Токарный одношпиндельный полуавтомат с ЧПУ инверторного типа

Чертеж A1-1 (2004).dwg

реферат.docx

В данном курсовом проекте изложены вопросы касающиеся токарного одношпиндельного полуавтомата с ЧПУ 1В640Ф3.
Описаны назначение технологические операции выполняемые на станке данного типа. Компоновка станка состав и функциональное назначение узлов их виды движений. Указаны кинематическая и структурно-кинематическая схемы. Описаны кинематические цепи формообразования.
Представлен график частот привода главного движения. Система управления станка. Перечислены приспособления оснастка и вспомогательный инструмент а так же механизмы передачи и преобразования движений используемые на станке данного типа. Подробное описание конструкции шпиндельной бабки 1В640-210.
Графическая часть проекта располагается на двух листах формата А1.
В графической части представлены схемы формообразования структурно-кинематическая и кинематическая схемы компоновка и рабочая зона станка.

Записка (последний вариант).docx

В данном курсовом проекте изложены вопросы касающиеся токарного одношпиндельного полуавтомата с ЧПУ 1В640Ф3.
Описаны назначение технологические операции выполняемые на станке данного типа. Компоновка станка состав и функциональное назначение узлов их виды движений. Указаны кинематическая и структурно-кинематическая схемы. Описаны кинематические цепи формообразования.
Представлен график частот привода главного движения. Система управления станка. Перечислены приспособления оснастка и вспомогательный инструмент а так же механизмы передачи и преобразования движений используемые на станке данного типа. Подробное описание конструкции шпиндельной бабки 1В640-210.
Графическая часть проекта располагается на двух листах формата А1.
В графической части представлены схемы формообразования структурно-кинематическая и кинематическая схемы компоновка и рабочая зона станка.
Назначение оборудования. Технологические операции
(схемы обработки) выполняемые на станке 1В640Ф3 . 4
Компоновка станка мод. 1В640Ф3. Состав и функциональное
назначение узлов станка. Основные технические характеристики станка.
Рабочая зона станка 4
Виды движения узлов станка. Реализуемые в станке движения
Структурно-кинематическая схема станка .15
Кинематическая схема станка мод. 1В640Ф3 19
График частот вращения привода главного движения
станка заданной моделию 21
Режимы работы станка заданной модели. Система управления станка 23
Приспособления оснастка и вспомогательный инструмент
применяемые на станке 1В640Ф3 ..27
Механизмы передачи и преобразования движений используемые в кинематических цепях станка 1В640Ф3 35
Конструкция шпиндельного узла ..38
Список используемых источников ..41
Изготовление большинства деталей машин работающих в любой отрасли промышленности невозможно без применения металлообрабатывающих станков.
История создания отечественных станков начинается с середины 17 – начала 18 века когда совершенствовалось производство в Тульско-Каширской группе оружейных заводов. Выдающийся русский механик А.К. Нартов возглавляющий токарную мастерскую Петра Первого изобрел токарный станок с механическим суппортом. В то время некоторые станки были направлены в качестве дипломатического подарка в Париж и Берлин.
Развитие машиностроения непосредственно связано с совершенствованием технологических машин и в первую очередь станков и станочного оборудования.
В условиях рыночной экономики развитие машиностроения должно осуществляться интенсивными методами в первую очередь за счёт автоматизации и механизации использования прогрессивных технологий. Постоянное обновление ассортимента продукции при высокой производительности труда и снижения затрат на производство предусматривается использование станков с ЧПУ обрабатывающих центров и автоматических линий на их основе.
Современное серийное производство подразумевает использование оборудование оснащённое системами ЧПУ. Применение числового программного управления не только изменило характер организации производства но и коренным образом повлияло на конструкцию самих станков. Изменился принцип построения кинематических схем и компоновок станков. Разветвлённые кинематические связи уступили место элементарно простым связям с автономным приводом по каждой из координат перемещения.
Назначение оборудования. Технологические операции (схемы обработки) выполняемые на станке 1В640Ф3
Станок токарный вертикальный инверторного типа с ЧПУ мод. 1В640Ф3 предназначен для обработки деталей типа дисков фланцев сложной конфигурации в патроне с высокой точностью как из черных и цветных металлов так и из высоколегированных сталей. Станок может применяться в различных областях промышленности для комплексной обработки деталей типа тел вращения.
Деталь при обработке зажата в патроне.
Технологические операции выполняемые на станке мод.1В640Ф3:
а)Токарная обработка наружных внутренних и торцовых поверхностей.
б)Обработка стержневым инструментом при вращении детали
(сверление развертывание нарезание резьбы).
в)Обработка вращающимся инструментом при неподвижной детали
(фрезерование обработка отверстий).
Схемы обработки выполняемые на станке – см. чертеж БНТУ.СТ.536.675.19.001.
Компоновка станка мод. 1В640Ф3. Состав и функциональное назначение узлов станка. Основные технические характеристики станка. Рабочая зона станка.
Станок мод. 1В640Ф3 представляет собой токарный станок инверторного типа т.е. с вертикальным верхним расположением шпинделя.
Рассмотрим компоновку станка (рис.1). Основание станка состоит из двух корпусных деталей. Обе детали - это литье корпуса жесткой коробчатой формы из серого чугуна. Деталь 1 является базой на которой монтируются все остальные узлы.
На верхней горизонтальной плоскости дет.2 крепятся две роликовых направляющих качении оси X 4 и шариковый винт 5 в подшипниковых опорах.
Шпиндельная бабка 3 устанавливается подвижно (на направляющих качения - ось Z поз.6) на вертикальной плоскости основания (суппорт портальный ) (дет.7). Контроль перемещения шпиндельной бабки по оси Х осуществляет датчик линейных перемещений (абсолютный) (ф."HEIDENHAIN") поз.8.
Суппорт портальный 7 работает по программе от ЧПУ и перемещается вдоль оси Х по роликовым направляющим качения 4. Крутящий момент передается от серводвигателя 9 через эластичную мембранную муфту на шариковый винт (50х20) 5. Смазка кареток роликовых направляющих по осям X и Z густая а ШВП осуществляется централизованно дозаторами от одной станции смазки 10 через блок одномагистральных питателей с контролем срабатывания питателя бесконтактным выключателем.
Смазка роликовых комбинированных подшипников являющихся опорой ШВП осуществляется пластичной смазкой ЛКС-2 ТУ38.1011015-85 (заменитель isoflex NBU-15 фирмы «KLUBER» ФРГ).
Управление перемещениями суппорта по двум координатам в рабочей зоне производится устройством ЧПУ а предварительный контроль исходного положения и выход в зону аварийного перебега обеспечивается блоком контактных переключателей ф. «BALLUFF» поз11.
Заготовка при обработке зажимается в патроне 12.
Режущий инструмент устанавливается в двенадцатипозиционную
электромеханическую револьверную головку с инструментальным диском SM- BR 20 D1 В 12 360 4030 ф. "DUPLOMATIC" поз.13.
Двенадцатипозиционная электромеханическая револьверная головка крепится неподвижно на верхнюю плоскость основания и поворачивается в обоих направлениях. Инструментальный диск имеет 12 отверстий диаметром 40мм. для крепления резцедержателей с системой зажима в соответствии с DIN 69880.
На станке 1В640Ф3 применяется измерительная система (LP2H DD ф. REINISHAW). Измерительная система LP2H DD предназначена для контроля размеров деталей на станке тем самым сигнализирует о необходимости: корректировать программу или подналадить инструменты или его заменить. LP2H-DD имеет двойную диафрагму которая защищает от попадания капель охлаждающей жидкости. Измерительное устройство 1В640-970 установлено в зоне отделенной от зоны обработки раздвижными щитками 1В640-113. Раздвижные щитки защищают измерительное устройство от попадания горячей стружки.
Измерительная система LP2H DD контролирует деталь по осям X и Z. Перебег измерительной системы после касания контактного датчика 15° по оси X и 5мм. по оси Х и Z. Точность позиционирования при перемещении в одном направлении - 50мк. при скорости перемещения 480мммин. и длине контактного датчика 35мм.
Охлаждающая жидкость подводится через револьверную головку к каждому инструменту находящемуся в рабочем положении. Жидкость попадает к вершине инструмента расход регулируется.
На станке предусмотрено кабинетное ограждение которое закрывает зону резания и предохраняет от разбрызгивания охлаждающей эмульсии и разбрасывания стружки.
Двери ограждения закрываются и открываются вручную. Закрытие левой и правой двери контролируется. По сумме команд включается электрический замок не позволяющий открыть двери во время автоматического цикла.
Стружка удаляется из зоны обработки гидросмывом и попадает на шнековый транспортер. Стружка отделяется от СОЖ и попадает в тару цеха. На баке 14 два насоса один из которых подает СОЖ на гидросмыв а второй - к режущему инструменту.
Заготовка подается в зону резания по транспортеру 15. Захват детали осуществляется патроном. После того как деталь зажимается в патрон суппорт по горизонтальным направляющим качения подается к револьверной головке. После обработки производится обмер детали измерительной системой LP2H DD для чего суппорт откатывается назад. После обмера деталь возвращается на шаговый транспортер поз.16 который перемещает ее на транспортер разгрузки поз.17. Цикл повторяется заново.
1 Основные технические характеристики станка мод. 1В640Ф3.
Продолжение таблицы 1.
Мощность двигателя привода шпинделя
Постоянный режим 30 мин.
Мощность двигателя привода гидронасоса
Мощность двигателя привода смазки
Мощность двигат. подачи СОЖ и смыв стружки
Общее потребление электроэнергии
Длина (со стружкоуборочным транспортером)
* - для исполнения с мотор-шпинделем.
2 Рабочая зона станка 1В640Ф3
Рабочая зона станка (X × Z) – 850 × 380мм;
Запас хода по оси Х - ± 40мм;
Запас хода по оси Z - ±30мм.
На рисунке 2 показана рабочая зона станка 1В640Ф3.
Рисунок 2-Рабочая зона станка 1В640Ф3 ( выделена на рисунке)
Виды движения узлов станка. Реализуемые в станке движения формообразования
На станке мод.1В640Ф3 выполняются следующие виды движения узлов станка:
Движения формообразования;
Установочные движения;
Делительные движения;
Вспомогательные движения.
На рисунке 3 показаны виды движения узлов станка.
Рисунок 3- Движения реализуемые на станке.
Установочными называют движения заготовки и инструмента необходимые для перемещения их в такое относительное положение при котором становится возможным с помощью формообразующих движений получать поверхности требуемого размера (в станке 1В640Ф3 перемещение детали зажатой в патроне для установления ее в положение позволяющее получить требуемый размер).
Установочное движение при котором отсутствует резание называют наладочным. Например: поворот револьверной головки движение шпиндельной бабки (в случае нарезания пазов и т.д.).
К вспомогательным движениям относятся движения обеспечивающие установку зажим освобождение транспортирование быстрое перемещение заготовки и режущего инструмента в зону резания охлаждение смазывание удаление стружки правку инструмента и т. п. Например: быстрый подвод и отвод шпиндельной бабки.
К движениям подачи относят те которые совершают органы управления регулирования и координирования всех других исполнительных движений станка. К таким органам относятся муфты реверсирующие устройства кулачки ограничители хода и др. Например: перемещение суппорта по осям х и z.
Согласованные относительные движения заготовки и режущего инструмента которые непрерывно создают производящие линии а следовательно поверхность заданной формы в целом называют формообразующими (рабочими).
В зависимости от формы производящей линии и метода ее образования движения формообразования могут быть простыми и сложными. К простым движениям формообразования относят вращательное и прямолинейное. Например: вращение инсрумента вращение шпинделя (в случае токарной обработки).
Сложными формообразующими движениями являются те траектории которых образуются в результате согласованности взаимозависимых двух и более вращательных или прямолинейных движений а также их сочетаний.
Таким образом различают:
Движения формообразования
Главное движение (см. рисунок 3)
- вращение инструмента (в случае работы вращающимся инструментом - фрезерование) (В);
- вращение шпинделя (в случае обычной токарной обработки) (С).
- перемещение суппорта по оси х (Х);
- перемещение шпиндельной бабки по оси z (Z);
-круговая подача шпинделя при фрезеровании (С).
Установочные движения
- поворот револьверной головки (А);
- вращение шпинделя (в случае нарезания пазов граней и т.п.) (С)
В револьверной головке предусмотрена установка приводного инструмента (см. раздел 11).
1 Реализуемые в станке движения формообразования.
Рассмотрим методы формообразования поверхностей на станке 1В640Ф3.
На токарном станке мод. 1В640Ф3 процесс формообразования автоматизирован. Формообразующими движениями являются вращательное и поступательное движения заготовки (главное движение и движение подачи). Резец в нашем случае остается неподвижным. Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольное движение подачи) перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечное движение подачи).
При обработке поверхностей резанием в зависимости от вида режущего инструмента и формы его режущей кромки используют четыре метода образования производящих линий: копирование обкат след и касание.
Метод копирования состоит в том что форма производящей линии получается в виде копии (отпечатка) формы режущей кромки инструмента или его профиля. Другими словами формы образуемой производящей линии и режущей кромки инструмента совпадают (идентичны). Этот метод применяют в тех случаях когда для получения производящих линий используют фасонный режущий инструмент. В связи с тем что форма образуемой производящей линии уже заложена непосредственно в режущем инструменте для получения производящей линии методом копирования не требуется никакого формообразующего движения.
Метод обката заключается в том что форма образуемой производящей линии возникает в виде огибающей ряда последовательных положений занимаемых режущей хромкой инструмента при обкатывании ею без скольжения образуемой линии. В Процессе получения производящей линии либо режущая кромка инструмента катится по образуемой ею же линии либо они взаимно обкатываются. Другими словами образуемая производящая линия и линия режущей кромки инструмента должны быть взаимоогибае-мыми. Для получения производящей линии методом обката требуется одно но всегда сложное формообразующее движение — движение обката (качения).
Метод следа состоит в том что форма производящей линии получается в виде следа режущей точки (практически это весьма короткий отрезок линии) кромки инструмента при относительном движении заготовки и инструмента. Поэтому для получения производящей линии методом следа необходимо одно простое или сложное формообразующее движение (в зависимости от формы образуемой линии).
Метод касания заключается в том что форма производящей линии возникает в виде огибающей мест касания множества режущих точек вращающегося инструмента в результате относительных движений оси вращения инструмента (шпинделя) и заготовки.
Рассмотрим методы формообразования поверхностей на примере выполняемых на станке 1В640Ф3 операций:
а) точение – метод следа
б) подрезка торца – метод следа
в) обработка фасонной поверхности – метод следа
г) растачивание – метод следа
д) сверление зенкерование развертывание – метод следа
ж) нарезание резьбы метчиком – метод копирования
З) фрезерование – касания
ДS1 – круговая подача шпинделя с заготовкой
ДS2 –подача шпиндельной бабки с заготовкой по оси Z
Рисунок 4 – Общий вид обработки детали.
Структурно-кинематическая схема станка
Графический документ на котором показаны в виде условных изображений и обозначений составные части изделия и связи между ними в соответствии с ГОСТ 2.102—68 называют схемой.
Виды и типы схем общие требования к их выполнению регламентируются ГОСТ 2.701—84. Схемы облегчают изучение устройства изделия. В зависимости от видов элементов входящих в состав изделия и связи между ними схемы разделяют на электрические (Э) гидравлические (Г) пневматические (FT) кинематические (К) оптические (Л) и др. В зависимости от основного назначения схемы разделяют на следующие типы: структурные функциональные принципиальные соединений подключения и т. д.
Структурная схема определяет основные функциональные части изделия их назначение и взаимосвязь.
Функциональная схема разъясняет процессы протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом.
Принципиальная (полная) схема определяет полный состав элементов и связей между ними в изделии дает детальное представление о принципах работы изделия.
Схема соединений (монтажная) показывает соединения составных частей изделия и определяет провода кабели трубопроводы осуществляющие эти соединения а также места их присоединения.
Кинематические принципиальные схемы (КЗ) показывают последовательность передачи движения от двигателя через передаточный механизм к рабочим органам или инструментам а также дают возможность судить о способах их регулирования контроля управления ими.
Упрощенная структурно-кинематическая схема токарного станка 1В640Ф3 показана на рисунке 5.
Рисунок 5 – Структурно-кинематическая схема станка 1В640Ф3.
Каждое исполнительное движение осуществляется кинематической группой.
В состав кинематической группы входят: источник движения кинематические связи органы кинематической настройки.
Под исполнительными органами понимают подвижные конечные звенья кинематической группы непосредственно учавствующие в образовании траектории исполнительного движения (электродвигатель либо один из исполнительных органов). Исполнительные органы осуществляющие абсолютное или относительное движение заготовки или режущего инструмента в процессе формообразования называют рабочим.
Кинематические связи обеспечивают связь между звеньями или исполнительными органами (зубчатые червячные зацепления механизмы реверсирования суммирования и т.д.).
Органы кинематической настройки служат для обеспечения необходимой скорости движения исполнительного органа (редуктор коробка скоростей сменные колеса и т.д.).
В зависимости от числа исполнительных органов кинематические группы делятся на: 1. Простые (1 исполнительный орган);
Сложные ( 2 и более исполнительных органа).
Рассмотрим структурно-кинематическую схему станка 1В640Ф3. Выделим кинематические цепи запишем для каждой цепи конечные звенья для конечных звеньев составим условие кинематического согласования или преобразования перемещений (расчетные перемещения) запишем уравнения кинематического баланса и выведем формулы настройки.
Главное движение – вращение шпинделя 1.
КЗ: электродвигатель - шпиндель;
РП: n дв1 мин-1 электродвиг. М1 n мин-1 шпинделя с заготовкой
Движение подачи по оси x.
КЗ: электродвигатель- шпиндельная бабка;
РП: nдв2 мин-1 электродвиг. М2 Sмммин шпиндельная бабка
где Р – шаг резьбы мм.
При резьбонарезании:
КЗ: шпиндель - шпиндельная бабка ;
РП:1об.шп. Р1 (Р1 – шаг резьбы) перемещение шпиндельной бабки
- передаточное отношение системы ЧПУ электронной гитары.
Движение подачи по оси z.
КЗ: электродвигатель- суппорт портальный;
РП: n эл. дв3 мин-1электродвиг. М3 Sмммин суппорта
Кинематическая схема станка мод. 1В640Ф3.
Кинематическая схема станка мод.1В640Ф3 показана на рисунке 6.
Рисунок 6 – Кинематическая схема станка мод. 1В640Ф3.
Рассмотрим кинематические цепи станка 1В640Ф3.
Цепь главного движения.
Главным движением в станке 1В640Ф3 является вращение шпинделя. Вращение шпинделю сообщается от электродвигателя М1 через двухскоростной редуктор и ременную передачу (зубчатый ремень) с зубчатыми шкивами Z1=63 и Z2=94.
Вращение шпинделя осуществляется бесступенчато в диапазоне 10 2000обмин. Первый диапазон позволяет получать от 10до 500 обмин а второй от 250 до 2000обмин. Переключение происходит автоматически при выборе необходимых оборотов на пульте либо при работе по программе.
Кинематическая цепь составляется из движущихся сопряженных между собой и передающих друг другу движение деталей. Если началом кинематической цепи является источник движений – электродвигатель то можно найти связь между начальным и конечным звеном.
КЗ: электродвигатель- шпиндель;
РП: n эл.дв.1 мин-1 n мин-1 шпинделя;
Подставляя численные значения в формулы получим:
Привод круговой подачи:
КЗ: электродвигатель-шпиндель;
РП: n мин-1 электродвиг. S кр.мммин шпиндель
Цепь подачи по оси х.
Вращение от электродвигателя М2 через зубчатую муфту передается на шарико-винтовую передачу которая придает исполнительному органу прямолинейное перемещение. Исполнительным органом является шпиндельная бабка.
КЗ: электродвигатель-шпиндельная бабка;
РП: n эл.двиг.2мин-1 электродв. Sмммин шпиндельной бабки
УКБ: nэл.двиг.2·Р=Sмммин
Цепь подачи по оси z.
Вращение от электродвигателя М3 через зубчатую муфту передается на шарико-винтовую передачу которая придает исполнительному органу прямолинейное перемещение. Исполнительным органом является суппорт портальный.
РП: n эл.двиг.3 мин-1 элдвигатель Sмммин суппорта
УКБ: n эл.двиг.3элдвиг.·Р=Sмммин
График частот вращения привода главного движения станка заданной модели
Главным движением в станке 1В640Ф3 является вращение шпинделя. Вращение шпинделю сообщается от электродвигателя М1 – 1PH7137-7ND02-0BD0 через двухскоростной редуктор с передаточными числами і=1 и і=4 и ременную передачу с зубчатыми шкивами Z1=63 и Z2=94.
График частот вращения привода главного движения станка 1В640Ф3 представлен на рисунке 7.
Режимы работы станка заданной модели. Система управления станка.
В станке движения всех подвижных органов и загрузка деталей в патрон автоматизированы а загрузка заготовок в накопитель и разгрузка обработанных деталей из накопителя производится оператором вручную или с помощью грузоплъемных механизмов.
Двери станка закрываются вручную оператором и во время обработки детали заблокированы.
Токарный станок с ЧПУ 1В640Ф3 может работать в следующих режимах:
Автоматический режим.
В наладочном режиме оператор производит подготовку станка к работе в автоматическом режиме: загружается необходимая программа обработки проверяется согласованность движений узлов станка производится наладка станка на обработку детали.
Управление работой отдельных механизмов станка можнов выполнять посредством системы управление: кнопками клавишами панели пульта или технологическим функциями. Ручное (клавишное) упраление станком возможно для большинства механизмов в том случае если станок не выполняет автоматические функции в режиме АUT.
Общим условием для управления каким-либо механизмом является включенная гидравлика станка.
В ручном режиме можно:
- Настраивать эталонные положения системы координат станка;
элементами зажима обрабатываемой детали;
работой револьверной головки;
охлаждением инструмента;
внешними дверями ограждения;
стружкоуборочным транспортом;
работой транспортеров станка и др.
На пульте станка установлена кнопка "СТОП" которая позволяет немедленно остановить станок в случае возникновения угрозы эксплуатирующему персоналу или станку.
В автоматическом режиме станок работает по циклу.
Цикл работы станка в автоматическом режиме:
- подвод заготовки в зону захвата патроном;
- перемещени суппорта по оси Х перемещение шпиндельной бабки по оси Z зажим заготовки патроном;
- перемещение суппорта в зону обработки;
- перемещение суппорта с деталью в зону контроля;
- контроль детали щупом;
- перемещение суппорта к транспортеру разгрузки;
Цикл повторяется заново.
Программное управление (ПУ) – это совокупность команд обеспечивающих функционирование рабочих органов станка в заданной последовательности.
Система ЧПУ (СЧПУ) - совокупность методов устройств обеспечивающее ЧПУ станков.
По назначению СЧПУ различают:
Прямоугольные (Ф1) - позволяют обрабатывать простые прямоугольные профили. Управление ведется поочередно по каждой координате.
Позиционные (Ф2) - обеспечивают точные ускоренные перемещения рабочих органов от позиции к позиции (движение позиционирования).
Контурные (непрерывные) (ФЗ) - обеспечивают обработку сложных профилей. Управление ведется по нескольким координатам.
Комбинированные (универсальные) (Ф4) - обеспечивают обработку сложных профилей деталей по нескольким координатам одновременно точное позиционирование ускоренных перемещений.
На станке 1В640Ф3 применена контурная система ЧПУ фирмы "SIEMENS".
Структурная схема системы ЧПУ представлена на рис. 8а. Чертеж детали (ЧД) подлежащий обработке на станке с ЧПУ одновременно поступает в систему подготовки программы (СПП) и систему технологической подготовки (СТП). Последняя обеспечивает СПП данными о разрабатываемом технологическом процессе режиме резания и т.д. На основании этих данных разрабатывается управляющая программа (УП). Наладчики устанавливают на станок приспособления режущие инструменты согласно документации разработанной в СТП. Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор или автоматический загрузчик. Считывающее устройство (СУ) считывает информацию с программоносителя. Информация поступает в устройство ЧПУ которое выдает управляющие команды на целевые механизмы (ЦМ) станка осуществляющие основные и вспомогательные движения цикла обработки.
ДОС на основе информации (фактическое положение скорость перемещения исполнительных узлов фактический размер обрабатываемой поверхности тепловые и силовые параметры технологической системы и др.) контролируют величину перемещения ЦМ. Станок содержит несколько ЦМ каждый из которых включает в себя (рис.8 б): двигатель (ДВ) являющийся источником энергии; передачу П служащую для преобразования энергии и ее передачи от двигателя к исполнительному органу (ИО); собственно ИО (стол салазки суппорт шпиндель и т.д.) выполняющие координатные перемещения цикла.
Рисунок 8- Структурная схема системы ЧПУ (а) и целевого механизма (б)
Для получения на станке детали соответствующей чертежу в систему ЧПУ вводятся данные на языке САП в виде последовательности операторов определяющих геометрию готовой детали и заготовки точность и шероховатость обрабатываемых поверхностей материал детали. Каждый оператор является самостоятельным этапом алгоритма описывающего получение детали из заготовки.
Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ связано с использованием программаторов (как правило специально выделяемый для этих нужд ноутбук).
Станок 1В640Ф3 имеет пульт управления через который оператор задает управляющие команды.
Программирование станка происходит через подключение программатора к панели управления.
После установки управляющей программы происходит пробный пуск станка и испытание станка на обрабатываемых деталях.
Для большинства деталей обрабатываемых на станках с ЧПУ характерна высокая сложность технологических процессов обработки при повышенных требованиях к точности и шероховатости поверхностей. В этих условиях практически невозможно подготовить работоспособную программу без внесения в нее изменений на этапе отладки. Коррекция управляющей программы обычно подразумевает внесение поправок на величины перемещений размеры инструментов погрешности технологических баз и кинематических цепей.
При решении задач управления конкретным станком СЧПУ производит определенную последовательность логических и арифметических операций которая составляет алгоритм работы системы. В аппаратных системах ЧПУ алгоритм работы реализуется специальным построением электронных схем – функциональных улов работающих параллельно в течение каждого цикла (рис.9).
Рисунок 9-Структурная схема аппаратной системы числового управления
Приспособления оснастка и вспомогательный инструмент применяемые на станке 1В640Ф3
К приспособлениям для станков с ЧПУ предъявляется ряд специфических требований обусловленных особенностью этих станков несоблюдение которых значительно снижает эффективность применения станков с ЧПУ.
Приспособления должны иметь повышенную размерную точность. По-
грешности базирования и закрепления возникающие при установке заготовок в приспособлениях должны быть сведены к минимуму. Для возможности использования полной мощности станка на черновых операциях приспособления должны иметь повышенную жесткость. В то же время конструкция приспособления должна обеспечить получение высокой точности на чистовых операциях.
Для установки деталей типа втулок фланцев стаканов коротких валиков
наиболее широкое применение находят самоцентрирующие трехкулачковые патроны.
Патроны для станков токарной группы должны обеспечивать: 1) сокращение времени затрачиваемого на смену (установку и съем) заготовок на переналадку или замену кулачков при переустановке заготовок или смене объекта обработки на смену патронов а также на переналадку станка с патронных на центровые работы; 2) соосность оси заготовки относительно оси шпинделя станка в процессе обработки что предъявляет к патронам требование стабильной точности центрирования заготовок а также жесткости узлов патронов; 3) силу эажима гарантирующую в процессе обработки неизменное положение заготовки достигнутое при базировании т. е. препятствовать повороту и смещению заготовки под действием моментов и сил резания; 4) снижение или даже исключение влияния центробежных сил на силу зажима заготовок кулачками; 5) достаточный размер центрального отверстия для возможности обработки в одном в том же патроне как штучных так в прутковых заготовок; 6) возможность установки в одном патроне заготовок различной конфигурации.
Сокращение времени затрачиваемого на растачивание незакаленных кулачков после их установки в патроне на станках с ЧПУ может быть достигнуто за счет растачивания кулачков автоматически по заданной программе.
На станке 1В640Ф3 применяется зажимной патрон NT-M315.
Патрон быстропереналаживаемый клинореечный мод. NT-M315 фирмы Schneider+Welsshaupt (SMW ФРГ) (рис.10). Быстрая переналадка кулачков патронов осуществляется поворотом ключа валиков 2 с эксцентрично расположенными пальцами которые перемещают рейки 3 и их косые зубья выходят из зацепления с зубьями оснований кулачков. Вследствие этого кулачки можно быстро вынуть из пазов корпуса патрона для переустановки или замены комплекта кулачков. Подпружиненные штыри 6 предназначены для возврата реек 4 в положение при котором зубья кулачков войдут в зацепление с зубьями реек. Закрепление обрабатываемых заготовок осуществляется устанавливаемым на заднем конце шпинделя цилиндром зажима SIN-S150 соединенным тягой со втулкой 5 патрона клиновые выступы которой контактируют с клиновыми пазами реек 4. Максимальные частоты вращения шпинделя станка при применении таких патронов диаметром 140—630 мм соответственно 6300—1700 мни-1. В комплекте с патроном идет набор кулачков для обработки деталей разных диаметров.
Рисунок 10- Патрон быстропереналаживаемый мод. NT-M315.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Вспомогательный инструмент токарных станков должен обеспечивать крепление резцов сверл (с коническим и цилиндрическим хвостовиками) зенкеров разверток метчиков и плашек и удовлетворять следующим основным требованиям: быть достаточно жестким; иметь высокую точность и стабильность базирования и крепления режущего инструмента; позволять выполнять все технологические операции предусмотренные технической характеристикой станка; легко и быстро устанавливаться и сниматься; иметь межразмерную унификацию; обеспечивать настройку инструмента вне станка.
Наиболее широкое распространение получили станки с револьверными головками позволяющими крепить режущий инструмент с помощью вспомогательного инструмента или с непосредственной установкой резцов. Способы установки вспомогательного инструмента в револьверной головке различны. Широко применяется центрирование по конусу или цилиндрическому хвостовику скреплением винтами за фланец прижимными винтами в лыску хвостовика зажимными сухарями за цилиндрический хвостовик и рифленым клином за рифления по лыске цилиндрического хвостовика. Эти способы крепления вспомогательного инструмента получили распространение на патронно-центровых станках имеющих шести- и восьмигранные револьверные головки. На одной грани головки может быть закреплено несколько резцедержателей с режущчим инструментом для наружной и внутренней обработки.
Базирование осуществляется по направляющим в виде призм сфер или типа «ласточкина хвоста» а также креплением эксцентриком или прижимными планками используют базирование по призмам с креплением прихватами. Реже выполняется базирование вспомогательного инструмента по зубчатому венцу с креплением эксцентриком или винтами базирование по шпонке или штифтам с креплением винтами а также базирование по крутому конусу с креплением эксцентриком. Применяется и непосредственное крепление режущего инструмента в револьверных головках.
Базирование и крепление с помощью цилиндрического хвостовика обеспечивает надежное центрирование инструмента.
Конструкция цилиндрического хвостовика у вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ по сравнению с обычными станками несколько видоизменена: введена плоская лыска на которой в ряде случаев выполняют рифления. Базирование резцедержателя проводится по цилиндру хвостовика и штифту обеспечивающему точную угловую установку инструмента который крепится в револьверной головке с помощью сухаря или клипа также имеющего рифления но смещенные относительно рифления хвостовика. В результате вспомогательный инструмент прижимается к револьверной головке станка с усилием в несколько килоньютонов. Жесткость такого соединения превышает жесткость соединения без рифлений в 3 раза.
Наличие разных способов крепления вспомогательного инструмента на участках токарных станков с ЧПУ усложняет работу инструментально-раздаточных кладовых.
Поэтому с целью взаимозаменяемости вспомогательного инструмента принято единое исполнение присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента и револьверных голосок станков.
На станке 1В640Ф3 применяются следующие вспомогательные инструменты (в соответствии со спецификацией инструментальной наладки):
Державка B3-40x25x44 DIN69880 (3шт.)
Державка E1-40x25 DIN69880 (1шт.)
Державка PRA-C-40-E3241-BR W20x0.8x30x24 DIN5480 (5шт.)
Цанга ER32470E (5шт.)
Подкладка 218.286.220 DIN69880 (3шт.).
Анализ технологических процессов обработки деталей типа тел вращения показал что в токарных станках достаточно острой является проблема быстрого перехода к осуществлению операций сверления отверстий расположенных не по оси вращения детали фрезерования лысок шпоночных пазов и т. п. Указанная проблема решается путем создается и применения многоцелевых токарных станков. Дополнительные функции токарного станка обеспечиваются за счет оснащения шпинделя станка приводом его углового позиционирования и приводом вращения инструмента.
В револьверной головке станка 1В640Ф3 предусмотрена возможность установки вращающегося инструмента.
Рассмотрим несколько примеров.
Прямые головки для вращающегося инструмента (с цанговым патроном с конусом Морзе и резьбонарезная) отличаются только конфигурацией шпинделя поэтому особенности конструкций рассмотрены на примере головки с цанговым патроном (рис.11) В головке могут закрепляться режущие инструменты с диаметром хвостовика до 20 мм. Головка состоит из корпуса 2 и шпинделя 1 установленного в подшипниках 3—5 натяг которых обеспечивается пружинящей гайкой 8. Уплотнение подшипника 3 со стороны рабочей зоны осуществляется манжетой 9 расположенной в крышке 10. Регулирование осевого положения муфты 7 через которую передается крутящий момент производится с помощью гайки 6. Для закрепления режущих инструментов с цилиндрическим хвостовиком (фрез сверл) используются унифицированные элементы: гайка 13 цанга 12 и регулировочный винт 11. СОЖ подается в зону резания с помощью сопла 14.
Угловые головки для вращающихся инструментов так же как и прямые отличаются только шпинделем. Угловая головка с цанговым патроном представлена на рис. 12. В корпусе 1 размещена коническая передача (передаточное отношение 1). состоит из ведущего вала-шестерни 2 и ведомой шестерни 3 закрепленной на валу-шпинделе 4 гайками 5. Вал-шестерня устанавливается в корпусе в подшипниках 6-8 натяг которых обеспечивается пружинящей гайкой 9 а шпиндель — в подшипниках 10 11 которые стягиваются гайкой 12. От внешних воздействий шпиндельный узел защищен крышками 13—15 причем в крышке 15 размещена уплотнительная манжета 16. Регулирование осевого положения муфты 17 передающей крутящий момент подача СОЖ в зону резания и закрепление режущего инструмента осуществился так же как и у прямой головки.
Все рассмотренные выше вращающиеся головки предназначены для работы с частотой вращения до 2500 мин-1; максимальный крутящий момент 50 Н м.
Рисунок 11- Прямая вращающаяся головка с цанговым патроном.
Рисунок 12- Угловая вращающаяся головка с цанговым патроном.
Рисунок 13 – Приводной инструмент.
Для токарных станков с ЧПУ с револьверными головками резцедержатели и вспомогательный инструмент для вращающегося инструмента изготовляют с цилиндрическими хвостовиками по ГОСТ 24900-81 и стандарту DIN 69880. Основные размеры резцедержателей приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1 Основные размеры мм цилиндрических хвостовиков для токарных станков с ЧПУ
На токарных станках с ЧПУ применяют головки со сменными зажимными цангами для крепления сверл и концевых фрез с цилиндрическими хвостовиками прямые (табл.11.2) и угловые (табл.11.3) головки с внутренним конусом Морзе прямые (табл.11.4) угловые (табл.11.5) головки с предохранительными и компенсирующими устройствами для нарезания резьбы метчиками прямые (табл.11.6) и угловые (табл. 11.7).
Таблица 11.2 Головки со сменными зажимными цангами для крепления сверл и концевых фрез прямые
Таблица 11.3 Головки со сменными зажимными цангами для крепления сверл и концевых фрез угловые
Таблица 11.4 Головки с внутренним конусом Морзе прямые
Таблица 11.5 Головки с внутренним конусом Морзе угловые
Таблица 11.6 Головки с предохранительными и компенсирующими устройствами для нарезания резьбы метчиками прямые
Таблица 11.7 Головки с предохранительными и компенсирующими устройствами для нарезания резьбы метчиками угловые
Механизмы передачи и преобразования движений используемые в кинематических цепях станка 1В640Ф3.
В металлорежущих станках для передачи вращательного движения применяют ременные цепные зубчатые и фрикционные передачи; для поступательного движения - винт-гайка реечную передачу кулачковые механизмы.
Не смотря на всю сложность системы ЧПУ кинематика токарного станка с ЧПУ 1В640Ф3 очень проста.
В станке 1В640Ф3 для передачи вращательного движения от электродвигателя к шпинделю шпиндельной бабки применяется ременная передача (зубчатая).
Уникальность таких передач в том что они сочетают определенные положительные стороны как зубчатых так и ременных передач - относительно высокую нагрузочную способность компактность привода сравнительно невысокие предварительные натяжения и нагрузки на валы и опоры стабильность передаточного числа (u 12; в специальных случаях до 20) при высоких окружных скоростях ремня (от 05 до 50 мс; в редких случаях v = 80 мс) большой диапазон передачи мощности (от 02 до 100 кВт а уникальные - до 750 кВт) относительно высокое значение КПД (до = 098) обладает хорошей демпфирующей способностью не требует смазывания - при таких недостатках как более сложная по сравнению с ременной передачей конструкция и технология изготовления ремней и шкивов меньшая передаваемая мощность и долговечность чем у зубчатых передач.
Основным параметром передачи как и зубчатой является модуль t =р
Зубчатые ремни имеют наибольшее количество конструктивных вариаций по сравнению с плоскими круглыми и клиновыми ремнями. Ремни зубчатые помимо расположения зуба (на внутренней поверхности наружной или двусторонние ремни) могут иметь постоянный или переменный шаг зубьев выполняться с полукруглыми зубьями или трапецеидальными.
Трапецеидальные зубчатые ремни имеют зуб схожий по геометрии с зубом металлических зубчатых реек применяемых в реечно-зубчатых передачах. Трапециидальный зуб более прост в технологическом плане но по техническим и эксплуатационным характеристикам уступает зубчатым ремням с полукруглым зубом. Ремни зубчатые с полукруглым зубом позволяют обеспечить более плавное зацепление и плавный ход ременной передачи кроме того полукруглый зуб позволяет создавать более равномерное натяжение ременной передачи.
Большую роль для эксплуатационных характеристик ремня зубчатого играет материал из которого он изготовлен.
Так например для силовых и ответственных передач используют зубчатые ремни армированные металлическим кордом. Такие ремни зубчатые способны передавать большие крутящие моменты на высоких скоростях отлично сопротивляются растягивающему нагружению.
Рисунок 14- Схема ременной передачи и основные размеры
Параметры поперечного сечения поликлиновых ремней показаны на рисунке 15.
Рисунок 15- Параметры поперечного сечения поликлиновых ремней.
В станке 1В640Ф3 для преобразования вращательного движения в поступательное (перемещение суппорта шпиндельной бабки) применяется шарико-винтовая передача.
Передача винт-гайка качения обеспечивает высокую осевую жесткость и равномерность движения. Применяется в приводах подач точных станков таких как шлифовальные копировально-фрезерные координатно-расточные и ряд станков с программным управлением. Преимуществом передачи является возможность полного устранения зазора в резьбе низкие потери на трение (к. п. д. достигает 09-095) и почти полная независимость силы трения от скорости. Все это делает передачу прецизионной и обеспечивает возможность осуществления точного режима работы и повторяемости процесса.
Вместе с тем данная передача имеет весьма низкую нагрузочную способность в связи с существенным различием кривизны рабочих поверхностей что вызывает высокие контактные напряжения. Сложность и трудоемкость изготовления в основном зависят от размеров передачи точности от материалов винта и гайки.
Сложность конструкции и трудности изготовления гаек определяется прежде всего способами переката и возврата шариков в исходное положение.
На рис. 16 представлены конструкции передач у которые по-разному решается этот вопрос. В одной из них (рис. 17 а) каналом возврат: служит продольное отверстие просверленное в гайке и соединяющееся с началом первого и концом последнего витков. В другом устройстве (рис. 17 б) канал возврата соединяющий два соседних витка гайки выполнен в виде специального вкладыша 1 который заставляет шарики циркулировать только в пределах одного шага резьбы. Обычно в гайке имеется три цепи шариков расположенных по окружности под углом 120°. Преимуществами последней конструкции являются: малые размеры отсутствие быстроизнашивающихся деталей и малая длина каналов возврата. Недостаток конструкции - нельзя делать передачу с многозаходной резьбой.
Рисунок 16- Общий вид ШВПРисунок 17-Конструктивная схема
шариковой винтовой передачи
Конструкция шпиндельного узла.
Корпус шпиндельной бабки выполнен литым из чугуна.
Передняя опора шпинделя - комплект (триплекс) точных роликовых радиально-упорных подшипников с предварительным натягом заполненных пластичной смазкой (рис. 18).
Задняя опора шпинделя - комплект (дуплекс) с предварительным натягом заполненный пластичной смазкой. Шпиндель отбалансирован.
Рисунок 18- Передняя опора шпинделя. Рисунок19-Шпиндельные узлы токарных
К заднему торцу шпинделя через шайбу крепится гидроцилиндр для зажима обрабатываемой детали SIN-S 150 ф. SMW-AUTOBLOK. Ход поршня цилиндра контролируется бесконтактным выключателями. Тяга от гидроцилиндра к патрону NT-M315 проходит через отверстие в шпинделе.
Вращение шпинделя осуществляется бесступенчато от электродвигателя 1PH7137-7ND02-OBDO через двухскоростной редуктор 2LG4215-3FC11 (ф. "ZF") и зубчатую ременную передачу в диапазоне 10 2000 обмин.
Привод шпинделя размещен на кронштейне закрепленном на передней поверхности шпиндельной бабки. На верхней плоскости кронштейна закреплена плита с пазами для регулировки натяжения зубчатого ремня. На плите закреплен двухскоростной редуктор. Первый диапазон позволяет получать от 10до 500 обмин а второй от 250 до 2000обмин. Переключение происходит автоматически при выборе необходимых оборотов на пульте либо при работе по программе.
Скорость вращения и угловое положение шпинделя контролируется магнитным преобразователем (ф."HEIDENHAIN") установленным на шпинделе. Позиционирование шпинделя при необходимости также осуществляет электродвигатель привода главного движения на "ползучей" скорости по магнитному преобразователю.
Для контроля скорости вращения и углового положения шпинделя на верхней плоскости корпуса шпиндельной бабки установлена считывающая головка датчика контроля вращения и углового положения шпинделя ERM280130176 (ф."HEIDENHAIN").
На выходной вал редуктора установлен ведущий зубчатый шкив который передает вращение на ведомый зубчатый шкив установленный на шпинделе. Шкив имеет ограждение.
Смазка редуктора осуществляется от смазочной системы 4161180022 (ф."ZF").
Шпиндельная бабка крепится на танкетки направляющих качения ф. "REXROT" которые устанавливаются на суппорт 1В640Ф3-310.
Заготовка зажатая в патроне имеет вращательное реверсивное движение.
На рисунке 19а показан шпиндельный узел в котором в качестве радиальных опор применены роликовые подшипники а в качестве осевой опоры использован упорно-радиальный шарикоподшипник 2. Предварительный натяг обеспечивается гайкой 1 и двумя дистанционными кольцами 3 и 4. Таким образом удается одной гайкой обеспечить регулирование двух подшипников.
На рисунке 19б показан шпиндельный узел в качестве передней и задней опор которого использованы конические роликовые подшипники воспринимающие как радиальную так и осевую нагрузки. Натяг в этих опорах регулируют гайками 1 и 3 и дистанционными кольцами 2 и 4. Роликовый подшипник установленный в задней опоре шпинделя имеет пружинную компенсацию возникающего в процессе эксплуатации зазора.
На рисунке 19в представлен шпиндельный узел быстроходного токарного станка в качестве передней опоры шпинделя которого применены радиально-упорные шариковые подшипники их натяг обеспечивается гайкой 1 и дистанционным кольцом 2.
В станках особо высокой точности в передней бабке располагают только шпиндель причем в качестве опор преимущественно используют гидродинамические или гидростатические подшипники.
По материалам патентных исследований проведем анализ конструкции шпиндельной бабки 1В640-210 и ее узлов.
Информационный поиск показал что в настоящее время существует масса конструкций шпиндельных бабок отличающихся по способу крепления к станку ее пространственному расположению креплению привода конструкции внутренних узлов бабки и др.
Рассмотрим несколько патентных исследований (см. приложение А).
RU 2193949.Станок вертикальный токарный двухшпиндельный с ЧПУ. Данное изобретение относится к машиностроению. В данном патентном исследовании я предлагаю сравнить способ крепления шпиндельной бабки к станку.
В станке 1В640Ф3 корпус шпиндельной бабки имеет места под установку роликовых направляющих качения и гайки шарико-винтовой пары. В рассматриваемом же нами патенте шпиндельная бабка крепится на стол силовой который приводится в движение электродвигателем через ШВП и двигается по направляющим скольжения.
RU 2287099. Способ высокоточной выставки заданной величины люфта (натяга) в опорном узле качения системы "вал-корпус".
В данном патентом исследовании высокоточная выставка люфта или натяга достигается путем жесткого защемления с двух сторон одного из колец радиально-упорного подшипника с последующим одновременным осевым взаимным относительным перемещением незащемленных колец подшипников качения кольцевого упора и вала в положение соответствующее заданной величине люфта или натяга между кольцами подшипников и их телами качения и дальнейшей жесткой фиксацией кольцевого упора в выставленном положении с последующим жестким защемлением с двух сторон второго кольца радиально-упорного подшипника.
В шпиндельной бабке 1В640-210 установлены радиально-упорные подшипники (триплекс и дуплекс). Выставка люфта достигается за счет жесткого защемления внутренних колец подшипника. Для обеспечения требуемого натяга изготавливают компенсатор толщина которого замеряется заранее на специальном стенде для предварительного натяга подшипников.
RU 2316686. Натяжное устройство для ременных и цепных передач.
Изобретение относится к натяжным устройствам цепных и ременных передач. Натяжное устройство состоит из корпуса стержня пружины шкива расклинивающего устройства и элемента натяжения. В корпусе установлен подпружиненный шток с возможностью продольного перемещения и взаимодействующий с натяжным шкивом и стержнем. Для фиксации стержня установлен зажим состоящий из двух конусообразных цанг контактирующих между собой торцевыми поверхностями и охватывающих стержень. Торцевая поверхность одной цанги выполнена с выступом а торцевая поверхность другой цанги – с углублением. Цанги охвачены стопорными втулками с внутренним конусом установленными в корпусе. В качестве расклинивающего устройства используют накидную гайку. Достигается увеличение надежности и нагрузочной способности повышается срок службы элементов.
Привод главного движения в станке 1В640Ф3 расположен на корпусе шпиндельной бабки и представляет собой корпус на котором крепится плита (предназначена для натяжения зубчатого ремня) с двухскоростным редуктором и электродвигателем. На валу редуктора одет зубчатый шкив. В натяжной плите выполнены пазы через которые плита крепится к корпусу привода и которые позволяют ей перемещаться вдоль оси под действием двух шпилек предназначенных для перемещения плиты.
Натяжное устройство привода главного движения станка 1В640Ф3 проверено временем и отличается высокой точностью надежностью и простотой конструкции.
Список используемых источников
Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузовПод ред. В. Э. Пуша. — М.: Машиностроение 1985. — 256 с ил.
Металлорежущие станки (альбом общих видов кинематических схем и узлов).
Кучер А.М. Киватицкий М.М. Покровский А.А. Изд-во "Машиностроение".1972
Курсовое проектирование металлорежущих станков. Часть I. Учебное пособие. Смольников Н. Я. Подлеснов В. Н. Чурбаков В. Ф. и др. Волгоград гос. техн. ун-т Волгоград 1994161с.
Металлорежущие станки. Колл. авторов под ред. проф.В. К. Тепинкичиева. М. «Машиностроение» 1973 472 с.
А.Р. Тарасов. Зубчато-ременные передачи. Учебно методическое пособие. ВСГТУ. Улан-Удэ 2006.
П.В.Ольштынский С.Н. Ольштынский. Процессы формообразования и инструменты. Лабораторный практикум. РПК"Политехник". Волгоград 2006
Руководство по эксплуатации 1В640Ф3.

Титульник.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Металлорежущие станки и инструмент»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по дисциплине: «Технологическое оборудование».
на тему «Токарный одношпиндельный полуавтомат с ЧПУ инверторного типа 1В640Ф3». «Завод-изготовитель: Минский завод автоматических линий им. П.М.Машерова»