических средств на основе программного управления и групповой автоматизации производства. В связи с созданием и использованием гибких производственных комплексов механической обработки резанием особое значение приобретают станки с числовым программным управлением (ЧПУ).

В результате замены универсального неавтоматизированного оборудования станками с ЧПУ трудоемкость изготовления деталей оказалось возможным сократить в несколько раз (до 5 — в зависимости от вида обработки и конструктивных особенностей обрабатываемых заготовок).

В условиях мелкосерийного производства обычно применяются заготовки низкой точности, получаемые литьем в землю, свободной ковкой, из проката. Для эффективного использования станков с ЧПУ при получении деталей с высокими требованиями к их точности и шероховатости необходимо создавать станки высокой точности и шероховатости.

При проектировании станков с ЧПУ конструкторы решают задачи достижения максимальной производительности, высокой точности и надежности. Наибольшее влияние на особенности конструктивного исполнения станков оказывают те решения, которые направлены на повышение производительности за счет сокращения всех составляющих затрат рабочего времени: вспомогательного, основного, подготовительно-заключительного и времени обслуживания рабочего места.

Сокращение времени, которое затрачивается на установку, закрепление заготовки, снятие обработанной детали может быть достигнуто тремя способами:

— использованием быстродействующей оснастки;

— созданием удобных условий загрузки станка;

— совмещением времени обработки со временем загрузки-разгрузки.

Сокращение времени холостых действий явилось следствием решения многих сложных конструктивных задач. В современных танках скорость перемещения рабочих органов доведена до 10−12 м/мин. Одновременно в приводах подач расширен диапазон регулирования, возросла способность работать с перегрузками, сокращено время разгона и торможения.

Основное (машинное) время может быть сокращено, если на станке выполняют резание высоким и оптимальным режимами (скоростью резания, глубиной, подачей).

Станок для реализации такого резания должен иметь высокие силовые и скоростные характеристики привода главного движения; высокие жесткость и виброустойчивость; способность изменять по программе в широких пределах, лучше всего бесступенчато, скорость шпинделя и подачу. Точность станков повышают в результате специальных конструктивных решений и более точного исполнения механической части станка. В наивысшей степени достижению точности способствует оснащение станков устройствами обратной связи.

Ряд характерных черт в конструкции станков с ЧПУ (повышенная жесткость, отсутствие зазоров в кинематических цепях, трогание рабочих узлов с места, равномерность медленных перемещений) достигается благодаря особому исполнению шпиндельных узлов, направляющих исполнительных устройств, приводов подач, соединительных муфт. Широко применяются такие механизмы как гидростатические узлы: гидростатические направляющие, гидростатические опоры шпинделя, гидростатические пары винт-гайка.

Применение данных узлов позволяет существенно повысить точность станка, его долговечность и надежность. Это происходит за счет того, что в гидростатических узлах практически отсутствует трение, а значит и износ. Плавность перемещения узлов существенно повышается за счет отсутствия в гидростатических узлах трения покоя. Гидростатические опоры шпинделя позволяют снизить отклонения поверхностей изготавливаемых деталей от круглости, прямолинейности, соосности и т. д.

Данный дипломный проект ставит своей целью проектирование токарного станка с ЧПУ повышенной точности с гидростатическими опорами шпинделя.

1. Технологическая часть

1.1 Характеристика заготовки

Рис. 1. Заготовка Заготовкой для муфты является трубный прокат. Материал заготовки — Сталь 30ХГСА — легированная хромомартанцовистокремнивая. Ее характеристики:

Обрабатываемая деталь относится к телам вращения. Поверхность резьбы должна быть гладкой без заусенцев, рванин и других дефектов, нарушающих непрерывность резьбы и прочность соединения.

Эти требования обеспечиваются применением качественного инструмента, оптимальных режимов обработки и охлаждающей жидкости, а так же качественной заготовкой.

1.2 Характеристика детали

Обрабатываемая на данном станке деталь достаточно технологична:

1. обеспечена возможность нормального входа и выхода режущего инструмента из зоны резания, что предохраняет инструмент от поломки и 2. повышает производительность;

3. возможность хорошего визуального контроля и технических измерений в процессе обработки;

4. резьба выполняется на внутренней поверхности;

5. все обрабатываемые поверхности находятся в легкодоступных местах.

Расчет режимов резания

При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Элементы режима резания обычно устанавливают в порядке, указанном ниже:

1) Глубина резания t: при черновой (предварительной) обработке назначают по возможности максимальную глубину, равную всему припуску на обработку или большей его части; при чистовой (окончательной) обработке — в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности;

2) Подача S: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке — в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности;

3) Скорость резания V рассчитывают по эмпирическим формулам, параметры которых устанавливаются в зависимости от конкретного вида обработки;

4) Под силой резания пронимают ее составляющие Pz, Px, Py.

Расчет Расчет ведем по [20, стр246].

Определяем скорость резания

[м/мин],

где , — коэффициент обрабатываемости стали, МПа, n_м, K_пv — коэффициент учитывающий влияние материала заготовки; K_иv — коэффициент учитывающий влияние материала инструмента; K_v — коэффициент учитывающий влияние углов в плане; K_rv — коэффициент учитывающий влияние радиуса при вершине; C_v — постоянная; m; x; y — показатели степени.

Определяем силы резания

[Н],

где, , МПа, n — показатель степени, K_мp; К_р; К_р; К_р; К_rp — коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания; C_p — постоянная; x; y; n — показатели степени.

[Н],

[Н],

Определяем мощность резания

[кВт].

Основное (технологическое) время обработки детали

;

где L= - расчетная длина рабочего хода инструмента, мм; l - длина обрабатываемой поверхности, мм; - величина врезания инструмента, мм; - величина перебега инструмента, мм; n — частота вращения шпинделя, об/мин; - подача на оборот шпинделя, мм/об; I — число проходов инструмента.

Для расчета была написана программа в Microsoft Excel. Результаты сведены в таблицы.

2 переход: подрезка торца в размер 218 мм.

Исходные данные:

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.

Вид обработки: подрезка торца.

Материал режущей части: Т15К6.

Стойкость инструмента: Т=90 мин.

Таблица 1. Режимы резания (2 переход)

3 переход: черновое растачивание отверстия до 215 мм.

Исходные данные:

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.

Вид обработки: растачивание отверстия.

Материал режущей части: Т15К6.

Стойкость инструмента: Т=90 мин.

Таблица 2. Режимы резания (3 переход)

4 переход: чистовое растачивание отверстия до 217 мм.

Исходные данные:

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.

Вид обработки: растачивание отверстия.

Материал режущей части: Т15К6.

Стойкость инструмента: Т=90 мин.

Таблица 3. Режимы резания (4 переход)

5 переход: черновое нарезание резьбы.

Исходные данные:

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.

Вид обработки: нарезание резьбы.

Материал режущей части: Т15К6.

Стойкость инструмента: Т=90 мин.

Таблица 4. Режимы резания (5 переход)

6 переход: чистовое нарезание резьбы.

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.

Вид обработки: нарезание резьбы.

Материал режущей части: Т15К6.

Стойкость инструмента: Т=90 мин.

Таблица 5. Режимы резания (6 переход)

Затем производится второй установ, и переходы повторяются.

2. Конструкторская часть

2.1 Назначение и область применения, технологические возможности проектируемого оборудования

Специальный токарный станок с ЧПУ, спроектированный на базе станка модели РТ735Ф3 предназначен для обработки деталей трубных соединений, муфт, ниппелей, переходников и переводников. Он может быть использован в серийном производстве в цехах машиностроительных заводов и других отраслях промышленности.

На станке возможны следующие виды обработки: наружное точение, расточка, торцовка, нарезка конической резьбы внутренней и наружной по ГОСТ 631–63; 632−64; 633−63. На станке можно обрабатывать заготовки из проката и штамповки.

Марка материала инструмента Т15К6 (станок предназначен для обработки инструментом фирмы «Coramant»), виды инструмента: пластины, гребенки.

Таблица 6. Режимы резания

Класс точности станка — П по ГОСТ 8–77.

2.2 Описание, назначение и принцип действия основных узлов и механизмов станка

Вращение изделия

От электродвигателя постоянного тока, расположенного с задней стороны бабки изделия, через клиновые ремни и приводной шкив, передающий движение первому валу бабки изделия шпиндель получает вращение.

Станина

Станина станка изготовлена из двух частей. Каждая часть имеет продольные и поперечные ребра, обеспечивающие станине необходимую жесткость.

Верхняя часть крепится к нижней болтами и фиксируется штифтами.

Станина имеет две плоские накладные направляющие прямоугольной формы, между которыми расположен ходовой винт, осуществляющий подачи каретки.

Накладные направляющие изготовлены стальными и закалены.

В нижнем корпусе станины имеется внутренняя емкость, служащая резервуаром для сбора и размещения СОЖ.

С правого торца станины установлен выдвижной транспортер стружки и смонтирована станция подачи охлаждающей жидкости.

Электродвигатель главного привода с подмоторной плитой установлен на фундамент с задней стороны станины. Натяжение ремней осуществляется с помощью специального винта.

Ограждение

Ограждение предназначено для защиты работающих от стружки, брызг охлаждающей жидкости и закрывает вращающиеся части главного привода.

Зона обработки защищена двумя подвижными кожухами, в которых имеются специальные окна для наблюдения за процессом обработки и освещения зоны резания.

На правом подвижном щитке расположен пульт управления, а также имеется специальное окно для механизма загрузки.

Пара винтовая продольных подач

Пара винтовая продольных подач предназначена для продольного перемещения каретки станка и включает в себя шариковую винтовую пару и две опоры. Обе подобны по конструкции и включают в себя корпус, два упорных подшипника, радиальный подшипник, комплект тарельчатых пружин и устройства регулировки натяга тарельчатых пружин.

Применение упорных подшипников в сочетании с устройством предварительной их затяжки обеспечивает получение высокой жесткости опор и винтовой пары в целом.

Левая пара используется для крепления привода продольной передачи.

Конструкция гайки винтовой пары позволяет производить регулировку зазора.

Бабка передняя

Механизм бабки передней предназначен для передачи вращения от двигателя к шпинделю, а также для крепления изделия в патроне.

Корпус бабки установлен на левой головной части станины.

Поворот корпуса осуществляется при помощи установочных распорных винтов, которые установлены в кронштейне, закрепленном на левом торце станины станка.

Выбор необходимых оборотов шпинделя осуществляется автоматически по программе.

Смазка механизмов бабки передней осуществляется от централизованной системы смазки. Масло по трубопроводу поступает к маслораспределителю в корпусе бабки, и далее к точкам смазки и маслоуказателю.

Упоры управления

Упоры управления предназначены для подачи сигналов по пути от подвижных органов станка — каретки и ползушки по координатам Z и X.

В комплект упоров по каждой координате входит планка с пазами, упоры и электропереключатели. По координате Z на станине установлена метрическая линейка, а на каретке — указатель.

По координате X планка с пазами крепится к ползушке, электроконтактный переключатель установлен неподвижно на каретке.

По координате Z линейка с пазами закреплена к станине неподвижно, электороконтактный переключатель перемещается вместе с кареткой.

Для определения положения каретки относительно нулевой точки на планке по координате Z установлен флажок, который замыкает бесконтактный выключатель при переходе нулевой точки вправо. Замкнутый конечный выключатель блокирует кнопку возврата каретки в нулевую точку по оси Z. Для возврата каретки в нулевую точку по оси Z необходимо возвратить ее в ручном режиме в левую зону от упора нулевого положения. После этого можно нажатием кнопки переместить каретку в нулевую точку по оси Z.

Привод поперечных подач

Привод поперечных подач располагается на верхней стенке каретки и включает в себя переходной фланец, соединительную предохранительную муфту и электродвигатель.

Пара винтовая поперечных подач

Пара винтовая поперечных подач (63*10) предназначена для перемещения поперечного верхнего суппорта и базируется в корпусе каретки.

Верхняя опора включает в себя два упорных подшипника, игольчатый подшипник, тарельчатую пружину и устройство регулировки натяга тарельчатой пружины.

Нижняя опора включает один радиальный шарикоподшипник.

Конструкция гайки позволяет производить регулировку зазора в винтовой паре.

На нижнем конце винта имеется квадрат под ключ для вращения винта вручную.

Смазка винтовой пары и ее опор централизованная от станции смазки.

Центратор

Центратор предназначен для центрирования заготовки относительно оси шпинделя и подачи ее в патрон. По окончании обработки центратор захватывает деталь в патроне и подает ее в разгрузочный лоток механизма загрузки.

Центратор содержит корпус, в котором расположен механизм центрирования заготовки.

Центрирование (зажим) производится по внутреннему диаметру заготовки перемещением плунжеров от тарельчатых пружин. Разжим заготовки осуществляется пневмоцилиндром.

Центратор расположен на резцовой головке и работает в автоматическом цикле.

Головка резцовая

На станке установлена 6-и позиционная резцовая головка с осью, перпендикулярной оси шпинделя.

Резцовая головка предназначена для закрепления инструментальных оправок и центратора.

Головка содержит корпус, выполненный в виде полого стакана и промежуточного основания, на котором крепятся и устанавливаются сменные инструментальные оправки, центратор, фиксирующее устройство, механизм поворота и зажимы резцов головки, командоаппарат, электрически связанный с системой управления. Для гашения ударов при повороте и фиксации в головке предусмотрено демпфирующее устройство.

Фиксирующее устройство резцовой головки содержит две полумуфты с круговым зубом.

Одна из полумуфт жестко закреплена на основании, а другая прикреплена к корпусу.

Для предварительной фиксации головка снабжена шестью упорами одностороннего действия.

Механизм поворота смонтирован на центральном валу, жестко связанном со стаканом и основанием. Поворот резцовой головки осуществляется от встроенного электродвигателя через дифференциальный механизм. Зажим головки осуществляется через трапециидальный 3-х заходный винт.

Камандоаппарат головки содержит семь микропереключателей, из которых шесть служат для подачи команды электродвигателю на реверс, а седьмой для контроля зажима головки в необходимый позиции.

Поворот головки из исходного положения в заданное осуществляется посредством включения электродвигателя по программе или переключателем на пульте управления (при настройке).

Движение от электродвигателя через дифференциальный механизм и промежуточные передачи передается винтовой паре механизма зажима. При вращении винтовой пары корпус головки поднимается и расцепляется с полумуфтой сцепления, закрепленной на основании. После расцепления головка поворачивается до заданного положения, контролируемого одним из шести микропереключателей. При срабатывании одного из микропереключателей дается команда на реверс электродвигателя и соответственно корпуса резцовой головки.

Корпус головки поворачивается до жесткого упора и затем зажимается в заданном положении, что контролируется микропереключателем.

Конструкция резцовой головки предусматривает производить настройку, поворот и зажим ее вручную. Для этого на валу дифференциального механизма предусмотрен квадрат под ключ.

В основании головки подается СОЖ, которая через каналы корпус подается в инструментальные блоки и далее на резец в зону резания.

Смазка трущихся поверхностей головки осуществляется консистентной смазкой.

Блоки инструментальные

В комплект инструментальных блоков входят оправки трех наименований:

— оправки расточные;

оправки резьбовые;

оправки торцовые.

Оправки расточные и резьбовые рассчитаны для обработки изделий трех типоразмеров.

Приспособление для выставки инструмента

Приспособление для выставки инструмента выполнено на базе прибора БВ-2010 и предназначено для размерной настройки вне станка режущего инструмента в оправках по заданным размерам в двух горизонтальных координатах.

Выставка режущей кромки инструмента по вертикали осуществляется за счет смещения объектива до резного изображения в приборе.

Приспособление поставляется с подставками для крепления и выставки режущего инструмента.

Каретка

Каретка предназначена для обеспечения перемещения режущего инструмента в продольном и поперечном направлениях. Устанавливается на направляющих станины. Удерживается каретка относительно направляющих планками, прикрепленными к плоскости корпуса каретки.

На верхней части плоскости каретки выполнены две вертикальные направляющие качения под верхний суппорт, которые выполнены в виде накладных стальных закаленных пластинок, жестко прикрепленных к корпусу каретки.

В качестве элементов качения приняты танкетки, две из которых жестко прикреплены к верхнему суппорту, а две другие выполнены подпружинными. Верхний суппорт относительно направляющих удерживается привертными планками.

Защита от попадания стружки и охлаждающей жидкости на направляющие верхнего суппорта обеспечивается щитками, прикрепленными к верхнему торцу верхнего суппорта. Дополнительно на торцах верхнего суппорта установлены войлочные и резиновые уплотнения.

Защита направляющих станины под каретку осуществляется посредством скребков, войлочных и резиновых уплотнений.

Для защиты винта продольной подачи к торцам корпуса каретки прикреплены щитки. Левый щиток заходит под шпиндельную бабку и закрывает винт на всей длине хода каретки.

Смазка направляющих станины под каретку, направляющих под верхний суппорт осуществляется от станции централизованной дозаторной смазки. Для этой цели в корпусе каретки и верхнем суппорте выполнены маслопроводы, соединенные между собой и станцией централизованной смазки гибкими шлангами через дозаторы.

Каретка является несущим узлом для ряда узлов и деталей.

На верхней части каретки смонтированы: коробка конечных переключателей, направляющие под верхний суппорт, винт поперечной подачи, верхний суппорт. На верхнем торце корпуса каретки прикреплен кронштейн электропроводки, механизм поперечной подачи и др.

Нижняя плоскость корпуса каретки слева используется для крепления гайки винта продольной подачи.

Для монтажа электропроводки в корпусе каретки предусмотрены отверстия, пазы и выемки.

На верхнем суппорте смонтированы резцовая головка и поперечные упоры, а так же трубопровод подачи охлаждающей жидкости, смазки, подвод электрики и пневматики.

Привод продольных подач

Привод продольных подач располагается с левого торца станины и крепится к передней опоре винта продольной подачи. Привод включает в себя переходный фланец, соединительную предохранительную муфту и электродвигатель.

Соединительная предохранительная муфта включает в себя две втулки, жестко соединенные соответственно с валом электродвигателя и концом винта, направляющую втулку, два стянутых болтами диска и срезной штифт. Наличие фрикционной связи в сочетании со срезным штифтом, обеспечивает беззазорное сочленение втулок при работе с номинальными нагрузками и отключение привода при больших нагрузках.

Охлаждение

Охлаждение предназначено для подачи охлаждающей жидкости на режущий инструмент в зоне резания и включает в себя гидробак с насосом, механизм подводки к верхнему суппорту каретки и подвижную систему трубопроводов на верхнем суппорте.

Гидробак с насосом располагаются с правого торца станины. Подводка охлаждающей жидкости к каретке и верхнему суппорту осуществляется посредством гибких шлангов, расположенных в защитных кожухах. Подача СОЖ производится к шестипозиционной резцовой головке, и через распределитель в шпиндель передней бабки.

Патрон поворотный

Патрон поворотный предназначен для закрепления заготовки и ее поворота после обработки одного из концов без раскрепления.

По своей конструкции патрон представляет собой стальной цилиндрический корпус с ребрами жесткости и окнами, в котором смонтирована поворотная часть с клиновым механизмом зажима.

Поворотная часть от гидравлических цилиндров при помощи реечного зацепления поворачивается на 180^о.

Механизм зажима заготовки выполнен двухрядным с шестью кулачками в каждом ряду с гидравлическим приводом.

Для зажима заготовок различных диаметров в кулачки патрона устанавливаются сменные вставки.

Работа патрона осуществляется как в автоматическом цикле по заданной программе, так и в ручном с пульта управления.

Электротрубомонтаж

Электротрубомонтаж по станку ведется в нише станины. Электропроводка к каретке осуществляется посредством гибких шлангов.

Пульт ЧПУ устанавливается спереди станка в левой стороне и соединяется со станком гибкими связями, что позволяет устанавливать пульт ЧПУ в зависимости от конкретных условий.

2.3 Техническая характеристика гидрооборудования и системы смазки

Таблица 7. Техническая характеристика

2.4 Техническое описание УЧПУ 2Р22

Назначение

Устройство числового программного управления 2Р22 предназначено для управления металлообрабатывающими станками.

По защищенности от воздействия окружающей среды, устройство предназначено для работы в механических цехах машиностроительных заводов в стационарных условиях.

Технические данные

1. По виду обработки геометрической информации устройство является контурно-позиционным с жёстким заданием алгоритмов управления на базе микро-ЭВМ «Электроника МС 1201.02».

2. Устройство обеспечивает одновременное управление с круговой и линейной интерполяцией по двум координатам,

3. Устройство обеспечивает одновременное управление по трём координатам (тип формообразования определяется программным обеспечением).

4. Устройство обеспечивает нарезание резьбы на конических и цилиндрических поверхностях.

5. Устройство обеспечивает задание следующих режимов работы с клавиатуры пульта управления:

3. автоматический ввод;

4. покадровый ввод;

5. ввод констант;

6. ввод внешних носителей информации;

7. поиск кадра;

8. ручное управление;

9. фиксированное положение;

10. выход в исходное положение;

11. вывод на внешний носитель информации.

3. Устройство обеспечивает ввод информации:

12. с пульта устройства управления;

13. с фотосчитывающего устройства;

14. с кассетного накопителя на магнитной ленте «Искра 005−33» (в дальнейшем КНМЛ);

15. с ЭВМ высшего ранга.

4. Устройство обеспечивает вывод информации:

16. на блок отображения символьной информации (БОСИ);

17. на перфоратор ПЛ-150М;

18. на КНМЛ «Искра 005−33»;

19. на ЭВМ высшего ранга.

5. Устройство обеспечивает выдачу сигналов аналоговых напряжений 10 вольт постоянного тока для управления приводами подачи.

Параметры ЦАП:

20. диапазон преобразований — 10 000;

21. погрешности преобразования в диапазоне от 0 до 1 мВ не более 50%;

22. погрешности преобразования в диапазоне от 1 до 5 мВ не более 10%;

23. погрешности преобразования в диапазоне от 5 до 10 мВ не более 3%.

1) Устройство в зависимости от ПО обеспечивает приём аналоговых сигналов напряжением 10 В постоянного тока для цепи адаптивного управления.

Параметры АЦП:

24. диапазон преобразования 1024;

25. погрешности преобразования в диапазоне от 0 до 78 мВ не более 2%;

26. погрешности преобразования в диапазоне от 78мВ до 10 В не более 4%;

1) Устройство обеспечивает хранение программного обеспечения в репрограмируемом постоянном запоминающем устройстве РПЗУ.

4. Связь устройства со станком кабельная. Длина кабеля не более 30 м.

5. Электрическое питание устройства осуществляется переменным трёхфазным током с напряжением 380 В при отклонении от -15 до +10% и частотой 50 Гц при отклонении от -1 до +1%.

6. Потребляемая устройством мощность не более 0,9 кВ А.

7. Время готовности к работе не более 10 минут.

8. Количество управляемых координат и ЦАП — 4.

9. Количество обменных дискретных сигналов 160.

10. Параметры входных дискретных сигналов:

27. уровень логического нуля от 0 до 2 В;

28. уровень логической единицы от 18 до 24 В;

29. входной ток не более 30 мА.

11. Параметры выходных дискретных сигналов:

30. коммутируемый ток не более 0,2 А;

31. коммутируемое напряжение не более 24 В.

12. Ёмкость памяти ЗУ без сохранения информации при отклонении питания не менее 8 Кбайт. Ёмкость памяти ЗУ с сохранением информации 8 Кбайт. Время сохранения информации 120 п.

13. Програмоносителями являются:

32. восьмидорожковая перфорирования лента;

33. магнитная кассета РК (тип 490) или кассета аналогичного типа.

14. Устройство, обеспечивающее индикацию на БОСИ с информационной ёмкостью 8 или 16 строк по 32 символа следующей информации:

34. технологической программой;

35. размеры инструмента;

36. смещением нуля отчета;

37. текущей координаты;

38. режимов работы;

39. причины останова или сбоя.

15. Максимальное перемещение по координатам: 9999,999 мм.

16. Максимальное смещение нуля отсчёта по каждой координате 9999,999 мм.

17. Коррекция инструмента 9999,999 мм.

18. Максимальный шаг резьбы — 40 мм.

19. Число постоянных установок — 32.

20. ПО устройства обеспечивает выполнение дополнительных функций:

40. возврат на траекторию;

41. цикл разгона и торможения;

42. коррекция рабочих подач;

43. обработку УП с повторением рабочей её части;

44. ввод параметров станка в память;

45. редактирование управляющей программой;

46. режим автоматической компенсации люфта при реверсе;

47. диагностика функциональных узлов;

48. задание величины перемещений в абсолютных и относительных координатах с программированием десятичной точки;

49. задание величины подач в мм/мин или в мм/об, частоту вращения шпинделя в об/мин;

50. дискретность задачи перемещения: 0,001 мм или 0,1 мм;

51. переменную структуру слова, нули в старших разрядах можно опускать;

52. время выдержки непосредственно в десятых долях секунды;

53. отработку постоянных циклов записанных в РПЗУ;

54. реализацию функций электроавтоматики станка.

Канал адаптивного управления

Станки с ЧПУ применяются при производстве деталей небольших серий, когда задача оптимизации процесса обработки не может быть решена на основе предварительной обработки режимов резания с учетом статистических данных. Наиболее целесообразным путем ее решения является применение АС.

В зависимости от условий технологического процесса механической обработки в качестве критерия адаптивного управления могут быть выбраны следующие технологические показатели: заданной точности, шероховатости обработки, качества поверхностного слоя, устойчивости процесса резания (работа без автоколебаний), прочности инструмента (детали), постоянства силовых параметров процесса резания (N, Р и др.).

В зависимости от условий технологического процесса механической обработки в качестве критерия адаптивного управления могут быть выбраны следующие технологические показатели: заданной точности, шероховатости обработки, качества поверхностного слоя, устойчивости процесса резания (работа без автоколебаний), прочности инструмента (детали), постоянства силовых параметров процесса резания (N, Р и др.).

В нашем случае в АС используется принцип поддержания на постоянном уровне силовых параметров — составляющих силы резания. В этих условиях стабилизируется нагрузка на инструмент, улучшаются условия его работы, повышается точность обработки и другие параметры процесса резания.

Для контроля величины составляющих силы резания применяется датчика давления и пульсации давления ЛХ-417 показано на листе 13.

2.5 Техническая характеристика станка

Таблица 8. Техническая характеристика станка

2.6 Эстетика и эргономика

Токарный станок с ЧПУ модели РТ735Ф3 отвечает требованиям эстетики и эргономики. Окраска станка соответствует требованиям психофизиологии зрения и техники безопасности. Зеленый цвет оказывает тонизирующее воздействие, исключает монотонность. Размеры станка рассчитаны на средний рост 165 см, что отвечает физиологическим требованиям человека и комфортным условиям труда. Удобное расположение механизмов управления и сигнализации способствуют повышению производительности труда, безопасности работы на станке. Защитный кожух, закрывающий зону обработки, придает станку большую статичность и улучшает объемно-пространственную структуру станка.

Простота и пропорциональность форм станка обеспечивают удобное обслуживание и экономичность станка.

2.7 Обоснование выбора конструкции проектируемого оборудования

В данном дипломном проекте была поставлена задача — разработать токарный станок с ЧПУ на базе модели РТ735Ф3, имеющий более высокую точность.

Тщательно рассмотрев ряд различных вариантов конструктивных изменений, вносимых в станок и сравнив варианты этих изменений, отразившиеся на качестве и точности изготовления заданной детали, был выбран вариант с применением в качестве опор шпинделя гидростатических подшипников, а в качестве направляющих каретки — направляющие качения.

Преимущество этого метода решения проблемы состоит в том, что существенно повышается точность обработки и качество обрабатываемых поверхностей. Это достигается за счет того, что при применении гидростатических подшипников, погрешности изготовления шпинделя, особенно посадочных поверхностей под подшипники качения, не переносятся на обрабатываемую деталь, так как масляный слой имеет демпфирующие свойства.

Также увеличивается плавность движения шпинделя за счет отсутствия в опорах трения покоя. Увеличивается долговечность шпиндельного узла, так как трение в опорах почти отсутствует и, соответственно отсутствует износ.

Направляющие качения обеспечивают высокую точность и равномерность движения, трогание рабочих органов без скачков, а так же точное позиционирование.

2.8. Расчет привода главного движения

Параметры привода главного движения зависят от ряда факторов: размеров обрабатываемой детали, материала заготовки, материала режущей части инструмента и т. д. Так как материал обрабатываемой детали — муфты легированная сталь (30ХГСА), материал режущей части инструмента — твердый сплав Т15К6, а при обработке специальной резьбы фасонным инструментом возникают достаточно большие составляющие силы резания, то, исходя из статистических данных при черновой обработке, принимаем следующие предельно допустимые параметры процесса резания: глубина резания — t_max=7 мм, подача — s_max=1,0 мм.

Определение сил резания

Исходные данные:

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.

Вид обработки: Наружное продольное точение.

Режущий инструмент: Резец проходной.

Материал режущей части: Т15К6.

Стойкость инструмента: Т=90 мин.

Расчет

Расчет ведем по [20, стр. 246].

Выбираем предельно допустимые глубину и подачу резания:

t_max=7 мм, s_max=1,0 мм.

Определяем скорость резания:

[м/мин]

где , — коэффициент обрабатываемости стали, МПа, n_v=1, K_пv=0,9 — коэффициент учитывающий влияние материала заготовки; K_иv=1,15 — коэффициент учитывающий влияние материала инструмента; K_v=0,9 — коэффициент учитывающий влияние углов в плане; K_r=0,8 — коэффициент учитывающий влияние радиуса при вершине; C_v=476 — постоянная; m=0,2; x=0,15; y=0,45 — показатели степени.

.

м/мин.

Определяем силы резания:

[Н],

где, , МПа, n=0,75, K_мp=1,09; К_р=0,94; К_р=1,25; К_р=1,15; К_rp=1,04; C_p=300; x=1; y=0,75; n=

=-0,15.

.

Н.

[Н],

Н.

[Н],

Н.

Определяем мощность резания:

[кВт];

кВт.

[кВт],

где N=38,3 кВт — мощность резания;

=0,859 — КПД привода главного движения.

кВт.

Для привода главного движения выбираем двигатель Siemens тип 1PH8296NE, N_ном=45 кВт, n_ном=1000 мин^-1.

Расчёт коробки скоростей

Частоты вращения шпинделя изменяются за счет частотного регулирования электродвигателя и за счет переключения двух ступеней редуктора.

Данные электродвигателя:

N=45 кВТ

n_ном=1000 мин^-1

n_max=3000 мин^-1

Требуемые частоты вращения шпинделя:

n_ном=10 мин^-1

n_max=3000 мин^-1

Диапазон регулирования двигателя:

Диапазон регулирования коробки скоростей:

мин^-1

Общий диапазон регулирования:

Применим привод с комбинированным регулированием для которого до условной частоты обеспечивается регулирование с постоянным моментом в диапазоне Dм, а выше — регулирование с постоянной мощностью в диапазоне Dр.

Число ступеней коробки скоростей Принимаем z=4

Передаточные отношения:

Для первого вала: i₁=0.8, i₂=0,25

Для второго вала i₃ =1,25; i₄=0,25

Строим график частот вращения Определение чисел зубьев зубчатых колёс

Определение модуля зубчатых колес Так как основными причинами выхода из строя зубчатых колес станка являются усталость поверхностных слоев зубьев, их износ, смятие торцов зубьев переключающихся шестерен. Поэтому при расчете зубчатых передач модуль определяем не только исходя из прочности зуба на изгиб, но и из усталости поверхностных слоев

Для первой переборной группы:

мм

=(2,74*250)1,75=391

=1,5 мм

=(1,8*250+67)1,2=430 Нсм³

Принимаем m₁=2,5 мм Для второй переборочной группы:

мм

мм Принимаем m_II= 2 мм Определение диаметров зубчатых колес.

Диаметр делительной окружности зубчатого колеса:

d_i= m_i z_i.

Диаметр окружностей вершин зубьев:

dа_i = d_i + 2 m_i.

d₁ = m₁ z₁ = 2,5*40 =100 мм;

dа₁ = d₁ + 2 m₁ = 105

d₂ = m₂ z₂ = 2,5*50 =125 мм;

dа₂ = d₂ + 2 m₂ = 130 мм;

d₃ = m₃ z₃ = 2,5*18 =45 мм;

dа₃ = d₃ + 2 m₃ = 50 мм;

d₄ = m₄ z₄ = 2,5*72= 180 мм;

dа₄ = d₄ + 2 m₄ = 185 мм;

d₅ = m₅ z₅ = 5*50 = 250 мм;

d₆ = z₆* m₆ =5*40=200 мм

dа₆= d₆ + 2 m₆ = 210 мм

d₇ = z₇* m₇ =5*18=90 мм

dа₇= d₇ + 2 m₇ = 100 мм

d₈ = z₈* m₈ =5*72=200 мм

dа₈= d₈ + 2 m₈ = 370 мм

3) Определим расстояние между осями валов:

При работе валов коробки скоростей основными нагрузками являются силы, возникающие в зубчатых передачах. Во вращающихся валах эти силы вызывают напряжения, изменяющиеся по знакопеременному симметричному циклу.

Предварительно расчёт на прочность определяет диаметр вала по условному расчёту на чистовое кручение без учёта влияния изгиба.

где

[ф_кр] — пониженное допускаемое напряжение кручения, МПа.

При предварительном расчёте для валов из конструкционных углеродистых сталей допускаемые напряжения кручения на выходных участках принимаем [ф_кр] =15…20 МПа. На остальных участках валов диаметры назначаем исходя из конструктивных и технологических требований.

Вал І:

Вал ІІ:

Вал ІІ:

2.9 Расчет поликлиновой передачи между двигателем привода главного движения и редуктором

Поликлиновой ремень включает в себя несколько рабочих поверхностей треугольной формы, что позволяет равномерно распределять нагрузку между ними и обеспечить постоянство расчетных диаметров шкивов. В этом их основное преимущество перед клиновыми ремнями. Небольшая высота и кордшнур из химического волокна позволяет использовать их на шкивах малого диаметра с передаточным числом до 8 и при скорости до 40 м/с. При равных условиях работы данная передача более компактна, чем с клиновыми ремнями.

Расчет Расчет ведем по.

Определим сечение ремня.

Определяем момент на быстроходном валу

M = 9740 [Hм],

где N — мощность, передаваемая ремнем, кВт; n₁ — минимальная частота вращения быстроходного вала, мин^-1.

M = 9740 = 438 Hм.

Следовательно, сечение ремня Л.

Его параметры:

Рис. 2. Ремень поликлиновой

H=9,5 мм;

t=4,8 мм;

h=4,85 мм;

r₁=0,2 мм;

r₂=0,7 мм.

Определяем диметры шкивов.

Пусть диаметр меньшего шкива d₁=200 мм.

Диаметр ведомого d₂=i* d₁=2*200=400 мм. Ближайшее значение из стандартного ряда d₂=400 мм.

Уточняем передаточное значение с учетом относительного скольжения S=0,01.

.

Определяем межосевое расстояние:

a_min=0,05 (d₁+ d₂)+Н=0,05 (200+400)+9,5=340 мм;

a_max= d₁+ d₂=200+400=600 мм.

Принимаем промежуточное значение a=470 мм.

Определяем расчетную длину ремня:

L_p=мм

Ближайшее стандартное значение L_p=2000 мм.

Уточняем межосевое расстояние:

где — параметры нейтрального слоя.

Определяем угол обхвата малого шкива d₁:

170.

Определяем скорость ремня:

м/с.

Определяем коэффициенты:

- угла обхвата ;

— режима работы ;

— скорости .

Определяем наименьшее межосевое расстояние, необходимое для надевания ремня а_min = а — 0,01L;

а_min = 520 — 0,01· 2000= 500 мм.

Определяем наибольшее межосевое расстояние, необходимое для вытяжки ремня а_max = а + 0,02L;

а_max = 520 + 0,02· 2000 = 480 мм.

Принимаем исходную длину L₀ = 1600 мм и относительную длину L/L₀ = 1,25.

Приниаем коэффициент длины ремня С_L = 0,9+0,1L/L₀=1,025.

Определяем число ребер поликлинового ремня:

z=10F/[F]₁₀;

где:

[F]₁₀ =(F₁₀* где F₁₀ - допускаемая окружная сила для передачи поликлиновым ремнем с десятью ребрами при передаточном отношении i=1,, эталонной длине L₀, работе в одну смену с постоянной нагрузкой.

— слагаемое, учитывающее влияние передаточного отношения.

5 Нм.

[F]₁₀ =(1300*0,97*1,025+50)*0,73=980

Определяем исходную мощность

N₀ = 28,6 кВт.

Определяем поправку к моменту на передаточное число

ДМ = 4 кг· м.

Определяем поправку к мощности

ДN = 0,001 ДМ_in₁;

ДN = 0,001· 4·1000

ДN = 4 кВт.

Определяем допускаемую мощность [N], кВт

[N] = (N₀C_бC_L + ДN_i) C_p;

[N] = (28,6· 0,97· 1,025 + 4) 0,73 = 24 кВт.

Определяем число ребер ремня

10N

z = -;

[N]

z = = 18,05 кВт.

Принимаем количество ребер z=18.

Номинальная мощность, передаваемая ремнем:

где — к.п.д. механизма от вала ременной передачи до шпинделя.

Определяем ширину шкива В = (z — l) s + 2*f,

где s — шаг ребер, мм; f — длина свободной части шкива, мм.

В = (18 — 1) 4,8 + 2· 5,5 = 92,6 мм.

Определяем окружное усилие, передаваемое ремнем (по номинальной мощности):

где v=10,5 м/с — минимальная рабочая скорость ремня для данного станка.

Натяжение ветвей ремня:

; S_1min=2420H.

Усилие, действующее на вал при работе станка:

Q=S₁+S₂=6030+1680=7710 H.

Определим рабочий ресурс рассчитанной клиноременной передачи:

2.10 Расчет жесткости шпиндельного узла

При расчете на жесткость определяем упругое перемещение шпинделя в сечении его переднего конца, для которого производится стандартная проверка шпиндельного узла. При расчете радиальной жесткости все силы приводим к двум взаимоперпендикулярным плоскостям Y и Z, проходящим через ось шпинделя. Вычисляем радиальное перемещение его переднего конца в этих плоскостях, а затем суммарное перемещение:

Исходные данные для расчета.

Составляющие сил резания:

Р_Z=22 933 Н;

Р_Y=11 466 Н.

Момент на шпинделе М_нр=3046 Нм.

Вес детали G_д=246 Н.

Проекция силы Р на вертикальную плоскость:

Р_в=Р_z — G_д=22 933−246=22 687Н;

на горизонтальную плоскость Р_г=Р_y=11 466 Н.

Окружная сила в зубчатом зацеплении:

(Н).

Радиальная сила в зубчатом зацеплении:

16 922*0,36=6159 (Н).

Проекции силы Q на вертикальную плоскость:

Q_в=Q_t*sin 38^o+Q_r*sin 52^o =6159*0,616 +16 922*0,788=17 126 (Н);

на горизонтальную плоскость:

Q_г=Q_t*cos 38^o-Q_r*cos 52^o=16 922*0,788−6159*0,616=9543 (Н).

Вертикальная плоскость:

:

P_В*(l + a) + Q_B*(l — в) — R_BB*l = 0;

51 026 (Н).

R_AB — R_BB + Q_B + Р_B = 0;

R_AB = R_BB — Q_B — Р_B = 51 026 — 17 126 — 22 687 = 11 213 (H).

Горизонтальная плоскость:

:

P_г*(l + a) + Q_г*(l — в) — R_BГ*l = 0;

26 141 (Н)

R_AГ — R_BГ + Q_Г — Р_Г = 0;

R_AГ = R_BГ — Q_Г — Р_Г = 26 141 — 9543 — 11 466 = 5132 (H).

Суммарные реакции в опорах:

Жесткость опор шпинделя:

J₁=94 739 (Н/мм), j₂= 178 956 (Н/мм).

Радиальное упругое перемещение конца шпинделя с учетом собственной деформации и деформации его опор определяется по формуле [4; стр. 178]:

Угол поворота в передней опоре:

где Е=2,1*10⁵ [Н/мм²] - модуль упругости материала шпинделя;

J₁ — среднее значение момента инерции сечения консоли.

J₂ — среднее значение момента инерции сечения шпинделя в пролете между опорами;

Радиальное упругое перемещение конца шпинделя в вертикальной плоскости:

Радиальное упругое перемещение конца шпинделя в горизонтальной плоскости:

Суммарное радиальное перемещение конца шпинделя: