Проект модернізації спеціального агрегатного верстата-напівавтомата для обробки деталі «Кришка базова»

Міністерство освіти і науки України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет ___ МШ___ Кафедра «Технологія машинобудування

та металорізальні верстати"

Спеціальність 7 090 203 «Металорізальні верстати та ситеми»

ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ

для одержання кваліфікаціїї спеціаліста________

Тема проекту: Проект модернвзації спеціального агрегатного верстата-напівавтомата для обробки деталі «Кришка базова». Продуктивність 80 дет./годину

Завідуючий кафедрою _________ проф. Тимофієв Ю.В.

Керівник дипломного проекту _________ доц Громов В. В. .

Студент-дипломник _________ Чебітько О.С. .

Номер академічної групи МШ-50

Харків 2006

Міністерство освіти і науки України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет МШ Кафедра «Технологія машинобудування та металорізальні верстати»

Спеціальність 7 090 203 «Металорізальні верстати та системи»

ЗАВДАННЯ

на виконання дипломного проекту

студенту гр. МШ-50 Чебітько Олександру Сергійовичу

(індекс групи; прізвище, ім'я, по батькові)

Тема проекту: Проект модернізації спеціального агрегатного верстата-напівавтомата для обробки деталі"Кришка базова". Продуктивність 80 дет./годину

Затвержена наказом по НТУ «ХПІ» від «15» грудня 2005 р. № 2760-III

Термін здачі студентом закінченого проекту 08 лютого 2006 р.

Вихідні дані до проекту: Креслення деталі. Продуктивність верстата. Звіт за переддипломну практику. Керівні технічні материали для проектування агрегатних верстатів і їх вузлів .

Розробити документи:

1. Текстові: Аналіз завдання на проектування верстата і огдяд діючого устаткування по обробці деталей типу «Кришка». Розробка технологічного процесу обробки деталі і компонування верстата. Вибір і розрахунок налагодження уніфікованих вузлів — силових і технологічного оснащення. Вибір і розрахунок налагодження транспортно-базуючих вузлів. Допоміжні системи, система керування верстата і його остаточне компонування. Економічне обґрунтування проекту. Охорона праці, екологія і навколишне середовище. Цивільна оборона. .

2 Графічні: _Креслення обробки (2 л.); наладка інструментальна (2 л.); складальне креслення верстата (1 л.); багатошпиндельна насадка (1л.); креслення кондуктора (1 л.); креслення установчо-затискного пристрою (2 л.); шаблон монтажний (1 л.); пристрій для налагодження інструментів (1 л.); плакат до розділу економічного обгрунтування проекту (1 л.) .

Консультанти:

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

Студент-дипломник ________________________________________

Керівник проекту ________________________________________

ЗМІСТ УВЕДЕННЯ

1. АНАЛІЗ ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ ВЕРСТАТА

1.1 Короткий огляд конструкцій агрегатних верстатів

1.2 Аналіз креслення оброблюваної деталі і технічних вимог на її обробку

1.3 Попередній вибір елементної бази для проектування верстата

2. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОБРОБКИ ДЕТАЛІ НА ВЕРСТАТІ

2.1 План (маршрут) обробки окремих поверхонь

2.2 Попереднє технологічне компонування верстата

2.3 Розрахунок необхідних режимів різання

2.4 Попередня побудова циклограми верстата й оцінка одержуваної продуктивності

3. ВИБІР І РОЗРАХУНОК НАЛАГОДЖЕННЯ УНІФІКОВАНИХ СИЛОВИХ ВУЗЛІВ І ВУЗЛІВ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОСНАЩЕННЯ

3.1 Вибір і обґрунтування типів і компонування силових агрегатів

3.2 Розрахунок налагодження і вибір виконань основних силових вузлів

3.2.1 Налагодження приводів головного руху і приводів подачі

3.2.2 Побудова циклограм роботи силових вузлів

3.2.3 Вибір виконань силових вузлів і оформлення таблиць налагодження

3.3 Проектування і розрахунок шпиндельної насадки

3.3.1 Компонування насадки

3.3.2 Кінематичний і геометричний розрахунок насадки

3.3.3 Перевірочний прочностной розрахунок основних деталей

3.4 Проектування кондукторів

3.4.1 Конструкція кондуктора

3.4.2 Розрахунок пружини кондуктора

3.5 Вибір (проектування) що ріжуть і допоміжних інструментів

4. ВИБІР, НАЛАГОДЖЕННЯ І ПРОЕКТУВАННЯ ТРАНСПОРТНОБАЗУЮЧИХ ВУЗЛІВ ВЕРСТАТА

4.1 Проектування і розрахунок установочно-затискного пристосування

4.1.1 Обґрунтування схеми базування, закріплення заготівель і конструкції пристосування

4.1.2 Розрахунок надійності закріплення заготівель

4.1.3 Розрахунок погрішності установки заготівель у пристосуванні.

4.1.4 Перевірочний розрахунок елементів пристосування

4.2 Вибір виконання і розрахунок налагодження поворотно-ділильного столу

4.3 Конструкція і розрахунок параметрів монтажного шаблона

5. ОПИС КОНСТРУКЦІЇ І РОЗРАХУНОК ПРИСТОСУВАННЯ ДЛЯ НАСТРОЮВАННЯ ІНСТРУМЕНТА

6. ДОПОМІЖНІ СИСТЕМИ ВЕРСТАТА

6.1 Система змазування вузлів верстата

6.2 Система охолодження зони різання

6.3 Відвід стружки з верстата (з розрахунком її кількості)

7. СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ВЕРСТАТОМ

7.1 Електроустаткування верстата

7.2 Пневмоі гідроустаткування

7.3 Режими роботи і керування верстатом, пульт керування

7.4 Уточнення циклограми верстата і його продуктивності

8. КОМПОНУВАННЯ ВЕРСТАТА

8.1 Вибір основних корпусних деталей несущої системи верстата

8.2 Опис компонування верстата

9. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ ВЕРСТАТА.

10. ОХОРОНА ПРАЦІ І НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

11. ЦИВІЛЬНА ОБОРОНА СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

УВЕДЕННЯ

Для виготовлення деталей машин і механізмів у масовому і серійному виробництві широко застосовуються спеціальні агрегатні верстати й автоматичні лінії. Основними достоїнствами такого металорізального устаткування є висока продуктивність, низька собівартість виготовлення, порівняно невисока кваліфікація операторів, що працюють на цих верстатах, висока надійність і ремонто-придатність.

На агрегатних верстатах обробляються деталі середніх і малих розмірів і виконуються в основному операції обробки різанням. Іноді зустрічаються найпростіші складальні операції.

Ці верстати в більшості випадків являють собою невелику по довжині замкнуту автоматичну лінію, у якій оброблювані деталі транспортуються по технологічному циклі в пристосуваннях, установлених на планшайбі поворотного столу.

Розміри і компонування агрегатних верстатів, структура виконуваного технологічного процесу залежать від оброблюваної деталі (кількості, форми, розташування оброблюваних поверхонь, вимог їхньої точності і шорсткості, характеристик оброблюваності матеріалу заготівлі, форми і розмірів заготівлі) і необхідної продуктивності.

Принцип агрегатування, широко використовуваний при створенні спеціального металорізального устаткування, дозволяє, з одного боку, шляхом різних сполучень уніфікованих складальних одиниць і деталей створювати і переналагоджувати агрегатні верстати для обробки різних деталей, з іншого боку — істотно підвищувати серійність виготовлення уніфікованих елементів на базі яких ці верстати компонуються.

У дипломній роботі виконаний технічний проект спеціального агрегатного верстата для обробки деталі «Кришка базова» з алюмінієвого сплаву АЛ9. У деталі необхідно обробити 19 отворів (8 наскрізних отворів 9Н14, 8 глухих різьбових отворів М8−7Н и три східчастих отвори 31Н13/25Н14). Спроектований верстат є 8-ми позиційним верстатом-напівавтоматом, має 7 операційних станцій (робочих позицій), 9 силових агрегатів, число шпинделів дорівнює 41. На верстаті виконуються операції свердління, розсвердливання, зенкування фасок, зенкерування і нарізування різьби в отворах.

Задана продуктивність верстата 80 дет/година, однак по характеру обробки (розмірам і вимогам якості оброблюваних поверхонь), обраному компонуванню верстата розрахункова продуктивність спроектованого верстата значно вище необхідної. Тому в реальних умовах експлуатації верстат буде недовантажений і його можна буде запускати в неповну робочу зміну, а в міру необхідності.

Необхідна точність і шорсткість оброблюваних поверхонь невисокі і цілком задовольняються в спроектованому верстаті.

1. АНАЛІЗ ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ ВЕРСТАТА

1.1 Короткий огляд конструкцій агрегатних верстатів Агрегатні верстати розрізняються набором уніфікованих вузлів і агрегатів, тобто елементною базою, на основі якої вони проектуються і виготовляються. В даний час існує класифікація [19,20] агрегатних верстатів по габаритах оброблюваних на них деталей. За цією ознакою вони підрозділяються на три групи, що відрізняються розмірами, масою і використовуваними уніфікованими вузлами: малогабаритні і малі агрегатні верстати, оснащені невеликими по розмірах силовими агрегатами потужністю 0.18−0.75 квт; агрегатні верстати середніх розмірів, із силовими вузлами потужністю 1.1 — 3 квт; агрегатні верстати великих розмірів, оснащені гідравлічними чи електромеханічними столами, на яких установлюються шпиндельні вузли різного технологічного призначення.

Малогабаритні верстати і верстати середніх розмірів випускалися Харківським заводом агрегатних верстатів (ХЗАС) на основі силових агрегатів, що випускалися серійно Глухівським заводом агрегатних вузлів (ГЗАУ). Агрегатні верстати великих і середніх розмірів випускалися Мінським заводом автоматичних ліній (МЗАЛ) і Московським станкозаводом ім.Орджонікідзе. Мається значна кількість іноземних фірм, що проектують і випускають агрегатні верстати різних типорозмірів. Це фірми Cross, Exello (США), Рено — Франція, Haberzang, Heller — Німеччина, Olivetti — Італія й інші.

Відмінною рисою агрегатних верстатів у порівнянні з іншими видами металорізального устаткування є те, що в процесі обробки деталь нерухома, а всі робочі і допоміжні рухи роблять різальні інструменти. Це вносить певні обмеження на їхнє компонування і технологічні можливості. По компонуванню і характеру позиционирования оброблюваних деталей агрегатні верстати поділяються на наступні групи [19,20]:

А) стаціонарні чи однопозиційні. У цих верстатах деталь не транспортується, тобто має місце одна операційна станція, на якій може бути встановлено кілька силових агрегатів, що виконують обробку однієї деталі одночасно. При значному часі обробки стаціонарне пристосування виконують багатомісним для забезпечення заданої продуктивності шляхом одночасної обробки декількох деталей;

Б) багатопозиційні агрегатні верстати з поворотним ділильним столом, планшайба якого з установленими на ній затискними пристосуваннями з оброблюваними деталями обертається навколо вертикальної осі. Верстати з поворотним столом застосовуються для багатобічної обробки невеликих заготівель. Завантаження заготівлі і розвантаження обробленої деталі виконуються під час обробки на робочих позиціях, число таких позицій може досягати 12.

По характері розташування пристосувань з оброблюваними деталями й операційними станціями з різальними інструментами верстати цього типу можуть мати три різновиди компонування:

1) периферійні, у яких затискні пристосування з заготівлями розташовані по периферії планшайби поворотного столу і транспортуються (позиционуються) між операційними станціями з блоками різальних інструментів таким чином, що кожна операційна станція (блок інструментів) обробляє заготівлю в одній робочій позиції. При такім компонуванні обробка у всіх робочих позиціях виконується одночасно і готова деталь знімається після кожного повороту планшайби на одну позицію. Застосовують такі компонування у випадку наявності багатоперехідної обробки поверхонь і вимозі високої продуктивності;

2) центральні, у яких одне затискне пристосування з однією оброблюваною деталлю розташовано в центрі планшайби поворотного столу і позиционується навколо своєї осі симетрії щодо операційних станцій, розташованих навколо поворотного столу. Такі компонування застосовують при обробці набору регулярних поверхонь в оброблюваній деталі, тобто однакових, рівномірно-розташованих навколо осі деталі на визначеному радіусі. Готова деталь при цьому знімається за один повний оборот планшайби поворотного столу;

3) з кільцевим столом і центральною колоною, на гранях якої встановлюються силові агрегати. Таке компонування дозволяє забезпечити більш високу концетрацию операцій, обробку деталі з більшого числа сторін. Однак, цей вид компонування є менш технологичным у виготовленні й експлуатації, тому що утруднений доступ до силових агрегатів і різальних інструментів, розташованим на центральній колоні усередині планшайби кільцевого столу.

По характері взаємодії блоків інструментів силових агрегатів з робочими позиціями компонування типу Б можуть бути двох різновидів: а) з індивідуальними операційними станціями (силовими агрегатами) на кожній позиції (див. мал.1.1);

б) із загальними силовими агрегатами (чи одним силовим агрегатом) на кілька робочих позицій чи відразу на всі позиції. Останній варіант, коли один вертикально розташований силовий агрегат з багатошпиндельною коробкою і різальними інструментами в її шпинделях виконує обробку у всіх робочих позиціях, називають компонуванням, що накриває. Таке компонування характерне для великих агрегатних верстатів виробництва МЗАЛ і Московського станкозаводу.

Мал. 1.1. Верстат моделі ХА963 для обробки корпусу масляного насосу

Мал. 1.2. Верстат з периферійною багатопозиційною компоновкою типу що накриває

Мал. 1.3. Центроколонний п’ятипозиційний верстат моделі 1АМ156 для обробки отворів у крестовині кардана

Мал. 1.4. Пятипозиційний верстат з горизонтальною віссю обертання поворотного столу моделі АМ152

Мал. 1.5. Двобічний верстат з трьохпозиційним столом фірми Хілле

На мал.1.1 приведений приклад верстата з компонуванням типу Б1а, на мал.1.2 — типу Б1б, на мал.1.3 — типу Б3;

В) компонування з багатопозиційним поворотним барабаном, що обертається навколо горизонтальної осі (багатопозиційні барабанного типу). Обробка в них можлива одночасно з двох протилежних сторін. Силові агрегати розташовуються по торцях поворотного барабана. Приклад верстата з таким компонуванням приведений на мал.1.4;

Г) багаточи однопозиційні верстати з прямолінійним поступальним рухом позиционирования. Такі агрегатні верстати застосовуються для обробки (за кілька проходів) великогабаритних деталей, а також для виконання повторюваних операцій. При такім компонуванні верстата зручно виконувати двосторонню обробку. Прямолінійний поступальний рух столу використовується для введення заготівлі в зону обробки і висновку обробленої деталі. На мал.1.5 приведений приклад верстата з прямолінійним рухом позиціонування фірми Хилле. Верстат має 3 позиції, з яких 2 робочі й одна завантажувально-розвантажувальна.

При проектуванні і виробництві агрегатних верстатів використовуються уніфіковані функціональні вузли єдиної гами, що поділяються на чотири основні групи: силові, шпиндельні(вузли технологічного оснащення силових вузлів), базові і транспортні. Крім цього, функціональна структура[19] агрегатних верстатів містить у собі систему керування (электро-, гидроі пневмооборудование), систему змазування рухливих елементів, систему охолодження зони різання і систему відводу стружки. У випадку автоматизації у верстаті компонуються також вузли завантаження-вивантаження оброблюваних деталей і контролю оброблюваних поверхонь. Обов’язково проектується і поставляється з верстатом пристрій для настроювання різальних інструментів після їхнього переточування.

Силові агрегати компонуються на основі силових вузлів двох типів: силових голівок і силових столів, на які встановлюються шпиндельні вузли технологічного оснащення. Силові голівки реалізують у своїй конструкції всі рухи різальних інструментів — головне (звичайно обертальне) і циклові рухи — рух подачі і допоміжні (швидкий відвід, підведення, вистій і т.д.). Силові столи реалізують (забезпечують) тільки циклові рухи.

По використовуваному виді енергії силові вузли можуть бути электро-механичними, гідравлічними, пневматичними і комбінованими. Электро-механичні силові голівки по конструкції механізму подач бувають: пинольного типу з плоско-кулачковим чи барабанно-кулачковим приводом, із гвинтовим приводним механізмом рухливого корпуса голівки й інші.

Для виконання конкретних типів технологічних операцій силові вузли оснащуються спеціальними шпиндельними вузлами (начіпними пристосуваннями). На платформу силових столів установлюються шпиндельні (свердлильні, фрезерні, розточувальні й інші) бабки чи багатошпиндельні коробки. Силові голівки оснащуються такого ж типу пристосуваннями, що називають насадками, тому що в голівці вже мається шпиндель чи приводний вал, що одержує обертання від одного з приводом подачі двигуна.

В агрегатних верстатах середнього типорозміру, що випускалися ХЗАС, яким буде і проектований верстат, застосовують силові агрегати на основі плоскокулачкової пинольної силової голівки У1Х4035 і електромеханічних силових столів із гвинтовим приводом УЕ4530.

Силова голівка пинольного типу з плоскокулачковым механізмом подачі використовується для свердління, зенкерування, розгортання, торцування і нарізування різьблення. При оснащенні спеціальними пристосуваннями за допомогою голівки можна виконати фрезерування, обточування і розточування кільцевих канавок в отворах. Передбачено можливість оснащення голівки багатошпиндельною насадкою, механізмом зворотного ходу, механізмом двосторонньої обробки, фрезерною насадкою й іншими пристроями. Голівка може встановлюватися в горизонтальному, вертикальному чи похилому положенні.

Як транспортний пристрій для періодичного переміщення встановлених у пристосуваннях оброблюваних деталей з однієї позиції на іншу з точною фіксацією (позиціонуванням) їх на кожній позиції, в агрегатних верстатах з компонуванням типу Б1 і Б2 застосовують поворотно-ділильні столи, що розрізняють-ся конструкцією привода повороту планшайби і її діаметром. Як привод повороту використовуються электроі гидро-механічні приводи з зубцюватими, черв’ячни-ми і мальтійськими механізмами реалізації періодичних рухів. В агрегатних верстатах виробництва ХЗАС застосовують електромеханічні поворотні столи з мальтійським механізмом повороту внутрішнього зачеплення. Число позицій планшайби цих столів складає 2 — 12. Ці столи випускають з діаметром планшайби 500, 630 і 800 мм.

До уніфікованих базових вузлів і деталей агрегатних верстатів відносяться корпусні деталі несущої системи: станини, стійки, підкладки й інші. Елементи (вузли і деталі) інших функціональних систем агрегатних верстатів (затискних пристосувань, систем змазування, охолодження, відводу стружки й інших) є частково уніфікованими чи створюються на основі документації типових проектів цих вузлів.

1.2 Аналіз оброблюваної деталі і технічних вимог на її обробку

Заготівлею для оброблюваної деталі «Кришка базова» креслення МШ50.7 090 203.10К-01 служить частково механічно оброблений виливок з алюмінієвого сплаву АЛ-9 із твердістю поверхні НВ90 і межею міцності 250 мпа. Маса заготівлі 1.12 кг.

За геометричною формою оброблювана деталь відноситься до корпусних деталей коробчастої форми. Габаритні розміри LxBxН = 146×89×56 мм. У заготівлі мається (пролита) фігурна порожнина з боку площини 146×89.

У деталі «Кришка базова» необхідно обробити 3 групи поверхонь:

1) 8 глухих різьбових отворів М8−7Н с фасками 1×45о, розташованих по сторонах прямокутника 126×26 з боку площини заготівлі 146×56. Відстань між осями отворів 26 мм по меншій стороні прямокутника і 42 мм по більшій. Глибина отворів 19.5 мм, а глибина різьблення — 13 мм;

2) 8 наскрізних отворів 9Н14(+0.36), розташованих перпендикулярно площини 146×89. Довжина отворів уздовж їхньої осі дорівнює 42 мм. Осі цих отворів також розташовані по сторонах прямокутника 126×50 (два ряди по 4 отвори з відстанями між ними 42 мм);

3) 3 східчасті отвори 31Н13/25Н14. Глибина отворів 31 дорівнює 21 мм, а отвору 25Н14 — наскрізні і виходять у внутрішню порожнину заготівлі.

Загальна кількість оброблюваних отворів (осей обробки) дорівнює 19, число елементарних поверхонь дорівнює 33, число сторін обробки дорівнює 2.

Деталь є технологичною з погляду обробки її на агрегатному верстаті, має зручну для установки і закріплення форму зовнішніх поверхонь. Необхідна точність поверхонь (JT13−14) і їхня шорсткість (Rz80), а також точність розташування осей отворів (0.2) дозволяє обробляти їх за одне встановлення на агрегатному верстаті нормальної точності.

1.3 Попередній вибір елементної бази для проектування верстата

На підставі виконаного аналізу креслення оброблюваної на проектованому верстаті деталі, виходячи з розмірів оброблюваних поверхонь, припусків на обробку і розмірів самої заготівлі, а також виходячи з існуючого набору конструкцій і компонувань агрегатних верстатів, вибираємо попередньо елементну базу для проектування агрегатного верстата для обробки заданої деталі на задану продуктивність.

Елементна база для проектування і виготовлення агрегатного верстата містить у собі сукупність уніфікованих вузлів і деталей, до яких відносяться силові і транспортні агрегати, вузли технологічного оснащення, корпусні деталі й інші уніфіковані елементи. Як силові агрегати проектованого верстата приймаємо електромеханічну силову голівку пинольного типу з плоско-кулачковым приводом У1Х4035 з умовним діаметром свердління 25 мм. Як вузли технологічного оснащення силових вузлів будемо застосовувати багатошпиндельні насадки і кондуктори.

Форма, кількість, розташування і вимоги якості оброблюваних поверхонь дозволяють зробити висновок про необхідність многопереходной обробки, тому верстат повинний бути багатопозиційним. Для позиціонування пристосувань із заготівлями (як транспортний пристрій) застосовуємо електромеханічний поворотний ділильний стіл з мальтійським механізмом повороту і діаметром планшайби 800 мм моделі УХ2036.

На підставі обраного набору типів основних уніфікованих вузлів і деталей робимо висновок, що проектований верстат буде відноситися до верстатів середнього типорозміру класу ХА (напівавтомат), що випускалися Харківським заводом агрегатних верстатів (ХЗАС).

2. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОБРОБКИ ДЕТАЛІ НА ВЕРСТАТІ

2.1 План (маршрут) обробки окремих поверхонь

Виходячи з вимог точності і шорсткості оброблюваних поверхонь призначаємо наступні набори технологічних переходів по кожній групі однакових поверхонь (див. таблицю 2.1).

Таблиця 2.1. Маршрут обробки поверхонь деталі

У такий спосіб на верстаті необхідно виконати 8 різних технологічних переходів: три по першій групі поверхонь (8 отворів М8−7Н), два переходи по 2-й (8 отворів 9Н14) і три по 3-й (трьох східчастих отворів 25Н14/ 31Н13 з обробкою дна отворів 31Н13).

2.2 Попереднє технологічне компонування верстата Визначаємо попередній варіант технологічного компонування верстата шляхом групування намічених технологічних переходів, тобто розподілу їх по інструментальних шпинделях (комбінованим інструментам), силовим агрегатам, робочим позиціям (операційним станціям). При цьому виходимо з принципів побудови технологічних компонувань агрегатних верстатів середнього типорозміру, елементна база яких прийнята за основу для проектованого верстата[19].

Структура технологічного компонування верстата приведена в таблиці 2.2, а схема компонування на мал.2.1.

У розробленому варіанті компонування верстат буде мати 7 операційних станцій (робітників позицій). В другій і п’ятій позиціях установлюємо по двох силових агрегату (по одному вертикально для обробки 8-ми отв. 9Н14 і по одному горизонтально), а на інших позиціях по одному агрегаті (горизонтально). Усього на верстаті буде 9 силових агрегатів. Число груп інструментів (різних і/чи встановлюваних у різних операційних станціях) дорівнює 9 (у кожнім силовому агрегаті по одній групі інструментів). При цьому 2 групи інструментів виконуємо комбінованими. Це східчасті свердли для свердління 8-ми отворів 6.7 під різьблення М8−7Н и зенкування в них фасок 1×45о.

Загальне число інструментів (і, відповідно, шпинделів для їхньої установки) дорівнює 41, число різних технологічних переходів дорівнює 11 (на 2 більше числа груп інструментів).

Затискні пристосування з оброблюваними заготівлями встановлюємо по периферії планшайби поворотного столу, змонтованого в центрі круглої станини верстата. Загальне число позицій поворотного столу дорівнює 8 (7 робочих і одна завантажувальна). На кожній позиції буде встановлюватися й оброблятися по одній деталі за одну установку.

Таблиця 2.2. Структура технологічного компонування агрегатного верстата

Мал. 2.1. Схема компонування верстата

Розроблене технологічне компонування верстата є базою для подальшого його проектування і виконання розрахунків (режимів різання, вибору виконань і параметрів налагодження уніфікованих вузлів, розрахунку і конструювання оригінальних вузлів).

2.3 Розрахунок необхідних режимів різання

2.3.1 Підготовка вихідних даних для розрахунку на ЕОМ Розрахунок режимів різання виробляється по програмі, розробленої на кафедрі технології машинобудування і металорізальних верстатів НТУ «ХПІ"[12].

Таблиця 2.3. Загальні дані по верстаті

Таблица 2.4. Дані по силових агрегатах, інструментах и переходах

Розрахунок виконується в два етапи. Спочатку розраховуються режими для елементарних технологічних переходів виходячи зі стійкості 100 хв різання. На другому етапі визначаються найбільш економічні режими, виходячи з заданої продуктивності.

Вихідними даними для розрахунку є загальні параметри верстата і параметри обробки (відповідно заповнюються 2 таблиці: 2.3 і 2.4).

У таблиці 2.4 уводяться наступні дані:

— номер агрегату (Na) — порядковий номер силового агрегату, що виконує даний елементарний технологічний перехід;

— тип силового агрегату (Ka) — код, що вказує тип силового агрегату (0 — силова голівка, 1 — силовий стіл);

— номер інструмента (Nи) — порядковий номер інструмента, що ріже, виконуючий даний елементарний перехід;

— код інструмента (Ки) — задається код інструмента відповідно до кодифікатора (свердел спіральне — 11, зенкер комбінований — 26, розгорнення циліндрична — 41, мітчик — 51).

Код матеріалу частини інструмента, що ріже, (Мі) — задається код матеріалу відповідно до класифікатора (сталь Р6М5 — код 10, твердий сплав ВК8 — код 27);

Число зубів (Z) — задається число зубів частини інструмента, що ріже. Даний параметр обов’язково повинний указуватися при фрезеровании, у всіх інших випадках, якщо його значення невідоме, приймається стандартне число зубів для конкретного інструмента;

— кількість інструментів (Чи) — число інструментів, встановлених у даному силовому агрегаті;

— Номер технологічного переходу (Nп) — задається порядковий номер переходу (порядковий номер заповнюваного рядка);

— Код технологічного переходу (Код) — задається код технологічного переходу відповідно до кодифікатора (свердління — 1, зенкерування — 2, розгортання — 3, розсвердління — 4, зенкування фасок — 6, нарізування різьби — 7);

— Точність обробки (JТ) — задається квалитет оброблюваної поверхні. Якщо на кресленні обробки заданий допуск на розмір, його необхідно перевести в квалитет.

Для проміжних переходів призначаються види обробки, точність і шорсткість виходячи з економічної доцільності: свердління (код 1, квалитет 14, Rz80), зенкерування (код 2, квалитет 12, Rz40), зенкування (код 6, квалитет 12, Rz40), нарізування різьблення (код 7, клас точності 7, Rz40).

— Шорсткість поверхні (RZ) — задається в одиницях відповідно до креслення деталі: якщо на кресленні деталі шорсткість задана в Ra, необхідно перевести в одиниці Rz. Для проміжних переходів одержання поверхні призначається економічна шорсткість поверхні, що залежить від виду обробки.

— Умови обробки (усл) — задається код умов на вході і виході інструмента у виді цілого двозначного числа, перша цифра якого характеризує умови обробки на вході інструмента в зону різання, друга — на виході. Перша цифра може приймати значення від 1 до 3, друга від 0 до 3. Значення цих кодів (цифр) наступне:

0 — немає виходу інструмента (обробляється закрита /напівзакрита поверхня);

1 — вхід-вихід інструмента здійснюється на оброблену поверхню

2 — вхід-вихід інструмента здійснюється необроблену поверхню;

3 — вхід-вихід інструмента здійснюється під кутом до нормалі.

— Розміри обробки — задається номінальний розмір обробки у виді числа з фіксованою крапкою (у міліметрах). Для обробки кінцевим інструментом і фрезерування заповнення стовпчиків таблиці відмінно друг від друга. При обробці кінцевим інструментом основні розміри оброблюваної поверхні заносять у відповідні графи.

Діаметр поверхні до обробки (Do) — задається зовнішній діаметр поверхні при точінні чи внутрішній при розсвердлінні, розгортанні, зенкеруванні, цекуванні і розточенні. Допускається при свердлінні, різьбонарезанні і зацентруванню даний діаметр не задавати.

Діаметр обробки (D1) — задається діаметр поверхні, одержуваний у результаті виконання даного переходу.

Довжина поверхні (LPV) — задається довжина поверхні, одержувана в результаті обробки.

Крок різьблення (SRB) — задається тільки для різьбонарізанні, у випадку нарізування різьблення відмінної від метричної. Необхідно задавати параметри D1 і SRB у міліметрах.

2.3.2 Результати розрахунку

Результати розрахунку режимів різання приведені нижче і містять у собі режими різання по окремих технологічних переходах, узагальнені режими різання різальних інструментів і силових агрегатів, розрахункові параметри продуктивності верстата й інші дані.

Таблиця 2.5. Режими по технологічних переходах

Таблица 2.6. Режими по інструментам і силовим агрегатам

Параметри продуктивності верстата (попередні):

Прийнятий час повороту столу 4.0 сек,

Tакт випуску деталі 19.35 сек.

Таблиця 2.7. Продуктивність Qшт[дет/годину]

Агрегат, що лімітує, 5, що лімітує інструмент 1.

Стійкість інструмента, що лімітує, 158 хв.

Таблиця 2.8. Очікувані сумарні зусилля по силових агрегатах

2.4 Попередня побудова циклограми верстата й оцінка одержуваної продуктивності

Аналіз результатів розрахунку режимів різання на ЕОМ, приведених у таблицях 2.5 — 2.8, показує, що по нормативних режимах розрахункова продуктивність виходить значно (приблизно в 1.9 рази) більше необхідної (при Кти=0.8 Qшт=152 дет/година). Однак, необхідно перевірити (уточнити) час циклу силових агрегатів і продуктивність верстата по нормативних режимах (на ЕОМ розраховано тільки час різання).

Час циклу плоскокулачкових силових голівок (крім операції різьбонарізання) приблизно дорівнює 1.5*tрх (при рівномірному обертанні кулачка 1/3 його обороту затрачається на швидке підведення/відвід, а 2/3 — на робочий хід, тобто tхх=0.5*tрх). Розрахункова формула в цьому випадку буде мати вид

tцсг = 60*(1.5*Lрх/Sмин), сек (2.1)

Операція резьбонарезания виконується з реверсуванням обертання шпинделю і подачі (і обертання кулачка), тому час циклу тут визначається інакше

tцсг = 60*(2.5*Lрх/Sмин), сек (2.2)

Для силових столів час циклу складається з часу робочого ходу і часу холостих ходів (швидкого підведення і відводу). При цьому час холостих ходів для обраного типу столів приблизно дорівнює 2−3 сек.

tцсг = 60*Lрх/Sмин +txx, сек (2.3)

Повний час циклу верстата з багатопозиційним периферійним компонуванням (це штучний час) дорівнює сумі часу циклу силового агрегату, що лімітує, tцлим і часу повороту багатопозиційного столу на одну позицію tп (tшт=tцлим+tп). Час повороту планшайби поворотного столу на одну позицію tп = 0.067 хв = 4 сек (див.п.2.3.2).

Штучна продуктивність визначається по формулі:

Qшт = 3600 * Кти * n / tшт, дет/година, (2.4)

де Кти — коефіцієнт технічного використання; n — число деталей, оброблюваних (знімаються з верстата) за один цикл верстата; tшт — штучний час обробки деталі, сек.

Результати розрахунку часу циклу силових агрегатів по нормативних режимах різання приведені в таблиці 2.9.

Таблиця 2.9. Час циклу силових агрегатів

Qшт = 3600 * 0.8 * 1 / (18.1 + 4) = 130.3 шт/час

Таким чином, уточнена продуктивність трохи нижче, розрахованої на ЕОМ, але вище необхідної. При цьому операцією, що лімітує, є свердління 4-х отворів (6.7 на глибину 19.5 мм із зенкованием фасок, виконувана на п’ятому і восьмому силових агрегатах. Отже при розрахунку налагодження силових вузлів режими різання (швидкість і подачу) можна зменшити, що дозволить підвищити стійкість різальних інструментів і витрати на їхнє переточування.

3. ВИБІР І РОЗРАХУНОК НАЛАГОДЖЕННЯ УНІФІКОВАНИХ СИЛОВИХ ВУЗЛІВ І ВУЗЛІВ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОСНАЩЕННЯ

3.1 Вибір і обґрунтування типів і компонування силових агрегатів У п. 1.3, виходячи з розмірів оброблюваної деталі, кількості і розмірів оброблюваних поверхонь, для компонування верстата в якості основного силового агрегату були попередньо обрані силові голівки У1Х4035.

Силова голівка У1Х4035 (по РТМ 03−88) має наступні основні технічні і налагоджувальні характеристики:

— потужність приводного двигуна 1.1… 3.0 квт;

— повний хід пинолі 80 мм, максимальний робочий хід 80 мм;

— найбільше зусилля подачі 4200 Н;

— найбільший момент, що крутить, на ведучому валу 70 Нм;

— межі частот обертання шпинделя (вихідного вала) від 72 до 4000 об/хв.

Виконання голівки можуть бути різними в залежності від необхідних умов обробки і компонування технологічних переходів. Конкретне виконання визначається двома параметрами: типом привода — зубцюватий, ремінний чи з пружною муфтою; типом настановної плити — напрямна, відкатна, підкатна і приводна. Усього мається 12 виконань. Направляюча плита призначена тільки для настроювання осьового положення голівки; відкатна плита має ті ж функції і додатково дозволяє реалізувати цикл із вистоюванням на твердому упорі; підкатна плита має пневмопривод і призначена для відводу корпуса силової голівки для зміни інструментів; приводна плита має електромеханіч-ний привод і дозволяє виконувати прискорене підведення і відведення корпуса голівки з інструментами на досить великі відстані (до 200 мм).

Виконання вихідного вала голівки також можуть бути різними в залежності від типу і конструкції встановлюваного начіпного пристосування. Мається два типи вихідних валів голівки: вал приводний для з'єднання з начіпними пристосуваннями і шпиндель для безпосередньої установки інструмента. Параметри цих виконань приведені в табл.3.1. Позначення вихідного вала записується у виді 1УХ4035. ХХХ-ХХ.

Таблиця 3.1. Виконання і параметри вихідного вала голівки У1Х4035

Таблиця 3.2. Компонування силових агрегатів проектованого верстата

У проектованому верстаті на всіх робочих позиціях встановлюваємо силові голівки У1Х4035. Компонування силових агрегатів приведена в таблиці 3.2. Вертикально розташовані третій і сьомий агрегати (свердління 8-ми отворів 9.2 мм) установлюємо на направляючі плити, що дозволяють виконувати тільки ручне перімещение корпуса голівки при зборці і налагодженні агрегатного верстата. Інші силові голівки встановлюємо на підкатні плити з пневмоприводом, що дозволяють відводити силову голівку від зажимного пристосування на 200 мм і виконувати зручну зміну і настроювання різальних інструментів.

Усі силові агрегати, мають більше одного що ріже инструмента, тому оснащуємо їх багатошпиндельними насадками, шпинделі яких будуть одержувати обертання від приводного вала голівки. Крім того, для направлення різальних інструментів на операціях свердління, розсвердління і зенкерування встановлюємо рухливі кондуктори.

3.2 Розрахунок, налагодження і вибір виконань основних силових вузлів

3.2.1 Налагодження приводів головного руху і приводів подачі

Для коректування розрахункових режимів різання по заданій продуктивності визначаємо час що лімітує (мінімальний) циклу верстата і силових агрегатів. Приймаємо коефіцієнт технічного використання Ктв=0.8 (рекомендується 0.7−0.9). Тоді

tцст = 3600 * Ктв / Qшт = 3600 * 0.8 / 80 = 36 сек.

При багатопозиційному периферійному компонуванню верстата й одночасній роботі всіх силових агрегатів

tцст = tцсамах + tп, (3.1)

де tцсамах — час циклу силового агрегату, що лімітує, tп — час повороту планшайби поворотного столу на одну позицію (час позиціонування пристосувань із заготівлями). Попередньо було прийнято tп = 4 сек. Тоді

tцсамах = 36 — 4 = 32 сек.

Для кожного силового вузла визначаємо мінімальну по продуктивності хвилинну подачу.

а) для силових голівок У1Х4035 (крім операції різьбонарізання)

Sмміn = 1.5 * 60 * Lрх / tцсамах, сек. (3.2)

б) для силових голівок У1Х4035 при різьбонарізанні

Sмміn = 2.5 * 60 * Lрх / tцсамах, сек. (3.3)

в) для силових столів 1 у.е.4532

Sмміn = Lрх / tрх = Lрх / (tцсамах — tхх), сек. (3.4)

Час холостого ходу силового столу дорівнює tхх = Lхх / Vхх, де

Vхх=7.0 м/хв (Lхх=250−400 мм, tхх=2−3 сек).

Уточнюємо також довжини робочих ходів силових вузлів, виходячи з набору уніфікованих кулачків подачі силової голівки У1Х4035 (РТМ03−88).

Результати коректування довжин робочих ходів, значення минимальных хвилинних подач і скоректовані режими різання зводимо у таблицю 3.3.

Таблиця 3.3. Уточнені по продуктивності режими різання

Розрахункові (нормативні) режими різання на всіх позиціях перевищюють необхідні по продуктивності від 1.32 до 7.23 рази. Зрозуміло, що занизити подачу і швидкість різання в 7 разів по відношенню до нормативних неприпустимо, тому що це приведе до значному зниженню якості обробки. Тому занижуємо режими (хвилинну подачу) від 1.2 до 3.6 рази (в основному за рахунок подачі).

При призначенні частоти обертання інструментальних шпинделів основне передатне відношення насадок приймаємо рівним 1.0.

Після коректування режимів по необхідній продуктивності виконуємо розрахунок (вибір) параметрів їхнього налагодження в силових агрегатах.

Налагодження приводів головного руху і приводів подач силових агрегатів полягає в підборі параметрів приводів, забезпечующих необхідну частоту обертання вихідного вала і подачу його робочого органа (пиноли чи платформи столу) з мінімальною погрішністю. Для силових вузлів на базі силової голівки У1Х4035 параметрами для настроювання привода головного руху є:

1) тип привода (зубцюватий, ремінний чи муфтовий);

2) модель і параметри (потужність, частота обертання) приводного електродвигуна;

3) настроєна частота обертання вихідного вала голівки і виконання привода (якому відповідають значення чисел зубів змінних коліс чи діаметри змінних шківів).

Параметри що настроються привода подач силової голівки:

1) довжина повного і робочого ходу по кулачку (L, Lрх);

2) виконання кулачка подачі (визначається довжиною робочого ходу і напрямком спіралі кулачка);

3) число заходів черв’ячної пари ланцюга подач — Кч (1,3,6);

4) числа зубів змінних зубчастих коліс ланцюга подач Z1, Z2;

5) число оборотів вихідного вала голівки на 1 оборот кулачка — nкул.

Виконуємо підбор параметрів налагодження голівки по РТМ03−88.

Обрані значення приведені в таблиці 3.4.

Після вибору параметрів налагодження силових вузлів уточнюємо навантаження (зусилля подачі і моменти що крутять), що діють на інструменти і сумарні на силових вузлах, а також швидкості різання, потужність різання і час циклу силових вузлів по формулах:

Рон = Рор *(Sон/Sop) yр, (3.5)

Мн = Мр *(Sон/Sop)yм, (3.6)

Vн = Vp * nн / nр, (3.7)

Nрез = Мкр * n / 9550, квт. (3.8)

tц = 60 * nдо / nвв, c. (3.9)

tц = 120 * (*nкул / 360 + Lрх / S) / nвв, c. (3.10)

Таблиця 3.4. Параметри налагодження приводів головного руху і подач силових вузлів

У формулах (3.5)-(3.8) індекс «н» означає настроєні режими, а «р» — розрахункові. Показники ступеня yp і yм узяті з і для операцій наявних у верстаті мають наступні значення:

Операція: свердління розсвердління зенкерування наріз.різьб

Yp = 0.65 0.4 0.8 ;

yм = 0.75 0.8 0.8 1.5

По формулі (3.9) розраховується час циклу силових голівок для всіх операцій крім різьбонарізання, а по (3.10) — для операции різьбонарізання (- кут швидкого підведення на профілі кулачка подачі - у нашому випадку 63.65 градуса, S — крок різьблення).

Перелічені значення сумарних навантажень, швидкості і потужності різання, а також часи циклу силових вузлів приведені в таблиці 3.5.

Таблиця 3.5. Скоректовані значення параметрів режимів різання по налагодженим подачі і частоті обертання

3.2.2 Побудова циклограм роботи силових вузлів У проектованому верстаті застосовуємо 2 типи циклограм силових агрегатів:

1) БП-РХ-БО — для силових вузлів 1−5,7,8 (мал.3.1.а);

2) БП-РХ-В-БО — для 6 і 9 силових вузлів (мал.3.1.б — резьбонарізування).

БП РХ БП РХ

|——————->|======>| |———————>|======>|

а) | БО | б) | БО B |

|<————————————-| |<———————|<======|

Мал.3.1. Циклограми силових агрегатів У позначенні циклограм: БП, БО — швидке підведення (відвід), РХ — робочий хід; В — вигвинчування (зворотний хід на робочій подачі).

Повний хід пиноли силової голівки У1Х4035 дорівнює 80 мм. Вибрані значення довжин робочих ходів приведені в таблиці 3.3. При цьому для різьборезних операцій довжина робочого ходу по профілі кулачка подачі вибирається значно більше необхідної довжини, так як тут основним є підбор значення робочої подачі, котре повинне бути менше величини кроку нарізаємої різьби на 5−10%. У нашому випадку при кроці 1.25 мм приймаємо подачу 1.104 мм/об, що має місце при робочому ході по кулачці 32 мм і числі оборотів ведучого вала на один оберт кулачка nдо = 46.

Зображення циклограм усіх силових агрегатів з довжинами рабочих і холостих ходів приведені на кресленні інструментальної наладки (МШ50.7 090 203.010К-02).

3.2.3 Вибір виконань силових вузлів і оформлення таблиць налагодження Виконання силової голівки У1Х4035 визначається типом плити, на який установлюється її корпус, типом привода і типом виходного вала. Ці параметри визначені при виборі компонування силовых вузлів і приведені в таблиці 3.2.

У таблицю налагодження силової голівки крім параметрів приводів головного руху і подач, перерахованих у п. 3.2.1, заносяться:

1) номер силового вузла за схемою компонування;

2) час циклу вузла;

3) кількість відводів для циклів глибокого свердління;

4) сумарні моменти, що крутять, Мкр і осьове зусилля подачі Ро;

5) виконання самого силового вузла;

6) тип і виконання вихідного вала голівки;

7) тип і виконання плити, на якій установлюється корпус силової голівки.

Для всіх силових вузлів проектованого верстата складені і заповнено таблиці налагодження за установленою формою і приведені в додатку до пояснювальної записки.

3.3 Проектування і розрахунок багатошпиндельної насадки Багатошпиндельні насадки призначені для оснащення силових голівок з висувною пинолью. При цьому розташування шпинделів визначається розташуванням оброблюваних поверхонь.

Багатошпиндельна насадка складається з фланця, корпуса і дахівки, усередині яких розташовуються деталі, що передають рухи від приводного вала силової голівки до шпинделів. Корпус насадки встановлюється на скалках, що запресовані в державке, установленної на торці корпуса силової голівки. У фланці насадки мається циліндричний базовий отвір діаметром 100 мм, яким насадка встановлюється на пиноль голівки.

Змазування зубчастих коліс і підшипників насадки виконується методом створення масляного тумана. При горизонтальному расположении за допомогою вала із зірочкою-росприскувачем, а при вертикальном — за допомогою гвинтового насоса, який накачує рідину на верхні зубчасті колеса.

Проектована насадка буде виготовлятися в 3-х виконаннях для 1,2 і 4-го силових агрегатів. Розрізнятися вони будуть лише встановлюваємим у шпинделях різальним інструментом і режимами роботи (частотою обертання валів і навантаженнями).

3.3.1 Компонування насадки Компонування насадки вибираємо виходячи з кількості і расположения шпинделів, осі яких збігаються з осями оброблюваних отворів у деталі. У проектованій насадці повинне бути 3 шпинделя (обробка 3-х східчастих отворів 25.0/29.0, розташованих на одній горизонтальній осі на відстані 42 мм друг від друга.

Застосовуємо найбільш просте компонування насадки (див. мал.3.2) з роздачею руху від ведучого вала до шпинделів однією зубцюватою передачею на кожен шпиндель. При цьому зубчасті передачі від ведучого вала до середнього шпинделя (обробка отвору 2) і до крайніх шпинделів (обробка отворів 1,3) розташовуємо в різних плоскостях уздовж осі шпинделів (у різних шарах розкочування). У такий спосіб на ведучому (приводному) валу насадки буде встановлено 2 зубцюватих колеса.