Конструирование металлообрабатывающих станков

   Вхідний вал 3 механізми приводу пов'язаний з шпинделем 2 через один з двох проміжних валів 4 або 5, на яких встановлені, відповідно, пересувні блоки 6 і 7 зубчастих коліс. Налаштування на один з трьох діапазонів частот обертання шпинделя здійснюється механізмом управління, що містить вал 8, пов'язаний зубчастими колесами 9 і 10 з приводом (голівкою типу ПРИЗ ВС-05) 11, а також вилки 12 і 13 перемикань, рухливо встановлених на осі 14.

   Положення вилок перемикання зубчастих блоків контролюються кінцевими вимикачами і стопоряться підпружиненими фіксаторами 15.

   Датчик 16 резьбонарезания пов'язаний через пружну пластинчату муфту з валом 17, який через зубчасту передачу сполучений з шпинделем. Для вибору проміжку в зачепленні розрізне зубчасте колесо 18 цієї передачі забезпечено спеціальним пружинним пристроєм 19.

   Мастило механізмів шпиндельної коробки здійснюється централізовано від маслораспределителя, встановленого в корпусі.

   Конструкція каретки верстата з механізмами приводів подання показана на листі 84. Каретка 1 встановлюється на ті, що направляють 2 станини і утримується відносно них планками 3. На верхній частині каретки 1 прикріплені три планки 4 з плоскими такими, що горизонтальними, що направляють кочення, по яких в поперечному напрямі переміщається ползушка 5 супорта.

   В якості елементів кочення в тих, що направляють використовуються танкетки 6, дві з яких жорстко прикріплені до ползушке 5, а дві інші встановлені на клинах 7 для можливості регулювання величин натягу. Ползушка 5 що відносно направляють утримується планками 8.

   Захист тих, що направляють від попадання стружки і охолоджувальної рідини забезпечується щитками 9 і ущільненнями 10. Мастило направляючої станини і каретки, а також кулькових гвинтів здійснюється централізований від гідростанції через гнучкі шланги, до¬затори і маслопроводи в корпусі каретки.

   На нижній площині каретки кріпиться гайка 11 кулькового гвинта подовжнього подання. У розточуванні каретки на опорах встановлений ходовий гвинт 12 поперечного подання, гайка 13 якого жорстко закріплена на нижній площині ползушки 5. Верхня опора гвинта містить два наполегливих і радіальний голчастий підшипники, що представляють єдиний комплект. Попередній натяг наполегливих підшипників здійснюється тарілчастою пружиною. Нижня опора виконана у вигляді радіального роликового підшипника, вільно встановленого на розточуванні каретки.

До перехідного фланця 14 на верхній стінці каретки крениться  високомоментний електродвигун 15 поперечного  подання ползушки, який запобіжною муфтою 16 сполучений з кульковим гвинтом 12.

На ползушке супорта  верстата встановлені дві револьверні головки: дискова 8-позиційна з віссю, паралельною шпинделю, і 4-гранная з перпендикулярною віссю обертання. Обидві револьверні голівки знаходяться один від одного на відстані, достатньому для розміщення заготівлі з найбільшим діаметром.

   Конструкція револьверної голівки з вертикальною віссю обертання показана на листі 85. Ця голівка призначена для закріплення блоків різальних інструментів, використовуваних при внутрішній обробці (розточуванні, свердлінні і т. п.). Корпус 1 револьверної голівки встановлений на осі, виконаній у вигляді порожнистої склянки 2, і проміжній основі 3. На корпусі встановлюються змінні інструментальні блоки, які базуються на площини і затискаються вручну планками 5.

Фіксувальне обладнання револьверної головки містить дві торцеві дрібнозубі напівмуфти 6 і 7. Одна з напівмуфт жорстко закріплена на основі 3, а інша прикріплена до корпусу 1. Для попередньої фіксації голівки є підпружинений упор 8 односторонньої дії.

   Механізм повороту голівки змонтований в порожнині склянки 2 і жорстко пов'язаний з ним віссю 9. Електродвигун 10 через зубчасті колеса 11, 12, 13 і 14, планетарну передачу з сателітами 15 з'єднується з центральними колесами (з внутрішніми зубами), пов'язаними із склянкою 2 і муфтою затиску. Муфта затиску револьверної голівки виконана у вигляді двох напівмуфт с. гвинтовим зачепленням, одна з яких жорстко пов'язана з приводним зубчастим колесом 16, а інша (поз. 17) через проміжну зубчасту муфту 18 -с віссю 9.

Рух валу електродвигуна 10 через проміжні і планетарну передачі передається гвинтовій напівмуфті 16. При повороті напівмуфти 16 корпус 1 револьверної голівки піднімається по гвинтових зубах напівмуфти 17 під дією пружин в основі розчіпляючи  напівмуфти 6 і 7. Після цього корпус I обертається до заданого положення, контрольованого одним з чотирьох мікровимикачів В командоаппарате 19, якій монтується у верхній частині склянки 2.

При спрацьовуванні одного з них дається команда на реверс електродвигуна : корпус 1 обертається до упору 8, а потім затискається гвинтовою муфтою в заданому: положенні. Окремий мікровимикач дає у цей момент команду на виключення електродвигуна.

У конструкції револьверної голівки передбачені внутрішні  канали для подання СОЖ до різальних інструментів. Подання СОЖ здійснюється по каналах до хлипака 4, який відкривається при установці інструментального блоку.

Для закріплення різальних  інструментів з горизонтальною віссю  для зовнішнього обточування  заготівлі застосовується дискований 8-позиційна револьверна голівка. Конструкція аналогічної револьверної голівки приведена на листі 81.

На листі 86 показані загальний  вигляд і конструкція конвеєра для  видалення стружки із зони різання. Конвеєр поміщений в ніші станини  і розташований перпендикулярно осі шпинделя так, щоб стружка відводилася у бік задньої стінки верстата в тару. Поміщений в зварний корпус 1 з листового металу конвеєр виконаний у вигляді двох нескінченних ланцюгів 2, до ланок яких прикріплені шкрябання 3. посаджені на осі 4. Ланцюг переміщається по напрямних 5; провідні зірочки 6 жорстко встановлені на приводному валу 7, а ведені 8 - на валу 9.

Натягнення ланцюга  здійснюється гвинтами 10 і кріпильними  болтами. Корпус 1 встановлений на шасі 11 з роликами 12, що дозволяють йому висуватися назад для обслуговування і ремонту. Конвеєр наводиться в дію електродвигуном 13 із зубчасто-черв'ячним редуктором 14, що утворюють єдиний комплекс мотора-редуктора.

   На листі 87 показаний загальний вигляд каретки і приводу тактового сто .та. який виконує функцію накопичувального пристрою в РТК. Тактовий стіл виконаний у вигляді зварної основи 1Напрямні 2 якого переміщається каретка 3. Привід каретки містить гідродвигун 4 і черв'ячною редуктор 5, на вихідному валу якого виконується підрізування торців, центрування при токарній обробці валів. Обслуговування роботів верстатів здійснюється по їх викликах.

   При одночасному вступі двох заявок ПР обслуговує верстат з тривалішому циклом роботи.

   Між верстатами розташовані чи проміжні магазины-накопичувачі для частково і повністю оброблених заготовок. Безпосередньо у кожного верстата є проміжний накопичувач оброблених деталей. Стружка забирається конвеєром, що проходить ззаду верстатів (на схемі планування не показаний).

ПР у складі комплексу  виконує завантаження і розвантаження верстатів заготівлями, міжверстатне транспортування, перебазування заготівель і деталей, а також пошук заготівель в накопичувачі і розкладку деталей в тару. Безпека роботи забезпечується системою светозашиты з фотодатчиками, розташованими в стійках обгороджування.

РТЛ мод. АСВР-07 призначена для фінішної обробки деталей  типу валів (масою до 160 кг) в умовах серійного виробництва.

До складу комплексу  включені центродоводочный верстат  МА3926 і два круглошлифовальных верстати з ЧПУ мод. ЗМ163Ф2. Обслуговування верстатів разом з накопичувальним і контрольно-вимірювальними пристроями здійснює ПР мод. УМ160Ф2.81.01.

ПР у складі комплексу  виконує завантаження верстатів  заготівлями, зняття з верстата, міжверстатне транспортування, перебазування заготівель і деталей, а також пошук заготівель в магазині і перенесення їх на позицію контролю перед завантаженням у верстат. Заготівлі розташовуються в магазині в орієнтованому виді. Комплекс оснащений системою светозащиты.

РТЛ для обробки валів (масою до 40 кг) у великосерійному виробництві побудована на базі верстата, що фрезерно-центрує, з ЧПУ МР71, токарного верстата з ЧПУ моделей 1А730 або КМ144, крокових конвеєрів-накопичувачів заготівель і оброблених деталей, що обслуговуються за допомогою ПР підлогового типу СМ40Ц.40.11.

ПР у складі комплексу  виконує операції завантаження і  розвантаження верстатів відповідно до заданої технологічної схеми  обробки, здійснює координацію автоматичних циклів їх роботи.

Розрахунок привода головного руху з безступінчастим регулюванням для токарного автомата 1720ПФ30

Вихідними даними для розрахунку є такі характеристики

Шпиндель: n_max=6000 об/хв, n_min=25 об/хв.

Електродвигун моделі 1GL5: n_{дв ном}=800 об/хв, n_{дв макс}=4500 об/хв,  N=19 кВт.

4ПФ160М: N=18,7 кВт, n_max=4500 об/хв, n_ном=775 об/хв,

У базовій структурі верстату реалізована структурна формула 1+1*1 для Rn=240. Таким чином необхідно перевірити можливість забезпечення діапазону Rn=240 при падінні потужності на низьких частотах.

-частота після якої можливої падіння N.

Надалі використовуємо R_N замість R_n=240 при розрахунках.

У базовому верстаті z_ст=1+1*1, тобто z_cт=2,43>z_cт=2, тобто отримаємо падіння потужності при перемиканні діапазону. Для забезпечення z_ст=2 необхідно мати n_розрах=194,17, тобто R_N=194,17/25͠=8. Або потрібно збільшити n_min до 31,5, що й було зроблено, тоді R_M=181,24/31,5=6. Приймаємо n_min=31,5 об/хв. Тоді

 

Базовий верстат:

Інтервал 800…1000–падіння потужності при перемиканні

 

 

Новий верстат:

Без падіння потужності при перемиканні. Якщо рахувати допустимим падіння потужності при перемиканні діапазону, то можна зменшити n_розрах до 160 об/хв. Але при цьому необхідно змінити z. V_max на зубчастому колесі з кількістю зубців 20 потрібно прийняти таке саме, що і в базовому верстаті. Відповідно, V=π*d*n/1000=π*320*3584/60*1000=11,25. Приймаємо умову, що шків вихідної пасової передачі не змінювався.

Рис.1.Графік чисел обертів  приводу головного руху

 

Розрахунок  шпиндельного вузла токарного автомата 1720ПФ30

Для розрахунку шпиндельного вузла приймаємо схему закріплення  таку:

Рис.2.Принципова схема шпиндельного вузла

Для такої схеми вихідними даними є: d_n=5…6*10⁵ мм/хв, ε_з=0,1…0,15, n_max=6000 об/хв, n_min=31,5 об/хв. Діаметри під передньою і задньою опорами відповідно d₁=ϕ110h5 мм, d₂=ϕ95e8 мм, d^/=ϕ92 мм. Клас точності верстату–Н. l_шп=403,7 мм, а_шп=107,3 мм. За ГОСТ 831-75 обираємо шарикові радіально-упорні однорядні підшипники 46120 для передньої опори і 46122 для задньої.

Рис.3. Шариковий однорядний радіально-упорний підшипник

Спочатку розраховуємо складові сили різання та момент на кінці шпинделя.

-сила реакції передньої опори

-сила реакції задньої опори

Рис.4.Реакції опор у  підшипниках кочення

  Розрахуємо податливість  відповідно передньої і задньої  опор. Для підшипника 46120 d=100 мм, z=22, d_ш=15,08 мм, α=26⁰. Для підшипника 46122 d=110 мм, z=22, d_ш=16,11 мм, α=26⁰.

 

Усереднені залежності деформацій опор кочення мають значення:

δ_r=k_шR^2/3

Передня опора:

Задня опора:

Розрахуємо прогин на кінці шпинделя:

y=y_ш+y_вп

І1-міжопорний момент інерції

І2-момент інерції передньої  консолі

Загальна податливість відповідно передньої і задньої опор:

 

Розрахуємо демпфуючі  властивості шпиндельного вузла. За ГОСТ 831-75 φ=0,21,для опори, що складається з 2 підшипників буде [λ]=0,23.

Розрахуємо радіальне  биття передньої і задньої опор відповідно:

К=6

_{Клас  точності підшипників  за ГОСТ 520-55 обираємо С.}

 

_{Розрахунок  привода подач}

Z=22-кульки в підшипнику, тоді z=0,7z=15

α=26,λ=arctg(β/πdсер), β=10, dсер=63 мм, n_min=63 об/хв., n_max=70 об/хв.,

Kq=0,9, T=5000 ч

де F=πd²/4=3115,6мм²

де PI/PII=sin(λ+ρ)/sin(λ+ρ)=1,07, тоді Q₁/P_H=0,3

Розрахунок та дослідження прогину на кінці шпинделя

  Задачею цієї частини проектування є встановлення залежності величини прогину кінця шпинделя під дією сили різання від відстані між підшипниками у передній опорі шпинделя. Під час розрахунків використовувався програмний продукт Autodesk  Inventor 2011, який дозволяє методами опору матеріалів дослідити напруження,  деформації та зміщення у конструкціях та деталях, а також дозволяє показово ілюструвати проведені дослідження. Для створення тривимірної моделі шпинделя використовувалось програмне середовище T-Flex CAD 11.

   Отже, тип підшипників  та спосіб закріплення їх на шпинделі були описані вище. Також вихідними даними для дослідження є: