Проектирование патронного полуавтомата

1. Технологическая часть

1.1. Введение

1.2. Анализ технологичности конструкции детали

1.3. Определение припусков на механическую обработку и размеров заготовки

1.4. Расчет режимов резания

1.5. Определение нормы штучного времени

2. Конструкторская часть

2.1. Назначение и область применения, технологические возможности полуавтомата

2.2. Техническая характеристика

2.3. Описание конструкции станка

2.3.1. Станина

2.3.2. Бабка шпиндельная

2.3.3. Головка револьверная

2.3.4. Каретка

2.3.5. Привод продольных подач

2.3.6. Привод поперечных подач

2.3.7. Упоры

2.3.8. Охлаждение

2.3.9. Электротрубомонтаж

2.3.10. Освещение зоны резания

2.4. Указания по мерам безопасности

2.5. Решение вопросов художественного конструирования и эргономики

2.6. Указания по эксплуатации станка

2.7. Определение сил резания

2.8. Расчет КПД привода главного движения

2.9. Расчет мощности двигателя привода главного

2.10. Расчет поликлиновой передачи

2.11. Расчет зубчатых колес

2.12. Расчет реакций опор шпиндельного узла

2.13. Проектирование гидростатических опор шпинделя

2.13.1. Принцип работы гидростатического подшипника

2.13.2. Расчет задней опоры шпинделя

2.13.3. Расчет передней опоры шпинделя

2.14. Проверка подшипников вала в револьверной головке

2.15. Проверка подшипников входного вала продольного шпиндельного блока

2.16. Проектирование гидростатических направляющих

2.16.1. Принцип работы

2.16.2. Эксплуатационные характеристики

2.16.3. Расчет гидростатических направляющих

3. Организационно-экономическая часть

3.1. Сравнительный технико-экономический анализ проектируемого и базового варианта

3.2. Расчет капитальных затрат при модернизации патронного полуавтомата

3.3. Расчет эксплуатационных затрат

3.4. Интегральный экономический коэффициент

4. Безопасность труда и охрана окружающей среды

4.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации токарного станка

4.2. Защита от механических опасных факторов

4.3. Обеспечение электробезопасности

4.4. Обеспечение вибробезопасности

4.5. Характеристика шума и средств защиты от него

4.6. Характеристика загрязнений воздушного пространства

4.7. Пожарная или взрывная опасность

4.8. Условия труда (по психофизиологическим факторам)

4.9. Расчет защитного стекла

4.10. Защита водного бассейна от нефтепродуктов и СОЖ Литература Приложение

Несмотря на кризисные явления, характерные в последние годы для российского станкостроения, было бы полезно проследить в ка-ких направлениях идет развитие мирового станкостроения. Это важ-но еще потому, что такая информация в некоторой степени позволит потребителям сориентироваться в выборе технологического оборудо-вании его взаимоотношениях с его изготовителями с учетом новых экономических условий.

Анализ показывает, что наряду с такими постоянными тенден-циями станкостроения, как повышение производительности, точно-сти и расширение функциональных возможностей станков, весьма актуальны сегодня и следующие: 1) рост уровня автоматизации и внедрение «безлюдной» технологии в условиях мелкосерийного про-изводства; 2) разработка прогрессивных технологий в области высо-коскоростной и сверхпрецизионной обработки традиционных и но-вых материалов.

Основным видом технологического оборудования в реализации первого направления остаются станки с ЧПУ и построенные на их базе многоцелевые станки, гибкие производственные системы и автоматизированные заводы. Эффективность указанных производст-венных систем зависит, прежде всего, от технического уровня встраиваемого оборудования, т. е. металлорежущих станков.

В конструкциях металлорежущих станков нового поколения про-изошли существенные изменения. Значительно расширились их тех-нологические возможности, позволяющие обрабатывать сложные де-тали, особенно типа тел вращения, за одну установку. Главное вни-мание производителей станков с ЧПУ сосредоточено на сокращении (до 12 месяцев и менее) сроков разработки концепции станков до ос-воения их выпуска. Существенно упрощаются конструкции станков благодаря уменьшению числа комплектующих изделий, деталей, ба-зовых плоскостей и операций обработки, применению модульного принципа, конструирования, стандартизации крепежных элементов, расширению технологических возможностей с учетом требований конкретного заказчика. Как правило, уже при завершении конструи-рования станка определяется 70% его стоимости благодаря исполь-зованию автоматизированных систем анализа разрабатываемой кон-струкции на ранней стадии. Над программным обеспечением подобных систем работают фирмы Великобритании, Израиля, Германии и др. Общее признание на мировом рынке получил метод Design for Assembly, разработанный фирмой Boothroyd Dewhurst Inc. (Великобритания).

Уменьшение средних размеров партий обрабатываемых деталей и соответственно увеличение числа этих партий, а также проектирова-ние новых изделий с применением более сложных деталей обуслав-ливают увеличение числа операций при обработке одной детали. К таким операциям относятся наружное и внутреннее точение, фрезе-рование, внецентровое сверление и др. Отсюда вытекает необходи-мость в создании многоцелевых станков с многокоординатными сис-темами ЧПУ, а также токарных станков, обеспечивающих обработку детали с двух сторон, т. е. оснащенных двумя суппортами или двумя револьверными головками. Используются новые инструментальные магазины, в которых предусмотрены автоматическая смена инстру-ментов, установка нового положения их вершин, контроль стойкости инструментов по времени резания или числу обработанных деталей. Для автоматизации загрузочно-разгрузочных операций в многоцеле-вых станках (токарных и других типов) и гибких производственных модулях широко применяются портальные роботы, которые более эффективные и просты по конструкции, чем автономные роботы. Удачным решением при автоматизации загрузки прутковых загото-вок является использование магазинной подачи.

Расширяются и функциональные возможности систем ЧПУ мно-гоцелевых станков. В этих целях, например, используют интерактив-ную графику для обработки детали (по данным, взятым непосредст-венно с чертежа). В результате оператор не записывает коды в начале программирования или при изменениях программы, а выбирает ко-манды с помощью появляющихся на экране символов. Моделирова-ние в масштабе реального времени обеспечивает быструю визуаль-ную проверку необходимых параметров на всех этапах процесса об-работки — от программирования до проверки качества изготовления. Интерактивная графика, примененная на семикоординатных двух-шпиндельных токарных станках с двумя револьверными головками фирмы Okuma (Япония), позволяет выбрать режимы резания, а также последовательность обработки при вводе в систему ЧПУ только на-именование обрабатываемого материала размеров детали.

Заслуживает внимание разработанное фирмой Septor Electronics (США) интеллектуальное устройство управления. Такое устройство не выполняет неправильную команду и с помощью светового сигнала подсказывает оператору, каков должен быть его следующий шаг. На-лицо огромный прогресс по сравнению с программируемыми кон-троллерами (ПК), которые управляют станком по заранее разрабо-танной жесткой программе. Проблема управления с помощью ПК за-ключается в том, как поступить, если происходит какой либо сбой. Из-за недостатка места для программ, которые могли бы выявить де-сятки тысяч возможных отказов, станки иногда совершают катастро-фические ошибки, требующие многих часов или даже дней для их исправления, в то время как простой производственной системы об-ходится пользователю в тысячи долларов в час. Выход из этой ситуа-ции позволяет найти интеллектуальное устройство управления, реа-лизующее патентованную технологию, называемую «Зона логики», которая распространяется на производственные цехи посредством сети компьютеров IBM PC (или совместимых с ними).

В «Зоне логики» в качестве задания устанавливаются простые правила функционирования вместо длинных и точных программ. За-тем механизмы станка уже сами решают проблемы и программируют свою реакцию на базе различных алгоритмов, включенных в систему управления, т. е. механизмы становятся «знающими», так как могут принимать собственные независимые решения.

В станках нового поколения определилась тенденция повышения частоты вращения шпинделя от 5000−6000 до 10 000−30 000 об/мин. В ближайшие годы высокоскоростное резание будит особенно широко применятся при изготовлении сложных цельнометаллических дета-лей, в ходе обработки которых до 80−90% массы заготовки. При этом основное технологическое время, доля которого превалирует в общем объеме времени обработки, значительно сокращается. Перспективно применение высокоскоростного резания для обработки деталей про-стой формы. Хорошие результаты получены при высокоскоростном обтачивании валов. Область применения перспективного использова-ния высокоскоростной обработки постоянно расширяется. Однако внедрение высокоскоростного точения в машиностроительное произ-водство требует ряда усовершенствований во всех аспектах произ-водственного процесса, которые можно сформулировать следующим образом.

1. Оптимизация характеристик материала, геометрических пара-метров и конструкций режущего инструмента, а также режимов резания для получения наилучшего соотношения между произ-водительностью и стоимостью инструмента.

2. Разработка узлов и механизмов станка, надежно обеспечиваю-щих высокие скорости рабочих движений. В первую очередь это относится к шпиндельным узлам и приводам подач.

3. Повышение динамических характеристик станков и исключе-ние тепловых деформаций. Высокие скорости рабочих движе-ний приводит к тому, что многие узлы и механизмы могут стать мощными генераторами вибраций и теплового излучения. Так в шпиндельных узлах 30−40% мощности превращается в теплоту. Кроме того, при пуске и остановке механизмы подач могут ис-пытывать значительные ускорения.

4. Создание надежных средств контроля состояние режущего ин-струмента и качества обработки с включением их в систему ЧПУ станка. Обеспечение станков микропроцессорными систе-мами контроля состояния режущего инструмента и обрабаты-ваемой детали.

5. Оснащение станков автоматическими устройствами для смены инструментов и заготовок, а также устройствами для автомати-ческого отвода стружки. Последнее в настоящее время весьма актуально. Заслуживает внимание новая система охлаждения фирмы Ultiflow (США), с помощью которой газ при очень низ-кой температуре впрыскивается в СОЖ, поступающую под вы-соким давлением в зону резания. Во время обработки стружка моментально скручивается, что упрощает ее удаление.

6. Усовершенствование конструкции обрабатываемых деталей с учетом особенностей высокоскоростной обработки. Необходимо сокращать число обрабатываемых поверхностей и накладывать ограничения на допустимые диаметры отверстий. Это позволит сократить число режущих инструментов и резцедержателей и, как следствие, время смены инструмента.

7. Повышение требований к технике безопасности, исключающих травмирование обслуживающего персонала и повреждение станка летящей стружкой, осколками режущего инструмента и др.

Для станков токарной группы, предназначенных для высо-коскоростной обработки, следует предусматривать оснащение патронов устройствами, автоматически изменяющими силу за-жима заготовки в зависимости от скорости резания. Одним из последних достижений в области технологий сверхскоростной обработки является создание станка с частотой вращения шпинделя 30 000−60 000 об/мин для концевого фрезерования алюминиевых сплавов. Основной областью применения такого станка является изготовление крупногабаритных деталей фюзе-ляжей самолетов, при обработке которых снимается почти 90% материала заготовки.

Безусловно, одним из главнейших направлений развития в станко-строении является дальнейший поиск конструктивных решений для создания сверхпрецизионных металлорежущих станков. Надо отдать должное станкостроителям Японии, которые на протяжении ряда лет ведут работу в этой области. За последние годы ими достигнуты сле-дующие результаты: минимальная дискретность позиционирования узла 0,01 мкм; шероховатость поверхности Ra==0,02 мкм; точность формы 0,1 мкм (некруглость 0,03 мкм); число управляемых осей пять.

Ведущие фирмы развитых стран проводят большую работу в об-ласти производства сверхпрецизионных станков, что связано с рас-ширением применения этого вида оборудования в аэрокосмическом, электронном и электротехническом машиностроении, авиастроении, автомобилестроении, а также при обработке новых материалов в дру-гих отраслях промышленности. Следует отметить, что еще оконча-тельно не определились структурные и компоновочные схемы таких станков, а также конструкции составляющих их элементов (приводов главного движения и подач, систем управления, контрольно-измерительных средств), а это делает пока невозможной выработку четких рекомендаций для организации стабильного производства сверхпрецизионных станков. Но важно то, что требования которым они должны удовлетворять уже известны. Потребуется еще ряд лет на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этой области, хотя сделано уже немало.

Можно отметить некоторые решения по основным узлам и меха-низмам, определяющим получение желаемых результатов. Примене-ние алмазного инструмента является единственно реальным при сверхпрецизионной обработке, а перспективным считается создание новых методов, в частности электрических и химических. За основу создания сверхпрецизионных станков принимается термо-симметричная конструкция. Для обеспечения высокой точности вра-щения главного шпинделя используются аэроили гидростатические опоры; при этом вторые в отличие от первых обладают хорошей демпфирующей способностью, но выделяют значительно больше те-плоты. Что более предпочтительно — вопрос спорный. Разработаны новые конструкции магнитных и керамических подшипников. По-вышение частоты вращения шпинделя требует повышения скорости обработки информации в системе управления. Необходимо специ-альное программное и аппаратное обеспечение. Это диктуется тем, что при высокой частоте вращения обрабатываемое изделие оказыва-ет ударное воздействие на инструмент. Для снижения отрицательного эффекта на шлифованные направляющие наносят специальное по-крытие, обеспечивающее быструю реакцию на усилие привода, а ша-риковые винты оснащают высокоточными дифференциальными гай-ками.

Заслуживают внимание работы по создания мехатронных узлов для использования в прецизионных станках. Принципы построения таких узлов приведены ниже.

1. Принцип direct drive (прямой привод) заключается в том, что обрабатываемая деталь и режущий инструмент закрепляются непосредственно на электроприводах без промежуточных пере-дач. Таким образом, устраняются погрешности из-за зазоров между деталями и их износа.

2. Управления электроприводами осуществляется путем варьиро-вания частоты и мощности питающего напряжения. При этом каждый привод имеет автономное питание. Дозированном элек-трической энергии достигается более высокая точность, чем обеспечиваемая механическим приводом аналогичного назначе-ния.

3. На станке с мехатронными узлами положение обрабатываемой детали и режущего инструмента постоянно контролируется с помощью датчиков высокой точности.

4. Станок с мехатронными узлами должен управляться компьюте-ром, который является управляющим центром всей системы.

Сейчас в России по известным причинам нет возможности осуще-ствлять глобальные проекты по рассмотренным выше проблемам, хо-тя эти проблемы и относятся к области фундаментальных исследований. Но решить определенный круг наукоемких вопросов по совер-шенствованию конструктивных элементов и разработать принципи-ально новые узлы станков, а также станки-стенды для апробации но-вых решений целесообразно. Это позволило создать научный задел в области высокоскоростных и сверхпрецизионных станков, что по-служило бы основой развития российского станкостроения в недале-ком будущем.

2.Технологическая часть

1.1. Введение

Обрабатываемая деталь относится к телам вращения. Твердость поверхности после термической обработки должна лежать в пределах 48…52 HRC. Требовался следующий порядок технологического про-цесса, до термообработки производилось черновое точение на токар-ном полуавтомате с ЧПУ, затем, после термообработки выполнялась чистовая обработка на шлифовальном станке.

Поэтому последовало предложение разработать соответствующее техническое обеспечение с применением режущего инструмента из сверхтвердого материала, отказавшись от обработки детали на шли-фовальном станке.

Эти изменения технологического процесса дают следующие пре-имущества:

сокращение производственной площади;

сокращение численности основных и вспомогательных рабочих;

улучшение технологичности (т. к. базирование детали осуществ-ляется на одном приспособлении);

снижается основное и вспомогательное время на изготовление детали.

1.2. Анализ технологичности конструкции детали

Деталь зубчатое колесо является жесткой деталью, отношение длины к наибольшему диаметру не превышает 5. При обработке де-тали (операции 006 и 030), до термической обработки, базирование осуществляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне, после термообработки в трехкулачковом патроне по сырым кулачкам. Со-блюдается принцип единства баз при обработке детали.

К детали предъявляются высокие требования по точности и каче-ству обработанной поверхности. При обработке зубчатого венца тре-буется обеспечить шероховатость поверхности эвольвенты не ниже Ra 1,25. Точность обработки внешней поверхности ступицы должна соответствовать 6-му квалитету и шероховатости Ra 1,25, а внутрен-няя поверхность 7-му квалитету и шероховатости Ra 0,4. В конструк-ции детали предъявляются требования к форме и взаимному распо-ложению поверхностей.

От качества выполнения зубчатого колеса во многом зависят экс-плуатационные характеристики узла, такие как надежность, долго-вечность, а также вибрационные и шумовые характеристики. Зубча-тые колеса работают при высоких окружных скоростях и контактных напряжениях. Это приводит к увеличению динамических нагрузок.

Основными причинами выхода из строя зубчатых колес являются высокие контактные напряжения в зоне зубчатого зацепления, смятие торцов зубьев перемещающимися шестернями, снижение усталостной прочности. Поэтому зубчатый венец колеса подвергают химико-термической обработки.

Деталь технологична с точки зрения правильности взаимного рас-положения поверхностей.

1.3. Определение припусков на механическую обработку и размеров заготовки

Определяем ориентировочную расчетную массу штамповки

;

где G_Д — масса детали, кг;

К_р — расчетный весовой коэффициент, зависящий от типа детали, для зубчатых колес К_р=1,5…1,8.

Рис. 1. Заготовка Определяем группу стали.

Для стали 45Х принимаем группу стали: М2.

Определяем степень сложности заготовки: принимаем — СЗ. Определяем класс точности заготовки: принимаем — Т2.

Определяем исходный индекс заготовки: принимаем — 14. Определяем основные припуски на механическую обработку (табл.1).

Таблица1

Конфигурацию поверхности разъёма штампа принимаем плоскую. Определяем дополнительные припуски:

* смещение штампа: где z_доп1=0,2 мм;

* отклонение от плоскостности: z_доп1=0,2 мм.

Определяем общий припуск: z_общ=z_o + z_доп.

1. 200+(2,5+0,2)=202,7 мм.

2. 85+(2,2+0,2)=87,4 мм.

3. 55-(2,0+0,2)=52,8 мм.

4.24+(1,8+0,2)=26мм.

5. 102+2(2,3+0,2)⁼110,6 мм.

Определяем допускаемые отклонения на размеры заготовки

Определяем допускаемые отклонения:

* смещение штампа 0,6 мм;

* отклонение от плоскостности 0,6 мм;

* высота заусенца 7 мм.

Принимаем штамповочные уклоны:

* на наружной поверхности 5°;

* на внутренней поверхности 7°.

Принимаем радиусы закругления:

*на наружной поверхности 3 мм;

*на внутренней поверхности 6 мм.

1.4. Расчет режимов резания

Операция № 006. Токарная с ЧПУ Установ А.

Переход № 1. Рассверлить поверхность 1 диаметром 50 мм.

Исходные данные:

сверло выбираем по ГОСТ 10 903–77;

материал режущий части: Р6М5;

форма заточки инструмента: нормальная.

Принимаем глубину резания t=22 мм. Определяем подачу: , [10]

S_таб= 0,50 мм/об — подача табличная;

К_S = 0, 84;

Определяем скорость резания [10]:

где

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

мин^-1, принимаем мин^-1;

Определяем минутную подачу: ;

мм/мин.

Определяем машинное время:; L_р.х.=22 мм;

мин.

Определяем силу резания:, [Н],

где Р_таб = 6140 Н;

К_р= 0,84;

Н.

Определяем мощность резания:, [кВт],

где N_таб=4,11 кВт;

К_N= 0,84;

кВт.

Сверлить отверстие поверхность 1 диаметром 50 мм.

Исходные данные см. выше.

Принимаем глубину резания t=38 мм.

Определяем подачу: ,

S_таб= 0,30 мм/об — подача табличная;

К_S = 0, 84;

Определяем скорость резания [10]:

где

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

мин^-1, принимаем мин^-1;

Определяем минутную подачу: ;

мм/мин.

Определяем машинное время:; L_р.х.=38 мм;

мин.

Определяем силу резания:, [Н],

где Р_таб = 6218 Н;

К_р= 0,84;

Н.

Определяем мощность резания:, [кВт],

где N_таб=1,45 кВт;

К_N= 0,84;

кВт

Переход № 2. Точить поверхность 3 диаметром 200 мм

Исходные данные:

* резец проходной;

* материал режущей части: Т15К6;

* сечение державки: 25×25 мм;

* геометрия резца:

* стойкость резца: Т=30 мин;

* форма передней поверхности: плоская с фаской. Определяем глубину резания: [10]

* черновой проход: t=2,00 мм;

* чистовой проход: t=0,7 мм.

Определяем подачу [10]:: ,

S_таб=0,43 мм/об — подача табличная черновая;

где

— коэффициент зависящий от материала режущей части;

- коэффициент зависящий от способа крепления,

- коэффициент зависящий от размера сечения державки;

- коэффициент зависящий от прочности режущей части;

- коэффициент зависящий от механическихсвойств обрабатываемого материала;

- коэффициент зависящий от схемы установки заготовки;

- коэффициент зависящий от состояния по-верхности заготовки;

- коэффициент зависящий от геометрических параметров резца;

- коэффициент зависящий от жесткости стан-ка.

(черновой проход) Для чистового прохода: S_таб= 0,25 мм/об;

К_sм = 1,05;

K_sy=1,20;

K_sr=1,00;

K_sk=0,80.

(чистовой проход).

Определяем скорость резания [10]:

* черновой проход: V_таб = 185 м/мин;

* чистовой проход: V_таб = 350 м/мин.

K_vи=1,05 — коэффициент зависящий от материала режущей части;

K_vc=1,00 — коэффициент зависящий от группы обрабатываемого материала;

K_vo=1,00 — коэффициент зависящий от вида обработки;

K_vj=0,75 — коэффициент зависящий от жесткости станка;

K_vм=1,10 — коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

— коэффициент зависящий от геометрических па-раметров резца;

K_vT=1,00 — коэффициент зависящий от стойкости режущей части;

K_vж=1,00 — коэффициент зависящий от наличия СОЖ.

(черновой проход);

(чистовой проход).

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

* черновой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1;

* чистовой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1.

Определяем минутную подачу [10]:

;

* черновой проход мм/мин;

* чистовой проход мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=25 мм;

мин.

* черновой проход мин;

* черновой проход мин;

Переход № 3. Подрезать торец поверхность 2.

Режущий инструмент см. переход № 1.

Принимаем глубину резания [10]:

* черновой проход: t=2,00 мм;

* чистовой проход: t=0,5 мм.

Определяем подачу [10]:

,

* черновой проход: S_таб=0,43 мм/мин,

* чистовой проход: S_таб=0,28 мм/мин,

Определяем скорость резания [10]:

* черновой проход:

;

* чистовой проход:

;

Определяем частоту вращения пшинделя[10]:

[мин^-1],

* черновой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1;

* чистовой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1.

Определяем минутную подачу [10]:

;

* черновой проход мм/мин;

* чистовой проход мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=75 мм;

мин.

* черновой проход мин;

* черновой проход мин.

Полученные данные сведем в таблицу 2.

Таблица 2

Установ Б

Переход №l. Рассверлить поверхность 4 диаметром 50 мм.

Исходные данные:

сверло выбираем по ГОСТ 10 903–77;

материал режущий части: Р6М5;

форма заточки инструмента: нормальная.

Принимаем глубину резания t=22 мм.

Определяем подачу [10]: ,

S_таб=0,50 мм/об — подача табличная;

Определяем скорость резания [10]:

где

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

мин^-1, принимаем мин^-1;

Определяем минутную подачу: ;

мм/мин.

Определяем машинное время:; L_р.х.=22 мм;

мин.

Определяем силу резания:, [Н],

где Р_таб = 6140 Н;

К_р= 0,84;

Н.

Определяем мощность резания:, [кВт],

где N_таб=4,11 кВт;

К_N= 0,84;

кВт.

Сверлить отверстие поверхность 4 диаметром 50 мм.

Исходные данные см. выше.

Принимаем глубину резания t=38 мм.

Определяем подачу: ,

S_таб=0,30 мм/об, Определяем скорость резания [10]:

;

Определяем частоту вращения пшинделя[10]:

[мин^-1],

мин^-1,

принимаем мин^-1;

Определяем минутную подачу [10]:

;

мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=38 мм;

мин.

Определяем силу резания:, [Н],

где Р_таб = 6218 Н;

К_р= 0,84;

Н.

Определяем мощность резания:, [кВт],

где N_таб=1,45 кВт;

К_N= 0,84;

кВт.

Переход № 2. Подрезать торец поверхность 9.

Исходные данные:

* резец проходной;

* материал режущей части: Т15К6;

* сечение державки: 25×25 мм;

* геометрия резца:

* стойкость резца: Т=30 мин;

* форма пластины: неправильная треугольная;

* способ крепления: клин-прихватом;

* форма передней поверхности: плоская с фаской.

Определяем глубину резания:

* черновой проход: t=l, 7 мм;

* чистовой проход: t=0,8 мм.

Определяем подачу: ,

S_таб=0,43 мм/об — подача табличная черновая;

где

— коэффициент зависящий от материала режущей части;

- коэффициент зависящий от способа крепления,

- коэффициент зависящий от размера сечения державки;

- коэффициент зависящий от прочности режущей части;

- коэффициент зависящий от механическихсвойств обрабатываемого материала;

- коэффициент зависящий от схемы установки заготовки;

- коэффициент зависящий от состояния по-верхности заготовки;

- коэффициент зависящий от геометрических параметров резца;

- коэффициент зависящий от жесткости стан-ка.

черновой проход: S_таб= 0,22 мм/об;

чистовой проход: S_таб= 0,12 мм/об;

Определяем скорость резания [10]:

K_vи=1,05 — коэффициент зависящий от материала режущей части;

K_vc=1,00 — коэффициент зависящий от группы обрабатываемого материала;

K_vo=1,00 — коэффициент зависящий от вида обработки;

K_vj=0,75 — коэффициент зависящий от жесткости станка;

K_vм=1,10 — коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

— коэффициент зависящий от геометрических па-раметров резца;

K_vT=1,00 — коэффициент зависящий от стойкости режущей части;

K_vж=1,00 — коэффициент зависящий от наличия СОЖ.

* черновой проход: V_таб = 241 м/мин;

;

* чистовой проход: V_таб = 430 м/мин;

.

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

* черновой проход: мин^-1,

* чистовой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1.

Определяем минутную подачу [10]:

;

* черновой проход мм/мин;

* чистовой проход мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=15,25 мм;

* черновой проход мин;

* черновой проход мин.

Переход № 3. Подрезать торец поверхность 8 [10]

Исходные данные:

* резец проходной;

* материал режущей части: Tl5K6;

* сечение державки: 25×25 мм;

* геометрия резца:

* стойкость резца: Т=30 мин;

* форма пластины: неправильная треугольная;

* способ крепления: клин-прихватом;

* форма передней поверхности: плоская с фаской. Определяем глубину резания:

* черновой проход: t=l, 6 мм;

* чистовой проход: t==0,4 мм.

Определяем подачу: ,

где

— коэффициент зависящий от материала режущей части;

- коэффициент зависящий от способа крепления,

- коэффициент зависящий от размера сечения державки;

- коэффициент зависящий от прочности режущей части;

- коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

- коэффициент зависящий от схемы установки заготовки;

- коэффициент зависящий от состояния по-верхности заготовки;

- коэффициент зависящий от геометрических параметров резца;

- коэффициент зависящий от жесткости стан-ка.

черновой проход: S_таб= 0,26 мм/об;

чистовой проход: S_таб= 0,28 мм/об;

Определяем скорость резания [10]:

K_vи=1,05 — коэффициент зависящий от материала режущей части;

K_vc=1,00 — коэффициент зависящий от группы обрабатываемого материала;

K_vo=1,00 — коэффициент зависящий от вида обработки;

K_vj=0,75 — коэффициент зависящий от жесткости станка;

K_vм=1,10 — коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

— коэффициент зависящий от геометрических па-раметров резца;

K_vT=1,00 — коэффициент зависящий от стойкости режущей части;

K_vж=1,00 — коэффициент зависящий от наличия СОЖ.

* черновой проход: V_таб = 241 м/мин;

;

* чистовой проход: V_таб = 348 м/мин;

.

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

* черновой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1

* чистовой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1.

Определяем минутную подачу [10]:

;

* черновой проход мм/мин;

* чистовой проход мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=57,25 мм;

* черновой проход мин;

* черновой проход мин.

Переход № 4. Точить поверхность 6 диаметр 85 мм.

Исходные данные:

* резец проходной;

* материал режущей части: Tl 5K6;

* сечение державки: 25×25 мм;

* геометрия резца:

* стойкость резца: Т=30 мин;

* форма пластины: неправильная треугольная;

* способ крепления: клин-прихватом;

* форма передней поверхности: плоская с фаской.

Определяем глубину резания:

* черновой проход: t=l, 6 мм;

* чистовой проход: t=0,4 мм.

Определяем подачу: ,

где

— коэффициент зависящий от материала режущей части;

- коэффициент зависящий от способа крепления,

- коэффициент зависящий от размера сечения державки;

- коэффициент зависящий от прочности режущей части;

- коэффициент зависящий от механическихсвойств обрабатываемого материала;

- коэффициент зависящий от схемы установки заготовки;

- коэффициент зависящий от состояния по-верхности заготовки;

- коэффициент зависящий от геометрических параметров резца;

- коэффициент зависящий от жесткости стан-ка.

черновой проход: S_таб= 0,26 мм/об;

чистовой проход: S_таб= 0,12 мм/об;

Определяем скорость резания [10]:

K_vи=1,05 — коэффициент зависящий от материала режущей части;

K_vc=1,00 — коэффициент зависящий от группы обрабатываемого материала;

K_vo=1,00 — коэффициент зависящий от вида обработки;

K_vj=0,75 — коэффициент зависящий от жесткости станка;

K_vм=1,10 — коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

— коэффициент зависящий от геометрических па-раметров резца;

K_vT=1,00 — коэффициент зависящий от стойкости режущей части;

K_vж=1,00 — коэффициент зависящий от наличия СОЖ.

* черновой проход: V_таб = 241 м/мин;

;

* чистовой проход: V_таб = 430 м/мин;

.

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

* черновой проход: мин^-1,

* чистовой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1.

Определяем минутную подачу [10]:

;

* черновой проход мм/мин;

* чистовой проход мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=78 мм;

* черновой проход мин;

* черновой проход мин.

Переход № 5. Расточить отверстие поверхность 4 [10]

Исходные данные:

* режущий инструмент: резец проходной;

* материал режущей части: ВК6;

* способ крепления: качающимся элементом;

* сечение державки: круглая диаметром 26 мм;

* геометрия резца:

* стойкость резца: Т=30 мин.

Принимаем глубину резания:

* черновой проход: t=l, 7 мм;

* чистовой проход: t=0,6 мм.

Определяем подачу: ,

где

черновой проход: S_таб= 0,65 мм/об;

чистовой проход: S_таб= 0,30 мм/об;

где

Определяем скорость резания:

K_vи=0,95 — коэффициент зависящий от материала режущей части;

K_vc=1,00 — коэффициент зависящий от группы обрабатываемого материала;

K_vo=1,00 — коэффициент зависящий от вида обработки;

K_vj=0,75 — коэффициент зависящий от жесткости станка;

K_vм=1,10 — коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

— коэффициент зависящий от геометрических па-раметров резца;

K_vT=1,00 — коэффициент зависящий от стойкости режущей части;

K_vж=1,00 — коэффициент зависящий от наличия СОЖ.

* черновой проход: V_таб = 124 м/мин;

;

* чистовой проход: V_таб = 380 м/мин;

.

Определяем частоту оборотов шпинделя [10]

[мин^-1],

* черновой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1

* чистовой проход: мин^-1,

принимаем мин^-1.

Определяем минутную подачу [10]:

;

* черновой проход мм/мин;

* чистовой проход мм/мин.

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=100 мм;

* черновой проход мин;

* черновой проход мин.

Переход № 6. Прорезать канавку поверхность 10.

Исходные данные:

* режущий инструмент: резец канавочный;

* материал режущей части: Т14К8;

* способ крепления пластины: пайкой;

* ширина резца: 5 мм;

* стойкость инструмента: Т=45 мин.

Глубину резания принимаем равной: t=0,75 мм. Определяем подачу: ,

где

S_таб= 0,65 мм/об;

Определяем скорость резания:

.

V_таб = 139 м/мин;

;

Определяем частоту вращения шпинделя [10]

[мин^-1],

мин^-1, принимаем мин^-1

Определяем минутную подачу [10]:

;

мм/мин;

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=0,75 мм;

мин.

Переход № 7. Прорезать канавку поверхность 5.

Исходные данные:

* режущий инструмент: резец канавочный;

* материал режущей части: Т14К8;

* способ крепления пластины: пайкой;

* ширина резца: 2,8 мм;

* стойкость инструмента: Т=45 мин.

Глубину резания принимаем равной: t=2,00 мм. Определяем подачу: ,

где

S_таб= 0,09 мм/об;

Определяем скорость резания:

.

V_таб = 168 м/мин;

;

Определяем частоту вращения шпинделя [10]

[мин^-1],

мин^-1, принимаем мин^-1

Определяем минутную подачу [10]:

;

мм/мин;

Определяем машинное время [10]:; L_р.х.=2,00 мм;

мин.

Полученные режимы резания сводим в таблицы 3,4,5.

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Операция № 030. Токарная с ЧПУ.

Резцы оснащены пластинами из композита 01.

Уставов А.

Переход № 1. Подрезать торец поверхность 2.

Переход № 2. Расточить отверстие поверхность 1.

Режимы резания установа, А сведены в табл. 6.

Таблица 6

Уставов Б.

Переход № 1. Обточить контур образованный поверхно-стями 4,3,5.

Режимы резания установа Б сведены в табл. 7.

Таблица 7

1.5. Оперделение нормы штучного времени

Норму штучного времени оперделяем по формуле [10]

где

Т_ца — время автоматической работы станка по программе, мин;

Т_в — время вспомогатальной ручной работы неперекрываемое временем автоматической работы станка, мин.

где

Т_вуст — вспомогательное время на установку и снятие детали, мин;

Т_воп — вспомогательное время, связанное с выполнением операции, мин;

Т_виз — вспомогательное неперекрываемое время на контрольные измерения детали, мин.

Время на организационно-техническое обслуживание рабочего места, отдых и личные потребности определяются в % от оператив-ного времени.

Уставов А

Уставов Б

2. Конструкторская часть

2.1. Назначение, область применения и технологические возможности полуавтомата

Полуавтомат предназначен для токарной обработки по программе цилиндрических, торцовых, конических, ступенчатых и криволинейных поверхностей деталей из черных металлов и сплавов, а также для сверления и растачивания центральных отверстий, нарезания наружных и внутренних резьб с выполнением операций загрузки заготовок и выгрузки с полуавтомата готовых деталей.

Шпиндель на гидростатических опорах имеет высокие демпфирующие способности, что положительно сказывается на качестве обработанной поверхности и повышается долговечность узла.

Расположение зеркала направляющих станины в наклонной плоскости обеспечивает свободный доступ к обрабатываемой детали.

Накладные стальные закаленные направляющие продольного перемещений в сочетании с опорами качения и антифрикционными накладками гарантируют длительное сохранение точности полуавтомата.

Все органы управления сосредоточены на одном подвижном пульте управления что облегчает процесс ввода программы обработки и её корректировку.

Станок с ЧПУ может быть использован вместе с промышленным роботом агрегатной конструкции, как гибкая производственная ячейка.

Станок может быть использован в условиях серийного, мелкосерийного производства в цехах машиностроительных заводов в качестве самостоятельной единицы или в составе гибких автоматизированных участков.

Категория качества — высшая.

2.2. Технические характеристика

Таблица 8

2.3. Описание конструкции станка

2.3.1. Станина

Конструкция корпуса станины выполнена коробчатой формы с системой внутренних ребер, связывающих переднюю и заднюю стенки, создающих жесткость конструкции. Зеркало направляющих станины наклонено под углом 20? к вертикали.

В головной части станины установлены:

1. Бабка шпиндельная

2. Привод продольной подачи

3. Станция смазки На задней стенке станины смонтирован электродвигатель главного привода. Подмоторная плита снабжена винтом, обеспечивающим натяжение ремня, связывающего шкив электродвигателя со шкивом входного вала шпиндельной бабки.

В корпусе станины выполнена внутренняя полость, используемая для разводки электрооборудования, смазки и охлаждения.

Направляющие станины под каретку выполнены плоскими, накладными, стальными, закаленными. Смазка направляющих под каретку осуществляется от станции централизованной дозаторной смазки.

Между направляющими станины выполнена полость, где смонтирован винт продольной подачи с опорами и упоры, ограничителя хода каретки по оси Z.

Нижняя полость станины используется для сбора и размещения охлаждающей жидкости.

В корпусе станины имеется ниша для размещения транспортера стружки.

2.3.2. Бабка шпиндельная

Механизм шпиндельной бабки предназначен для передачи вращения от двигателя постоянного тока к шпинделю и для установки и крепления изделия в патроне. Корпус шпиндельной бабки установлен на левой части станины. Поворот шпиндельной бабки осуществляется при помощи установочных распорных винтов, опорный кронштейн которых прикреплен снизу к корпусу шпиндельной бабки. Крепление шпиндельной бабки к станине осуществляется винтами.

На передней корпуса шпиндельной бабки располагается маслоуказатель и крышка. На левом торце корпуса смонтирован привод механизма переключения ступеней, датчик для нарезания резьбы.

Шпиндель станка выполнен двухопорным. Опорами шпинделя являются гидростатические подшипники которые имеют высокие демпфирующие способности и положительно влияют на качество обрабатываемой поверхности.

Передний конец шпинделя фланцевый с быстросъемным креплением патрона.

Задний конец шпинделя имеет посадочный поясок и резьбу для крепления зажимного устройства изделия (для специальных исполнений).

Механизм шпиндельной бабки содержит зубчатые передачи, валы для их базирования, клиноременную передачу от электродвигателя главного движения.

На двух промежуточных валах шестерного механизма установлены соответственно по одному подвижному блоку, попеременное включение зубчатых колес обеспечивает кинематические настройки с передаточными отношениями 1:1, 1:4, 1:16, 0. При «0» (нулевом) положении зубчатый механизм расцеплен.

Настройка на одну из трех скоростей осуществляется механизмом управления, обеспечивающим через промежуточные детали, копир и вилку, конструктивную и кинематическую связь головки «ЭМГ-53» с подвижными блоками зубчатых колес.

Выбор скорости осуществляется автоматически по программе.

При настройки вал копиров может вращаться вручную через квадрат (при снятой головке «ЭМГ-53»).

Датчик нарезки резьбы, связывается через пластинчатую муфту с валом, который через зубчатую передачу кинематически связан со шпинделем. Зубчатая передача датчика снабжена пружинным устройством для выбора зазора зацепления.

Все валы шестеренного механизма и вал датчика нарезания резьбы смонтированы на подшипниках качения.

Зубчатые колеса выполнены из хромистой стали закалены.

Смазка механизма шпиндельной бабки осуществляется от системы циркулирующей смазки. Масло по трубопроводу поступает к маслорапределителю, смонтированному в корпусе бабки, и далее к точкам смазки и маслоуказателю.

2.3.3. Револьверные головки

На станке установлены две револьверные головки: одна четырехгранная с осью, перпендикулярной оси шпинделя; вторая дисковая восьмипозиционная с осью параллельной оси шпинделя, Обе револьверные головки установленные на одной ползушке и находятся друг от друга на расстоянии, достаточном для обработки деталей в соответствии с паспортом станка. Револьверная головка четырехгранная с осью перпендикулярной оси шпинделя предназначена для закрепления режущего инструмента для внутренней обработки (расточки, сверления и др.).

Револьверная головка дисковая восьмипозиционная с осью параллельной оси шпинделя, предназначена для закрепления режущего инструмента для наружной обработки.

2.3.4. Каретка

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

На верхней части корпуса каретки выполнены три плоские горизонтальные направляющие скольжения и две вертикальные направляющие качения под поперечную ползушку, которые выполнены в виде накладных стальных планок, жестко прикрепленных к корпусу каретки. В качестве элементов качения приняты роликовые опоры качения «танкетки», две из которых жестко прикрепленных к ползушке, а две другие крепется через клинья. Поперечная ползушка относительно направляющих удерживается привертными планками. Защита от попадания стружки и охлаждающей жидкости на направляющие ползушки обеспечивается щитками, прикрепленными к верхнему торцу ползушки. Дополнительно на торцах ползушки 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 осуществляется от станции импульсной системы смазки.

Каретка является несущим узлом для ряда узлов и деталей.

На верхней части каретки смонтированы: коробка конечных переключателей, направляющие под ползушку, винт поперечной подачи, поперечная ползушка. На верхнем торце корпуса каретки прикреплен кронштейн поперечной подачи и др.

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

На поперечной ползушке смонтированы два резцедержателя и поперечные упоры, а так же трубопровод подачи охлаждающей жидкости, смазки и подвод электроэнергии.

2.3.5. Привод продольных подач