Модернизация токарного автомата

Предельно допустимая нормальная статическая  нагрузка на один шарик. Эту нагрузку (Н) определяют по зависимости

Р==2520 Н              (1.43)

где — коэффициент, зависящий от допустимого контактного напряжения на поверхности шарика о_п (при = 2500; 3000; 3500 и 3800 МПа соответственно = 20; 35; 55 и 70; для обычно применяемой передачи =70);

  мм.              (1.44)

Статическая грузоподъемность передачи. Статическая грузоподъемность C₀ - это предельно допустимая осевая нагрузка на винт, в результате действия которой возникает общая остаточная деформация тел качения, гайки и винта в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения:

С₀ =,                                          (1.45) 
где z_p - расчетное число шариков в одном витке резьбы; и — число витков в гайке; - угол контакта шарика с винтом и гайкой.

Так как z_p = к_z z ₁ , то

(1.46) 

Для обычно применяемых передач  при использовании материалов с = 3800 Мпа.

 

H

где k_z=0,7…0,8 – коэффициент, учитывающий погрешности изготовления резьбы винтового механизма; u=2 число рабочих витков в гайке;

Расчет силы предварительного натяга.

Предварительный натяг, повышая осевую жесткость передачи, увеличивает  момент холостого хода и снижает  ее долговечность. Поэтому сила предварительного натяга должна быть выбрана обоснованно.

За минимально допустимую силу натяга P_{H min} (Н), отнесенную к одному

шарику, принимают такую силу, которая  обеспечивает сохранение предварительного натяга в винтовой передаче при действии продольной силы Q:

(1.47) 
          где – рабочее число шариков в одном витке.

Наибольшая допустимая сила натяга, отнесенная к одному шарику, при  которой сохраняется статическая  прочность механизма,

(1.48) 
           В зависимости от требуемой жесткости передачи, ее долговечности, допускаемого нагрева винта и особенностей измерительного преобразователя перемещений силу натяга выбирают в интервале от до , чаще всего

(1.49) 
           Значения С₁ внесенные в каталог, определены экспериментальным путем. Если экспериментальные данные отсутствуют, фактическую динамическую грузоподъемность одного витка передачи с возвратом шариков через вкладыши можно определить, пользуясь соотношением С₁ =(0,2...0,4) ∙ С_о=0,2 ∙ С_о =12077 Н

Расчет винта на устойчивость по критической осевой силе. Если достаточно длинный винт работает на сжатие, его проверяют на устойчивость при наибольшем тяговом усилии Q_max, принимаемом за критическую силу. С учетом того что момент инерции сечения винта I определяют не для минимального его диаметра, а условного d₀, получают приближенную зависимость

(1.50) 
           где Е=2.11∙10^-5МПа - модуль упругости материала винта; - момент инерции сечения винта; — коэффициент, зависящий от характера заделки концов винта(если оба конца винта защемлены, принимают равным 0,5; при одном защемленном конце и размещении второго на шарнирной опоре, имеющей возможность смещаться в осевом направлении, = 0,707; при обеих шарнирных опорах = 1; при одном защемленном конце и втором свободном = 2; l - наибольшее расстояние между гайкой и опорой винта.

С учетом коэффициента запаса устойчивости k_y, принимаемого для передач винт—гайка качения, равным 3, по зависимости определяют номинальный диаметр винта d₀, при котором он не теряет устойчивости:

 

(1.51) 
Винт с d0=63мм соответствует критерию устойчивости.

Расчет винта на устойчивость по критической частоте вращения. В  моменты быстрых перемещений рабочего органа станка, когда винт вращается с высокой частотой, центробежные силы могут вызвать потерю его устойчивости, что проявляется в наступлении вибраций. Критическая частота вращения винта (об/мин)

  (1.51) 
            где d - внутренний диаметр резьбы винта, мм; v — коэффициент, зависящий от способа заделки винта (если один конец винта заделан жестко, второй свободный, v принимают равным 0,7; в случае обоих опорных концов v = 2,2; если один конец заделан жестко, другой опорный, v = 3,4; когда оба конца заделаны жестко, v — 4,9); к = 0,5. .0,8 - коэффициент запаса; l -расстояние между опорами винта, мм.

Расчет на жесткость. Необходимый  диаметр ходового винта d₀ можно определить из условия обеспечения жесткости привода, которая связана с жесткостью шарико-винтового механизма , винта и его опор :

      (1.52)

Осевая жесткость привода оказывает  влияние на возможность возникновения его резонансных колебаний. Чтобы не допустить резонансного режима, собственную частоту колебаний механической части привода f принимают в 3—3,5 раза большей, чем частота f₁ импульсов, вырабатываемых системой измерения перемещений. Для крупных станков f₁ = 10... 15 Гц, для средних и малых f₁ = 15...25 Гц. Исходя из допустимой частоты колебаний механической части привода f, определяют его требуемую жесткость (Н/мкм):

 π²∙f²∙m= (1.53) 
          где m — масса узлов механической части привода (ходового винта, исполнительного узла и установленных на нем приспособления, заготовки), кг.

Жесткость шарико-винтового механизма  с предварительным натягом и  возвратом шариков через вкладыши при r₁/r₂= 0,96

(1.54) 
           где k₀ = 0,3...0,5 — коэффициент, учитывающий погрешности изготовления гайки, а также деформации в винтовом механизме и во всех его стыках: d₀ и р — в мм.

Наименьшая жесткость ходового винта зависит от способа установки  его на опорах. При одностороннем  закреплении, а также в случае, когда один конец винта защемлен, а второй размещен на шарнирной опоре,

(1.55) 
           где — наибольшее расстояние от опоры винта до середины шариковой гайки; d₀ и вм,Е-в МПа, - Н/м.

Приближенное значение жесткости  опор винта (Н/мкм)

(1.56) 
где е = 30, d₀ - в мм.

По зависимости определяют диаметр ходового винта, гарантирующий заданную осевую жесткость привода подач.

следовательно условия жёсткости соблюдаются. [5, стр. 225].

 

1.5. Описание разработанных узлов и конструкций станка.

Специальный токарный вертикальный станок высокой точности СМ1737Ф3. В этом станке применены линейные направляющие качения  ф. «Star», бесприводные датчики касания ф. «Renishaw», ЧПУ и привода ф. «Siemens», оптические линейки ф. «Heidenhain», подшипники ф. «SKF», ремни ф. «Optibelt», многоуровневые переключатели ф. «Balluff».

Точность обработки - 10 мкм.

При изучении работы станка и правил его эксплуатации следует руководствоваться  техническими описаниями и инструкциями по эксплуатации составных частей, а также другими документами, входящими в состав РЭ специального станка токарного станка.

Станок является изделием единичного производства разового изготовления. Движения всех подвижных органов  станка автоматизированы.  Загрузка и выгрузка обработанных деталей  производится оператором вручную или  с помощью грузоподъемных механизмов Заказчика.

Станок состоит из основных базовых  узлов: стойки, крестового суппорта, шпиндельной  бабки, привода главного движения, револьверной головки и т.д.

Привод главного движения установлен на корпусе шпиндельной бабки  и состоит из асинхронного электродвигателя с частотным регулированием ( ф. MITSUBISHI), который через поликлиновой ремень передает вращение на шпиндель шпиндельной бабки. Применение двигателя с частотным регулированием позволяет обеспечивать оптимальную скорость резания и ее автоматическое изменение в процессе обработки.

В корпусе шпиндельной бабки  установлен шпиндель на подшипниках  высокого класса точности с предварительным  натягом (ф. SKF): верхняя опора- строенных радиально-упорный подшипник, нижняя- роликовый двухрядный подшипник с коническим отверстием. Направление вращения шпинделя может быть по часовой стрелке или против, в зависимости от требований обработки. Торможение шпинделя производится электродвигателем главного движения.

Система ЧПУ позволяет производить  доворот шпинделя по фотоэлектрическому преобразователю датчика шпинделя, соединенного со шпинделем зубчатым ремнем. Остановка шпинделя происходит в любом требуемом положении. Шпиндель удерживается в этом положении электродвигателем в следящем режиме.

Смазка подшипников шпинделя осуществляется пластичной смазкой.

Натяжение поликлинового ремня шпиндельной бабки производится перемещением плиты с электродвигателем вдоль пазов кронштейна.

Стрела прогиба натянутого поликлиновго ремня должна быть не более 15 мм под действием нагрузки 6 кг. Измерение прогиба и приложение нагрузки производится в середине ветви.

Стрела прогиба натянутого зубчатого  ремня должна быть не более 7 мм под  действием нагрузки 2 кг.

Цилиндр зажима

К нижнему фланцу шпинделя закреплен  вращающийся гидроцилиндр зажима с  двухсторонним штоком, осуществляющий через тягу зажим обрабатываемой детали в патроне. Цилиндр имеет  встроенные клапана, предохраняющие магистраль зажима от аварийного падения давления в гидросистеме.

Контроль каждого из трех положений  поршня осуществляется тремя неподвижно закрепленными торцовыми переключателями:

1 положение- деталь разжата

2 положение- деталь зажата

3 положение- зажим без детали(разрушение детали)

Необходимым условием вращения шпинделя является сумма команды двух концевиков «Зажим детали» и реле давления, установленного на магистрали «Зажим».

Суппорт крестовый

Перемещение суппортов в горизонтальном и вертикальном направлениях осуществляется от высокомоментных электродвигателей через муфту и шарико-винтовую передачу по направляющим качения.

Управление перемещениями суппорта по двум координатам в рабочей  зоне станка производится устройством  ЧПУ (контроль линейных перемещений  осуществляется оптическими линейками  LS177C ф. «HEIDENHAIN», а предварительный контроль исходного положения и выход в зону аварийного перебега обеспечивается блоком контактных путевых переключателей ( BNS-813-DO4) фирмы «BALLUFF»).

Окончательное значение исходного  положения устанавливается по оптическим линейкам LS177C.

В суппорте предусмотрены жесткие  упоры, ограничивающие перемещение  суппорта вверх и вниз после зоны аварийного перебега. При демонтаже  суппорта необходимо эти упоры снять.

Смазка шарико-винтовых передач (ШВП) осуществляется централизованно  дозаторами от станции смазки.

Смазка подшипников, являющихся опорой ходового винта (ШВП), осуществляется пластической смазкой.

Направляющие качения суппорта (изготовитель фирма «SCHENEEBERGER» Германия) поставляются с предварительным натягом.

Смазка направляющих качения осуществляется централизовано дозаторами от станции  смазки.

Револьверная головка

Дисковая револьверная головка (РГ) с вертикальной осью поворота предназначена  для закрепления инструментальных державок и крепится к ползуну  суппорта. Фиксация РГ осуществляется полумуфтами точного индексирования с круговым торцовым зубом. Фиксация РГ осуществляется гидроцилиндром, а  поворот диска на позицию гидромотором через мальтийский крест.

Револьверная головка имеет 12 позиций  ( поворот револьверного диска на 30).

Реальное число использованных позиций при обработке конкретной детали зависит от: профиля самой  детали; обработки внутренних или  наружных поверхностей; вылета инструмента; кулачков патрона.

Режущий инструмент крепится на инструментальном диске в специальных оправках, базирующихся по отверстию и торцу  диска.

Управление работой револьверной головки и процессом поиска нужной позиции инструментального диска  осуществляется устройством ЧПУ  через бесконтактные торцовые переключатели, при этом поиск нужной позиции  осуществляется по кратчайшему пути, для чего предусмотрен поворот диска  в обе стороны.

Стружкоотвод.

Отвод стружки из зоны обработки  на переферию станка осуществляется двух-шнековым стружкоотводом в тару.

Ограждение.

На станке предусмотрено ограждение кабинетного типа, которое закрывается  зону резания и предохраняет от разбрызгивания охлаждающей эмульсии и разбрасывания  стружки.

Дверь ограждения закрывается и  открывается вручную, контроль закрытой двери осуществляется контактным переключателем. Во время включения цикла работы станка электромагнит не позволяет  открыть дверь.

 

2. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Очевидно, что заменять старую технику  новой экономически целесообразно, как правило, лишь тогда, когда она  значительно эффективнее старой, так как процесс создания новой  техники и замена ею старой обычно связан с важными расходами. В понятие "новая техника" входят: техника, который повышает эффективность производства и производительность работы, которая отвечает по своим технико-экономическим показателям мировому уровню, а также прогрессивная технология и передовые методы организации производства, которые обеспечивают возвышение его эффективности. При этом различают новую технику, усовершенствованную на основе уже используемых принципов, и новейшую, основанную на последних достижениях науки и принципиально новых технологиях.

Трудоемкость изготовления продукции  определяется в процессе ее проектирования и является весьма важным показателем. Более технологичной считается  та конструкция, которая при прочих равных условиях менее трудоемка. Снижение трудоемкости изделия на стадии его  производства – одна из важнейших  задач, которая ставится перед разработчиками.

Новая конструкция должна быть:

- более надежной (долговечной, безотказной, ремонтопригодной и сохраняемой) в эксплуатации;

- более производительной;

- потреблять меньшее количество электроэнергии;