Проектирование станка для обработки вафельного фона крупногабаритных обечаек диаметром 4м

бля курсак что-ли.doc

Федеральное агентство по образованию
Сибирский государственный аэрокосмический университет
имени академика М. Ф. Решетнева
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
«Применение нестандартного оборудования
в производстве космической техники»
на тему: «Проектирование станка для обработки вафельного фона крупногабаритных обечаек 4м»
Руководитель: Алексеенко Б.И.
Патентно-технический поиск ..4
Обоснование выбора оптимальной компоновки
специального фрезерного станка 9
Краткая характеристика проектируемого станка .11
Характеристика системы ЧПУ станка 12
Расчет режимов резания 15
Расчет привода фрезерной головки 16
Описание шпиндельного узла фрезерной головки ..18
Список использованной литературы ..21
Роль машиностроения в хозяйстве любой страны обслуживает высочайшие требования к развитию его научно-производственного потенциала способного создавать новые виды техники высокоэффективные машины экономичные и экологические чистые технологии и обеспечивать ими потребности страны в необходимых количествах.
Машиностроение является одной из ведущих отраслей промышленности нашей страны поэтому перед машиностроителями стоит прямая задача повышения технического уровня и качества продукции машиностроения. На базе НТП конструкторы должны создать проекты машин принципиально новых конструкций с более широкими технологическими возможностями или охватывающие весь технологический процесс с высокой единичной мощностью точностью обеспечивающих автоматизацию трудоёмких процессов с малогабаритными электронными схемами числового программного управления и контроля.
Одно из ведущих мест в развитии машиностроения занимает станкостроение. Темпы развития станкостроения количественный и качественный состав станочного парка во многом определяют промышленный потенциал любой страны и характеризуют уровень её машиностроения. Станки занимают особое место среди других машин т.к. предназначены для производства деталей машин т.е. для изготовления средств производства. Большое значение имеет использование станков с ЧПУ. Применение систем числового программного управления в станках является наиболее эффективным средством повышения машинного времени и автоматизации мелкосерийного производства что обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность и позволяет организовать централизованную подготовку программ обработки.
Станки с ЧПУ обладают широкими технологическими возможностями позволяющими выполнять на них различные операции.
ПАТЕНТНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПОИСК
Основной целью патентно-технического исследования является выявление существенных и наиболее перспективных разработок установление уровня развития техники в изучаемой области а также приобретение навыков в патентном и информационном поиске.
Для получения наиболее полной информации по данному вопросу перед проектированием станка необходимо проанализировать уже существующее оборудование рационализаторские изобретения. Для этого был проведен патентно-технический поиск. Авторские свидетельства изобретений являющихся наиболее аналогичными проектируемому станку приведены ниже:
) опорно-поворотное устройство;
) фрезерная головка;
Опорно-поворотное устройство (описание изобретения к авторскому свидетельству № 664818 – смотреть Приложение 3).
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для закрепления и вращения деталей при обработке резанием.
Формула изобретения – опорно-поворотное устройство содержащее корпус кольцевую планшайбу с зубчатым венцом опирающуюся на тела качения отличающееся тем что с целью повышения жесткости и точности вращения путем уменьшения радиального и торцевого биения на корпусе устройства закреплено кольцо на цилиндрических поверхностях которого выполнены канавки для размещения тел качения а в кольцевой планшайбе выполнена проточка охватывающая указанное кольцо.
Фрезерная головка (описание изобретения к авторскому свидетельству № 990436 – смотреть Приложение 3).
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в станках с числовым управлением.
Цель изобретения – расширение технологических возможностей повышение точности и надежности головки.
Формула изобретения – фрезерная головка включающая установленный в корпусе шпиндельный узел привод подачи пиноли и упоры отличающаяся тем что с целью расширения технологических возможностей повышения точности и надежности головка снабжена устройством бесступенчатого регулирования величины осевой подачи выполненным в виде идентичных винтовых торцевых кулачков винтовые поверхности которых контактируют друг с другом один из которых неподвижно закреплен в корпусе а другой установлен с возможностью поворота и кинематически связан с введенным в головку датчиком отсчета перемещений и устройством предварительного выбора остаточной толщины обрабатываемой детали выполненным в виде сменного диска с отверстиями осветителя и блока фотодиодов между которыми размещен диск.
Фрезерный станок (описание изобретения к авторскому свидетельству №666006 – смотреть Приложение 3).
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при обработке сферических деталей например днищ без горловины и с торообразной горловиной.
Цель изобретения – обеспечить автоматическую смену упоров ограничивающих глубину врезания фрезы.
Формула изобретения – фрезерный станок для обработки изделий облегченной конструкции например сферических днищ включающий установленный на нижнем поворотном столе верхний поворотный стол несущий вертлюг вертикальную стойку с шарнирно установленной на ней С-образной скобой на консолях которой расположены головки несущие фрезы и шаровые опоры отличающиеся тем что при переналадке станка на другой радиус сферы вертикальная стойка установлена с возможностью перемещения в направлении параллельном плоскости проходящей через оси вращения фрезы шаровой опоры и нижнего стола и снабжена механизмом фиксации скобы.
Станок СВО-24 (портального типа) для обработки вафельных обечаек
- предусмотрено раздельное выполнение черновой и чистовой обработки; черновая обработка ячеек осуществляется способом обработки многогранных отверстий при осевом врезании что позволяет в несколько раз повысить производительность станка;
- обработка может выполняться одновременно четырьмя фрезерными головками управляемыми раздельно что позволяет проводить фрезерование различных по конфигурации ячеек;
- предусмотрен автоматический контроль толщины остаточного полотна обечайки;
- конструкция станка позволяет механизировать уборку стружки как из зоны резания так и из станка в целом;
- компоновочная схема (портального типа) станка позволяет до минимума сократить занимаемую им площадь Которая не превышает 100 м2
- отработка станка с применением математического моделирования и использованием конструктивно подобных моделей системы "станок - приспособление - инструмент - деталь" позволяет повысить технические характеристики станка (точность производительность).
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ
СПЕЦИАЛЬНОГО ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Опыт эксплуатации станков типа СВО позволил определить пути их совершенствования и устранения следующих недостатков:
Ограниченная универсальность - весьма узкий диапазон изменения диаметров обрабатываемых деталей. По существу для каждого нового диаметра требуется изготавливать специализированный станок.
Невысокая производительность обработки при наличии неосесимметричного (нестандартного) вафельного фона поскольку в таких случаях восьмишпиндельный станок работает как одношпиндельный.
Выполнение черновых и чистовых операций одной фрезерной головкой приводит к преждевременной потере точности станка (в связи с интенсивным износом деталей фрезерной головки) и невозможности получения заданных характеристик по точности и необходимой чистоте обработки.
Отсутствие системы адаптивного слежения обеспечивающей автоматическое поддержание заданной толщины обработки полотна для обечайки. Эти функции выполняет оператор следящий за полотном и корректирующий положение фрезерной головки. Естественно что при этом качество обработки полностью зависит от субъективных человеческих факторов.
Компоновочное решение станков приводит к трудностям связанным с удалением стружки из зоны обработки.
Для устранения вышеперечисленных недостатков необходимо произвести ряд конструктивных изменений. Они смогут повысить качество обработки и снизить ее время.
Современные отечественные программные системы управления процессом обработки позволяют управлять практически неограниченным числом координатных перемещений что превращает каждую из скоб по существу в самостоятельный фрезерный станок с автономным управлением перемещением фрезерной головки в пределах одной ячейки. Это техническое решение обеспечивает возможность создания станка с большим количеством фрезерных головок что позволит сократить время обработки в несколько раз.
При создании нового станка так же должна быть решена задача устранения возможных упругих колебаний обечайки и отдельных элементов станка приводящих к снижению точности фрезерования вафельного фона обрабатываемой обечайки.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА
Фрезерный станок с программным управлением предназначенный для обработки деталей типа обечайка.
- поворотного стола (планшайбы) который имеет центральное отверстие для размещения внутри него колон с фрезерными головками;
- восемь колон четыре с внешней стороны планшайбы и четыре с внутренней;
- восемь фрезерных головок;
- восемь шаровых упоров;
- натяжное устройство которое придает обечайке более жесткие характеристики что позволяет производить обработку большей точности и с большей скоростью;
- контурную систему ЧПУ;
- система адаптивного слежения обеспечивающая автоматическое поддержание заданной толщины обработки полотна для обечайки.
ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ЧПУ СТАНКА
Не писать про саму систему ЧПУ. Полезнее будет лучше описать датчики обратной связи!!!
Функционирование всей в целом системы ЧПУ происходит за счет управляющей программы в которой содержится закодированная информация о траектории и скорости перемещения исполнительных органов станка частоте вращения шпинделя и другие данные необходимые для выполнения обработки. Подсистема управления читает эту программу расшифровывает ее и вырабатывает профиль перемещения.
Профиль перемещения можно представить в виде графика который показывает в какой точке должен находиться исполнительный орган станка через определенные промежутки времени. В соответствии с профилем перемещения подсистема управления посылает на соответствующий двигатель строго определенное количество электрических импульсов. Двигатель вращает ходовой винт и исполнительный орган станка перемещается в указанную позицию (программируемую координату).
Система координат станка является главной расчетной системой в которой определяются предельные перемещения начальные и текущие положения рабочих органов станка. При этом положения рабочих органов характеризуют их базовые точки выбираемые с учетом конструктивных особенностей отдельных управляемых по программе узлов станка. Ориентация осей стандартной системы координат станка связывается с направлением движения при фрезеровании. Ось Z всегда связывается со вращающимся элементом станка – шпинделем. Ось X перпендикулярна к оси Z и параллельна плоскости установки заготовки. Ось Y перпендикулярна им.
Современные системы ЧПУ позволяют свободно работать и с абсолютными и с относительными координатами за счет переключения из одного режима работы в другой. В случае появления одной координатной ошибки при относительном способе программирования все последующие перемещения будут неправильными.
Таким образом при обработке детали типа обечайка на станке с ЧПУ выделяются три координатные системы: система координат станка система координат детали и система координат инструмента.
Датчики обратной связи отправляют в подсистему управления информацию о действительной достигнутой позиции исполнительного органа. Происходит сравнение фактической и требуемой (теоретической) позиций. Если между ними есть разница (ошибка перемещения) то подсистема управления посылает скорректированное на величину ошибки число электрических импульсов на двигатель. Этот процесс повторяется снова и снова пока исполнительный орган станка не достигнет требуемой позиции с определенной (очень высокой) точностью.
Как правило в станках с ЧПУ для определения положения и состояния исполнительных органов используются два типа датчиков: линейные и вращающиеся датчики положения.
Вращающийся датчик положения крепится на валу двигателя и позволяет определять его угловое положение. Этот датчик состоит из источника света оптического датчика (приемника) и диска с маленькими радиальными прорезями (растрами). Растровый диск укреплен на валу источник света и оптический датчик находятся с разных сторон от диска.
Когда диск вращается то лучи проходят сквозь его прорези и падают на оптический датчик. Оптический датчик работает как переключатель который включается или выключается при попадании на него лучей света. Это дает возможность определить относительное или абсолютное положение и направление вращения двигателя. Полученная информация отправляется в подсистему управления. Эти датчики используются в конструкции шпинделя для определения числа оборотов при вращении и для нахождения его углового положения.
Линейные датчики положения используются для точного определения абсолютной или относительной позиции исполнительных органов. Датчики содержат два взаимосвязанных узла: растровую шкалу и считывающую головку. Растровая шкала расположенная вдоль направляющих представляет собой линейку с маленькими прямоугольными прорезями (растрами). Считывающая головка перемещающаяся вместе с исполнительным органом станка состоит из осветителей фотоприемников и индикаторной пластины. Причем осветители и индикаторная пластина находятся с одной стороны от растровой шкалы а фотоприемники с другой.
На индикаторной пластине так же присутствует два растровых участка со смещенным шагом для формирования двух сигналов. Когда считывающая головка перемещается вдоль растровой шкалы то световые сигналы от осветителей проходят через индикаторную пластину затем через шкалу и регистрируются фотоприемниками. Полученные сигналы дают возможность определить величину и направление перемещения.
Эти типы датчиков позволяют обеспечить точность измерения перемещения до ±2 мкмм и дискретность до 01 мкмм. Все устройства индикации позволяют работать в абсолютной и относительной системах координат.
Системе ЧПУ также необходима информация о скорости ускорении и замедлении исполнительного органа станка. Расчет величины ускорения и замедления необходим для точного позиционирования. Дело в том что когда рабочий стол перемещается в требуемую позицию он заранее замедляет скорость перемещения чтобы попасть точно в требуемую координату.
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Для обработки АМГ-6 могут быть применены твердосплавные фрезы которые по сравнению с фрезами из быстрорежущей стали позволяют увеличить скорость резания что приведет к уменьшению штучного времени обработки детали. Исходя из конфигурации детали выбираю концевую фрезу диаметром d = 18мм числом зубьев Z=2 числом оборотов n=3000 мин-1; при этом режимы резания будут следующими:
Подача на зуб - Sz = 0222 ммзуб;
Минутная подача - Sм = Sz * Z * n
Sм = 0222 * 2* 4500 = 1332 мммин.
Подача на оборот - So = Sм n
So = 1998 4500 = 0444 ммоб.
Скорость резания - V = *d*n1000
V = 3.14*18*30001000 = 16956 мммин.
где Сp=22.6; х=0.86; y=0.72; u=1.0; q=0.86; w=0; Кмр=1.0; В=10.
Крутящий момент на шпинделе - Мкр = Рz*d 2*100;
Мкр =15293*18 2*100 =1376 Нм.
Мощность резания - Nе = Pz*V 1020*60;
Ne =15293*16956 1020*60 = 424 кВт.
РАСЧЕТ ПРИВОДА ФРЕЗЕРНОЙ ГОЛОВКИ
Правильный выбор электродвигателя особенно по мощности правильная его установка играют большую роль в обеспечении нормальной работы станка. Если мощность двигателя занижена то возможности станка не будут полностью использованы возможны значительные сокращения срока службы и аварий электродвигателя. Завышение мощности ведет к систематической недогрузке электродвигателя и соответственно понижению его КПД.
Определяем общий КПД привода:
где: 1 = 080 – коэффициент полезного действия электродвигателя; 2 = 098 - коэффициент полезного действия ременной передачи привода.
Требуемая мощность электродвигателя:
В соответствии с этими расчетами выбираю асинхронный двигатель марки АИР100L2 ГОСТ 2489–90 с синхронной частотой и мощностью 55 кВт.
АИР100L2: АИ – вид двигателя - асинхронный Р – вариант привязки мощности к установочным размерам 100 – высота оси вращения ротора L – длина сердечника статора 2 – число полюсов.
Частота асинхронная будет равна:
где f = 50 Гц – частота тока Гц
p = 2 – число пар полюсов
s = 5% = 005 – коэффициент скольжения.
Рис. 3.4.1. Эскиз электродвигателя
Габаритные размеры электродвигателя
Установочные и присоединительные размеры
ОПИСАНИЕ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА ФРЕЗЕРНОЙ ГОЛОВКИ
Фрезерная головка является одним из важнейших органов специального фрезерного станка СВО-150 для обработки деталей типа обечайка.
Фрезерная головка состоит из корпуса который включает в себя привод главного движения основным элементом головки является шпиндельный узел. Движение передается от электродвигателя смонтированного на кронштейне.
Шпиндель являющийся конечным звеном привода главного движения и предназначенный для крепления инструмента оказывает значительное влияние на точность производительность и надежность всего станка.
Шпиндельный узел состоит из шпинделя с собранными на нем элементами опор качения и передающей вращение шестерней а также из зажимного механизма встроенного в шпиндель. В свою очередь механизм зажима инструмента состоит из разрезной цанги втулок пружины блока тарельчатых пружин толкателя ограничительной втулки упора. Механизм зажима инструмента обеспечивает как ручную так и автоматическую смену инструмента на станке ЧПУ. При автоматической смене инструмента управление механизмом сжимающим блок тарельчатых пружин и автооператором сменяющим инструмент производится по команде от ЧПУ станка.
Применение шпиндельного узла снижает шероховатость поверхности обрабатываемой детали за счет постоянства зажимного усилия сокращаются затраты времени на смену инструмента.
В передней опоре шпинделя для восприятия осевых сил установлены радиально-упорные подшипники. Точность подшипников во многом определяет точность вращения шпинделя.
Конструктивная форма шпинделя определяется типом и назначением станка требованиям к его точности условиями работы шпинделя способами закрепления в нем инструмента размещением элементов привода и типом применяемых опор.
Точность вращения шпинделя является важнейшей характеристикой шпиндельного узла в значительной мере определяющей точность обработки детали на станке. В шпиндельных узлах на опорах качения точность вращения зависит от точности изготовления подшипников и сопряженных с ними деталей шпиндельного узла от качества монтажа от регулировки подшипников и от числа оборотов шпинделя при котором обрабатывается деталь.
Точность подшипников регламентируется радиальным или осевым биением вращающегося кольца что во многом определяет точность вращения шпинделя.
На основе системного анализа разработана конструкция и конструкторско-техническая документация конкурентоспособного фрезерного станка для создания вафельного фона крупногабаритных обечаек СВО-150. Безопасность эксплуатации обеспечена конструкцией механизмов расчетом его основных узлов сборкой по чертежам затяжкой всех крепежных и защитных элементов согласно ГОСТу и ТУ. ТО отвечает требованиям СС БТ России евростандартам серии СЕ С550М3.
Данный курсовой проект позволил закрепить теоретические положения курса излагаемые в лекциях углубил навыки чтения чертежей и пользования справочным материалом стандартами ЕСКД технической документацией. В процессе выполнения курсового проекта были получены важнейшие комплексные требования об устройстве наиболее распространенных типов станков проведен патентно-технический поиск существенных и наиболее перспективных разработок в данной области космического машиностроения.
Изучение курса дисциплины «Применение нестандартного оборудования в производстве космической техники» позволило мне ознакомиться с поиском принципиальных конструктивных решений осознать всю сложность и важность конструкторской работы и нестандартного подхода к решению стандартных задач. Это поможет грамотно использовать полученные знания при дипломном проектировании и в будущей профессиональной деятельности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя в 3 т. 8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой - М.: Машиностроение 2001;
Панов А.А. Обработка металлов резанием: Справочник технолога. М. 1988;
Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник – учебник. В 3-х т. Под общ. ред. А.С. Проникова – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана: Машиностроение 1994;
Пуш В.Э. Металлорежущие станки - учебник для машиностроительных ВУЗов - М.: Машиностроение 1985;
Справочник технолога-машиностроителя в 2-х Под ред. А.Г.Косиловой Р.К. Мещерякова. 8-еизд. перераб. – М.: Машиностроение 2000.

Вид СП.cdw

Привод вертикальных перемещений
Привод вращения планшайбы
Шкаф системы управления

Вид 1.cdw

специальный СВО-150.
Технические характеристики:
Диаметр обрабатываемой детали
Мощность привода фрезерной головки
Число оборотов шпинделя
Конус Морзе шпинделя (ГОСТ 836 - 72): 50.
Число фрезерных головок: 8;
Максимальная скорость перемещения фрезерных
Наибольшая скорость вращения планшайбы
Система управления: КСЦ 34М.;
Цена деления: 0.02 мм и 0
Установленная мощность эл. потребителей
Смазка шпинделей: воздушномасляная;
Технические требования:
Перемещение движущихся частей плавное
Допуск на расположение осей фрезерных головок и планшайбы в
горизонтальной плоскости 0.1 мм;
Допуск биения шпинделей фрезерных головок 0.002 мм;
Насосную станцыю залить маслом И - 30А
в маслораспылители - И-8А ГОСТ 20799 - 75.
станции охлаждения и пульта управления
условно не показаны."

Фрез. гол.1.cdw

Технические характеристики:
Частота вращения шпинделя: n =45006000 обмин;
Мощность электродвигателя: N = 9кВт;
Усилие на штоке гидроцилиндра при разжиме инструмента не
Смазка масляным туманом подшипников от систем подготовки
масляного тумана с независимым регулированием давления и
Технические требования:
Люфт шпинделя при нагрузке 0.7 Н не допускаются;
Головку обкатать в течении 6 часов

Вид СП2.cdw

Электропривод ЭТБ-Р-12-6110-321500УЧ
Электродвигатель 4ПНМ132М04