Гибкий производственный модуль на базе многоцелевого станка для изготовления корпусных деталей ВКР / Дипломная работа (МТ-1)
Описание
Только РПЗ
АННОТАЦИЯ
Расчётно–пояснительная записка 271 с., 146 рис., 22 табл., 28 источника, 1 прил.
Гибкий производственный модуль (ГПМ) на базе многоцелевого станка для изготовления корпусных деталей.
Объектом разработки является гибкий производственный модуль на базе многоцелевого станка (обрабатывающего центра).
Цель работы – модернизация базового варианта многоцелевого станка до уровня гибкого производственного модуля с целью увеличения производительности и уменьшения эксплуатационных затрат.
Поставленная цель реализуется за счет модернизации привода главного движения и приводов подачи, использования перегрузочного и накопительного устройств столов–спутников, применения современной системы числового программного управления и внедрения наклонно-поворотного стола в систему.
Согласно проведенному анализу, проектируемый ГПМ полностью соответствует всем требованиям безопасности и охраны труда.
Расчет показателей экономической эффективности показал рентабельность проведения модернизации. Расчетный срок окупаемости проекта – примерно 6 месяцев.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Техническое задание на проектируемый станок. 9
1.1. Технические требования. 9
2.1. Обзор и анализ номенклатуры типовых деталей. 16
2.2. Обзор многоцелевых станков. 24
2.2.1 Горизонтальный фрезерный обрабатывающий центр HEC 630 24
2.2.2 Горизонтальный обрабатывающий центр AVEREX AUTOMATION модель HS-630i 27
2.2.3 Горизонтальный фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ Vcenter-H22W VICTOR Taichung. 33
2.2.4 Обрабатывающий центр фрезерный горизонтальный ИР800ПМФ4 35
2.3. Принципиальная схема проектируемого ГПМ.. 43
2.4. Перечень функций управления станком. 44
2.5. Проектирование привода главного движения. 46
2.5.1 Привод главного движения (вращение шпинделя) 46
2.5.2 Расчет мощности электродвигателей рабочих органов. 48
2.5.2.1 Электродвигатель главного движения. 48
2.5.2.2 Электродвигатель привода перемещения стола по координате Х 49
2.5.2.3 Электродвигатель привода шпиндельной бабки по оси Y.. 50
2.5.2.4 Электродвигатель привода колонны по оси Z. 51
2.5.2.5 Электродвигатель устройства наклонного стола по координате А 53
2.5.2.6 Электродвигатель устройства поворотного стола по координате B.. 53
2.6. Технические характеристики проектируемого ГПМ.. 55
2.7.1 Схемы шпиндельных узлов. 57
2.7.2 Выбор кинематической структуры привода главного движения 59
2.7.3 Расчет параметров ременной передачи. 60
2.7.4 Обоснование компоновки шпиндельного узла. 64
2.7.5 Определение главных размеров шпиндельного вала. 64
2.7.6 Выбор материала шпинделя и его термической обработки. 66
2.7.7 Обоснование способа смазки и разработка смазочной системы 66
2.7.9 Расчет шпиндельного узла на жесткость. 69
2.8. Привод перемещения колонны по координате Z. 81
2.8.1 Схемы привода перемещения колонны по координате Z. 81
2.8.2 Описание конструкции привода перемещения колонны по координате Z. 82
2.8.3 Регулирование натяга в шариковой винтовой передаче. 86
2.8.4 Расчет шариковой винтовой передачи. 87
2.9. Измерительные преобразователи Heidenhain. 92
2.13. Привод устройства наклонного стола по координате А и поворотного стола по координате B. 98
2.13.1 Схемы приводов стола. 98
2.13.2 Расчет червячной передачи в приводе наклона стола. 100
2.14. Гидросистема станка. 109
2.15. Центральная смазочная система. 109
2.15.1 Смазочно-охлаждающие технологические среды.. 110
2.17. Цветовая гамма станка. 113
3. Выбор системы управления. 115
3.2. Геометрическая задача. 115
3.2.1 Ввод и хранение системного программного обеспечения (СПО) 115
3.2.2 Ввод и хранение управляющей программы (УП) 116
3.2.3 Функция интерпретации кадра. 116
3.2.4 Функция интерполяции. 117
3.2.5 Реализация обратной связи по скорости. 118
3.2.6 Аварийный останов привода. 118
3.2.7 Функция согласования. 118
3.2.8 Функция автоматического выхода рабочего органа в ноль станка 119
3.2.9 Функция реферирования. 119
3.2.10 Автоматический выход рабочего органа в т. смены инструмента N 120
3.2.11 Функция коррекции управляющей программы.. 121
3.3.1 Управление циклом автоматической смены инструмента. 126
3.3.2 Управление циклом автоматической смены заготовки. 130
3.3.3 Вспомогательные функции. 135
3.4. Технологическая задача. 137
3.4.3 Измерение геометрических размеров детали по двум точкам 156
3.5. Выбор системы ЧПУ для управления проектируемым станком. 159
3.5.1 Выбор мультипроцессорной СЧПУ.. 159
3.5.2 Выбор архитектурного решения построения МП СЧПУ.. 160
3.5.3 Технические характеристики SINUMERIK 840D.. 162
3.5.4 Описание блок-схемы SINUMERIK 840D.. 163
3.7. Диагностическая задача. 170
4. Научно-исследовательская часть. 173
4.4. Создание 3D модели поворотного стола. 178
4.5. Результаты и обсуждение. 182
5.1. Разработка маршрутной технологии изготовления детали Корпус 1 188
5.1.1 Выбор последовательности обработки по зонам. 188
5.2. Выбор режущего инструмента и приспособления. 190
5.2.1 Выбор режущего инструмента по зонам. 190
5.2.1.1 Полуоткрытая зона 2. 191
5.2.1.2 Закрытая зона 3,4. 192
5.2.1.3 Закрытая зона 7,8. 193
5.3. Выбор приспособления и инструментальной оснастки. 194
5.3.1 Выбор приспособления и инструментальной оснастки. 197
5.4. Увязка системы координат детали и системы координат станка 200
6. Промышленная экология и охрана труда. 239
6.2.3 Производственный шум. 243
6.2.4 Вредные вещества в воздухе рабочей зоны.. 243
6.2.5 Производственные вибрации. 245
6.2.6 Электромагнитные излучения. 247
6.3. Расчет общего искусственного освещения. 248
6.4. Экологическая оценка проекта. 250
7. Организационно-экономическая часть. 255
7.1. Расчет затрат на разработку и внедрение модернизированного варианта станка. 255
7.1.1 Расчет производительности оборудования. 255
7.1.2 Расчет себестоимости модернизации оборудования. 256
7.1.3 Расчет предпроизводственных затрат.. 258
7.2. Расчет экономической эффективности внедрения модернизированного варианта станка. 261
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 265
ВВЕДЕНИЕ
Научно–технический прогресс в машиностроении в значительной степени определяет развитие и совершенствование всего народного хозяйства страны. Важнейшими условиями ускорения научно–технического прогресса являются рост производительности труда, повышение эффективности общественного производства и улучшение качества продукции. Огромное влияние на повышение производительности оказывает оборудование, на котором выполняется технологический процесс.
Наиболее примечательным явлением в станкостроении, следующим за появлением станков с числовым программным управлением (ЧПУ), было развитие изготовления и применения станков с системами автоматической смены инструмента и заготовки, получивших название многоцелевые станки (обрабатывающие центры). Название данного оборудования отражает его технологическую универсальность, возможность обработки деталей инструментами разных видов, в отличие от обычных операционных станков с ЧПУ, работающих инструментами одного вида.
Для определения места многоцелевых станков на рынке современного станочного оборудования, необходимо рассмотреть некоторые общие тенденции развития станкостроения и определить роль многоцелевых станков в их осуществлении.
Повышение универсальности металлорежущего оборудования отвечает требованию увеличения технологической мобильности машиностроительного производства, обусловленному постоянно нарастающим ускорением развития промышленности. Многоцелевые станки в наибольшей степени отвечают этому требованию, ведь в данном оборудовании исключена специализация по виду режущего инструмента, в полной мере используются фрезы различных типов, расточные резцы, сверла, зенкеры, развертки и метчики.
Централизация (сосредоточение) обработки на станках – вторая важная тенденция современного станкостроения, находящая отражение в многоцелевых станках. Она проявляется в увеличении числа последовательных операций, выполняемых на станке за одну установку. Многооперационная обработка в трех или четырех координатных осях на одном станке вместо нескольких значительно сократила время производства одной детали. Компоновки станков, приспособленных для централизации обработки, отличаются наличием устройств для поворотов заготовки с целью обработки ее обработки с разных сторон, увеличением числа осей координат, по которым осуществляются точные управляемые движения, наличием устройства для последовательного ввода различных режущих инструментов.
Автоматизация – еще одна важная тенденция развития рынка станков, к которой многоцелевые станки имеют прямое отношение.
Обрабатывающие центры оснащаются системами ЧПУ в их наиболее развитой форме, когда автоматическим управлением охвачены не только перемещения узлов, но и изменения режимов резания, поиск и смена режущего инструмента, повороты обрабатываемой заготовки и некоторые другие функции.
На базе многооперационных станков могут быть разработаны гибкие производственные модули (ГПМ). Для увеличения производительности ГПМ объединяются в гибкие производственные ячейки (ГПЯ), а ГПЯ, в свою очередь, в гибкие производственные системы (ГПС), позволяющие максимально сократить время от раззработки до выпуска новых изделий.
Таким образом, анализ особенностей многоцелевых станков в свете важнейших тенденций развития современного станкостроения показывает, что эти станки не только наиболее полно отвечают этим тенденциям, но и вносят в них новые элементы: высокую универсальность с исключением специализации по видам инструментов, интеграцию обработки с совмещением разнородных инструментов для выполнения сочетаний типовых операций за одну установку, высокую степень автоматизации.
Техническое задание на проектируемый станок
Основание для разработки
Задание по подготовке дипломного проекта, выданное 14 марта 2022 года кафедрой МТ-1 (Металлорежущие станки) МГТУ имени Н. Э. Баумана, утверждено 14 марта 2022 года заведующим кафедрой МТ-1 Утенковым В.М.
Цель и назначение разработки
Эксплуатационное назначение станка – обработка корпусных деталей из чугуна в условиях мелко- и среднесерийного производства.
Функциональное назначение станка – снижение времени обработки и повышение точности обработки.
Источники разработки
В качестве базового варианта использован многоцелевой станок модели ИР800ПМФ4 Ивановского завода тяжелого станкостроения.
Технические требования
Показатели назначения
Производительность многоцелевого станка должна соответствовать условиям мелко- и среднесерийного производства (100-1000 деталей в год).
Расход электроэнергии не должен превышать 40 кВт, при этом мощность привода главного движения не должна превышать 20 кВт.
Точность многоцелевого станка должна быть не ниже:
- точность позиционирования по координатам: 0,001 мм;
- точность расстояния между осями обрабатываемых отверстий: 0,005 мм.
Показатели надежности
Станочный модуль должен иметь следующие параметры надежности:
- срок безотказной работы на параметрический отказ: 10000 часов;
- срок безотказной работы на функциональный отказ: 20000 часов;
- срок сохранения ремонтопригодности: не менее 15 лет;
- срок безотказной работы СЧПУ: 2000 часов.
Требования к технологичности
При сборке многоцелевого станка необходимо обеспечить следующие требования технологичности:
- при сборке обеспечить правильность установки зубчатых колес в зацеплениях;
- обеспечить максимально возможную простоту технического обслуживания многоцелевого станка в процессе эксплуатации;
- обеспечить простоту демонтажа и ремонта основных узлов и приводов многоцелевого станка.
Требования к унификации и стандартизации
При проектировании многоцелевого станка по возможности использовать стандартные, унифицированные или заимствованные сборочные единицы и детали:
- использовать серийные двигатели в приводах;
- использовать в качестве крепежных метрические резьбы основного ряда для болтов стандартного ряда длин;
- использовать основные ряды модулей и чисел зубьев зубчатых передач;
- устройство ЧПУ выбрать из существующих, серийного производства.
Требования к безопасности
При сборке, эксплуатации, обслуживании и ремонте многоцелевого станка обеспечить следующие меры безопасности:
Требования по безопасности сборки:
- при сборке надежно закреплять все детали и узлы в фиксирующих приспособлениях;
- использовать подъемно-транспортные средства при монтаже крупногабаритных узлов большой массы;
- не допускать использования нестандартных или бракованных болтов, гаек и других крепежных элементов.
Требования по безопасности эксплуатации:
- обеспечить легкий доступ к кнопке “Аварийный СТОП”;
- вывести пульт оператора за пределы области возможного разлета стружки;
- не допускать использования нестандартного, бракованного или изношенного выше нормы режущего инструмента, а также режимов обработки, не соответствующих обрабатываемому материалу на данной операции;
- все токоведущие элементы (провода, муфты, распайки) не должны иметь повреждений изоляции и по окончании сборки должны быть убраны в дополнительные пластиковые кожуха;
- ввести обязательное заземление всех электродвигателей и других узлов и деталей многоцелевого станка, находящихся под напряжением. Обязательно заземлить корпус самого многоцелевого станка;
- обеспечить все требования и нормы по освещенности, микроклимату и производственным вибрациям в зоне нахождения оператора и обслуживающего персонала;
- обеспечить легкость уборки стружки со стола и вокруг многоцелевого станка.
Требования по безопасности обслуживания:
- не допускать открывания защитных крышек токоведущих частей многоцелевого станка при включенном или работающем станке;
- гарантийное обслуживание должны производить только специалисты с предприятия - изготовителя;
- не допускать к работе и обслуживанию многоцелевого станка лиц, не прошедших инструктаж по технике безопасности.
Требования по безопасности ремонта:
- при необходимости ремонта механических узлов многоцелевого станка обязательно отключать многоцелевой станок от сети;
- при необходимости ремонта элементов электросистемы пользоваться только изолированным инструментом и соблюдать все правила техники безопасности (ТБ) по ремонту электрооборудования;
- при любом виде ремонта блокировать все возможности включения многоцелевого станка, кроме как специалистами по ремонту;
- при необходимости демонтажа отдельных деталей и узлов надежно закреплять их в фиксирующих приспособлениях или на тельфере;
- ремонт и демонтаж поврежденной электропроводки и элементов производить только при выключенном станке.
Эстетические и эргономические требования
Станок должен удовлетворять следующим эстетическим и эргономическим требованиям:
- внешний вид многоцелевого станка должен соответствовать современным требованиям дизайна;
- окраска многоцелевого станка должна быть произведена в соответствии с теорией динамических цветов или в нюансной гармонии;
- органы управления, пульт управления и зона обработки по своим размерам и положению должны обеспечивать нормальную работу операторов.
Патентная частота
Патентная чистота продукции должна быть обеспечена полностью в следующих странах: Российская Федерация.
Требования к составным частям продукции, сырью, исходным и эксплуатационным материалам
Составные части продукции, сырье, жидкости, смазки, краски и другие материалы, применяемые при изготовлении и эксплуатации станка должны удовлетворять следующим требованиям:
- материалы для изготовления многоцелевого станка выбираются конструктором с учетом их конструктивных, эксплуатационных и экономических характеристик;
- при использовании (эксплуатации, обслуживании и ремонте) многоцелевого станка допускается применение стандартных смазочных материалов, красок и СОЖ (эмульсий);
- ограничить применение в конструкции дорогостоящих легированных сталей и сплавов.
- ограничить применение долгосохнующих и легкоиспаряющихся красок;
- нежелательно применение в конструкции материалов, содержащих канцерогенные вещества, например свинец, кадмий и другие. В случае применения таковых веществ предусмотреть меры защиты обслуживающего персонала от вредного воздействия этих веществ;
- недопустимо применение материалов, содержащих, или могущих накапливать радиоактивные вещества и легко ионизируемых материалов;
- покупные детали, сырье и материалы должны иметь обязательные сертификаты качества и соответствия гигиеническим нормам.
Условия эксплуатации (использования)
При эксплуатации многоцелевого станка должны соблюдаться следующие условия:
- допускается использовать при эксплуатации многоцелевого станка только стандартные смазочные материалы, сырье и инструменты;
- недопустимо использование режимов обработки, не соответствующих обрабатываемому материалу;
- в процессе эксплуатации должны проводиться регулярные проверки установленной точности и работоспособности многоцелевого станка;
- допустимое воздействие климатических условий (температуры, влажности, атмосферного давления и содержания посторонних примесей в атмосфере) должно быть на уровне стандартных нормативов для цехов металлообработки в данной климатической зоне;
- недопустимо воздействие на многоцелевой станок агрессивных сред и солнечной радиации, а также попадание в рабочие органы многоцелевого станка крупной пыли, песка и абразивов с диаметром частиц более 0,1 мм;
- время подготовки многоцелевого станка к эксплуатации после транспортировки и длительного хранения определяется временем на наладку и проверку работоспособности всех органов, узлов и систем многоцелевого станка;
- в процессе эксплуатации должно проводиться периодическое (не реже 1 раза в месяц) обслуживание узлов и систем многоцелевого станка;
- необходимое для обслуживания одного многоцелевого станка количество персонала: один оператор, один наладчик, один электрик, один электронщик и один инструментальщик с возможностью обслуживания указанным персоналом другого оборудования в момент нормальной работы данного станка;
- необходимая квалификация персонала определяется общими требованиями к персоналу, допускаемому к обслуживанию станков с ЧПУ;
Дополнительные требования
При поставке станка потребителю станок должен удовлетворять следующим требованиям:
- многоцелевой станок должен быть обеспечен документацией, содержащей полное описание его установки, наладки, эксплуатации и послегарантийного ремонта, а также описание контрольных сервисных и проверочных мероприятий;
- вместе с системой ЧПУ должна поставляться тестовая управляющая программа для обработки контрольной детали;
- поставки специальных тренажеров и обучающих программ не требуется;
- поставки специальной тестовой аппаратуры и испытательных стендов для элементов электросистем не требуется;
- при поставке станка на экспорт все необходимые надписи, таблички, условные обозначения на пульте управления, система программирования ЧПУ и документация должны быть написаны (или содержать дубликаты) на языке и в соответствии со стандартами страны - импортера. По возможности должны быть учтены эргономические требования страны - импортера.
Требования к маркировке и упаковке
Данные требования определяются общими требованиями к маркировке и упаковке станков с ЧПУ класса ”П”.
Требования к транспортировке и хранению
К многоцелевому станку предъявляются следующие требования:
- транспортировка многоцелевого станка должна осуществляться только наземным транспортом в крытых вагонах или фургонах автомобилей. При необходимости транспортировки станка авиасредствами должны быть приняты меры к защите многоцелевого станка от действия ударов и перегрузок;
- хранение многоцелевого станка должно осуществляться только в закрытом отапливаемом помещении с климатическими условиями, аналогичными условиям эксплуатации;
- складирование упакованных многоцелевых станков штабелями не допускается даже при хранении их в металлических контейнерах;
- при необходимости переконсервации и переосвидетельствовании многоцелевого станка, находящегося на хранении, таковые должны проводиться не реже, чем один раз в шесть месяцев.
Экономические показатели
Экономическая эффективность
Ориентировочная экономическая эффективность должна быть не менее чем у базового многоцелевого станка, взятого для проектирования.
Срок окупаемости
Срок окупаемости станка должен быть не более 4 лет со дня ввода его в эксплуатацию.
Конструкторская часть
Обзор и анализ номенклатуры типовых деталей
Многоцелевой станок с ЧПУ предназначен для выполнения фрезерно-сверлильных работ при обработке корпусных деталей.
На станке можно выполнять следующие технологические операции: фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, нарезание резьбы, зенкование, цекование.
На рисунках 2.1 и 2.2 приведены типовые детали, обрабатываемые на рассматриваемом станке. На рисунке 2.3 представлен чертеж корпуса редуктора.
Рис. 2.1 Корпус редуктора
Рис. 2.2 Корпус
Рис. 2.3 Чертеж корпуса редуктора
Для определения технических возможностей станка рассмотрим представленные детали. Позициями на рисунке обозначены номера поверхностей детали, подвергаемые обработке. В скобках указаны необходимые интерполяции для обработки данных деталей.
Рис. 2.4 Анализ поверхностей корпуса редуктора
Деталь корпус редуктора состоит из различных поверхностей: плоские поверхности (1, 6, 8, 14, 15, 16, 17, 18, 19), отверстия (2, 7, 9, 20, 21), внутренние цилиндрические поверхности (3, 4, 5), криволинейные поверхности (10, 11, 12, 13).
Габаритные размеры: 725х460х346.
Материал: СЧ25 ГОСТ 1412-85.
Требования по точности: 7 квалитет точности (посадочные поверхности Æ130H7, Æ170Н7) (чертеж детали представлен в графической части диплома).
Требования по шероховатости: Ra 1,6 мкм (посадочные поверхности Æ130H7, Æ170Н7).
Анализ поверхностей детали (с указанием вида обработки и требуемой интерполяции) (рис. 2.4):
Обрабатывающий центр фрезерный горизонтальный ИР800ПМФ4
Обрабатывающий центр ИР800ПМФ4 (рис. 2.9) [6] - сверлильно-фрезерно-расточной станок с числовым программным управлением (ЧПУ), с автоматической смены инструмента (АСИ) и сменой обрабатываемых деталей предназначен для высокопроизводительной обработки деталей массой до 700 кг из конструкционных материалов от легких сплавов до высокопрочных сталей.
Широкий диапазон частоты вращения шпинделя и скоростей подач позволяет производить сверление, зенкерование, развертывание, растачивание точных отверстий, связанных координатами, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьбы метчиками.
Наличие поворотного стола, устанавливаемого с высокой точностью ( с через ), расширяет технологические возможности станка, позволяет обрабатывать соосные отверстия консольным инструментом.
Повышенная степень точности станка (класс П) обеспечивает обработку отверстий по 7, 8 квалитетам точности с шероховатостью поверхности Ra 1,6 мкм.
Высокая степень автоматизации вспомогательных функций станка включает автоматическую смену инструмента и обрабатываемых деталей, позволяет встраивать его в автоматическую линию с управлением от ЭВМ.
Все узлы станка ИР-500 смонтированы на жесткой Т-образной станине, которая является общим основанием.
Лобовая бесконсольная шпиндельная бабка расположена внутри портальной стойки.
Устройство автоматической смены инструмента с инструментальным магазином барабанного типа монтируется на верхнем торце стойки.
Все базовые детали имеют обребренную конструкцию и обеспечивают максимальную жесткость и виброустойчивость при высокопроизводительной обработке, гарантируют длительное сохранение точности.
Жесткий шпиндель изготовлен из цементированной стали с высокой поверхностной твердостью (HRC 62). Шпиндель монтируется в отдельном корпусе на прецизионных роликовых и упорно-радиальном шариковом подшипниках, что обеспечивает оптимальную точность, жесткость и виброустойчивость.
Гидромеханическое устройство зажима инструмента в шпинделе гарантирует надежность и быстродействие крепления режущего инструмента с усилием 1250 кг.
Привод шпинделя станка осуществляется двухступенчатой коробкой скоростей от электродвигателя постоянного тока мощностью 14кВт. В диапазоне 21-174 об/мин на шпинделе обеспечивается постоянный момент, а в диапазоне 182…3000 об/мин – постоянная мощность.
Автоматическая ориентация шпинделя с управлением от ЧПУ и механической фиксацией расширяет технологические возможности станка, позволяет производить целую серию технологических циклов, в которых необходимо отвести резец от рабочей поверхности, не повреждая изделие.
Перемещение подвижных узлов по осям Х, Y, Z осуществляется от высокомоментных электродвигателей с постоянными магнитами, которые через упругие муфты высокой жесткости непосредственно соединены с прецизионными шариковыми винтовыми парами, обладающими нагрузочной способностью, жесткостью и долговечностью.
Силовое удержание узлов при резании осуществляется следящим приводом, что исключает необходимость применения зажимным устройств.
Совершенные электроприводы подач обеспечивают постоянное (до 0,2 с) время разгона и торможения, а, следовательно, и минимальное время обработки запрограммированных перемещений.
Позиционирование осуществляется одновременно по трем координатным осям X, Y, Z.
В подвижных узлах станка применена система комбинированных направляющих, состоящих из прецизионных роликовых опор качения, установленных с предварительным натягом, и антифрикционного полимерного материала, обладающего низким коэффициентом трения и высокой демпфирующей способностью, что гарантирует высокую точность позиционирования, устойчивость станка при резании на максимальных режимах обработки. Направляющие изготовлены из высококачественной закаленной стали и отшлифованы с высокой точностью и чистотой поверхности.
Телескопическая защита, установленная на всех координатных перемещениях, надежно защищает направляющие и шариковые винтовые пары от попадания стружки и смазочно-охлаждающей жидкости и обеспечивает длительное сохранение точности станка. Непосредственно шариковые винты и накладные направляющие снабжены специальными средствами для защиты их от попадания стружки и грязи.
Встроенный поворотный индексируемый стол перемещается по отдельной станине, которая крепится на общем основании (станине станка).
Поворотный стол имеет 72 позиции через . Установка стола происходит в автоматическом режиме.
Применение в качестве индексирующего элемента специальной муфты с торцевыми зубьями в сочетании с гидравлическим устройством зажима стола гарантирует точность поворота и надежность фиксации.
Для установки и крепления деталей на поверхности плиты-спутника имеется сетка для резьбовых отверстий.
Устройство автоматической смены инструментов, расположенное вне рабочей зоны, состоит из вращающегося инструментального магазина барабанного типа с кодированными гнездами емкостью на 30 инструментов и манипулятора.
Цикл смены инструмента происходит в следующем порядке:
- Магазин поворачивается для поиска инструмента
- Манипулятор делает движение вверх, захватывает инструмент за оправку и, выдвигаясь вдоль оси, вытаскивает оправку из гнезда, затем перемещается вниз и назад вдоль оси
- Шпиндельная бабка движется вверх в позицию смены инструмента, автооператор в конце хода захватывает отработавший инструмент
- Происходит смена инструмента, для этого оператор совершает ход вперед, поворот на 180°, ход назад
- Шпиндельная бабка опускается в рабочую позицию, а автооператор переносит отработавший инструмент в свое гнездо магазина
-Автооператор опускается, чтобы не мешать повороту магазина при поиске следующего инструмента
Так как основная часть перечисленных действий происходит во время обработки, то непосредственно на смену инструмента в шпинделе затрачивается 6 с.
Магазин получает вращение от высокомоментного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов через зубчатую пару.
Номера гнезд магазина закодированы; в корпусе магазина установлены упоры, воздействующие на конечные выключатели, осуществляющие отсчет поворота при поиске необходимого гнезда.
Двухзахватный автооператор имеет механизмы поворота, вертикального перемещения и выдвижения, работающие от гидросистемы станка (соответствующие гидроцилиндры на схеме не показаны). Поворот происходит от реечной передачи . Контроль крайних положений сборочных единиц и управление циклом автоматической смены инструментов осуществляется бесконтактными конечными выключателями.
Устройство смены стола-спутника. Автоматическая смена плит-спутников обеспечивает работу станков в автоматическом режиме, исключая из технологического цикла обработки время на установку и снятие деталей.
Накопитель столов-спутников. Отдельно стоящее гидромеханическое поворотное (на 180°) устройство, установленное у станка справа, служит для загрузки-разгрузки, ориентации и фиксации плиты-спутника на поворотном столе станка.
Работа гидравлических механизмов на станке обеспечивается аксиально-поршневым насосом переменной производительности с автоматическим регулированием расхода масла ( ), что гарантирует быстродействие исполнительных органов (автоматической смены инструментов) и уменьшает нагрев рабочей жидкости.
Управление гидроцилиндрами всех рабочих органов вспомогательных движений производится при помощи блочной гидроаппаратуры.
В гидросистеме станка встроен гадроаккумулятор с эластичным мешком, что обеспечивает уравновешивание шпиндельной бабки. Масло гидросистемы охлаждается в теплообменнике с воздушным охлаждением.
Смазка всех трущихся деталей станка и подшипников шпинделя — автоматическая централизованная дозированная от отдельной установки; шестерен и подшипников главного привода — непрерывная циркуляционная от отдельного насоса, расположенного в гидростанции.
В станке предусмотрены подача жидкой и распыленной смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания и сток в отдельно стоящий бак по сигналу с ЧПУ. Зона резания имеет ограждение для защиты оператора и окружающей среды от разбрызгивания эмульсии.
Устройство автоматической уборки стружки исключает затраты рабочего времени на уборку стружки вручную и облегчает условия труда рабочего-станочника.
Рис. 2.9 Обрабатывающий центр фрезерный горизонтальный ИР800ПМФ4
Таблица 2.4 - Технические характеристики
Основные параметры станка | Значение |
Размеры рабочей поверхности стола (длина х ширина) | 800 х 800 мм |
Перемещение поперечное стола (ось Х) | 1000 мм |
Перемещение вертикальное шпиндельной бабки (ось Y) | 710 мм |
Перемещение продольное стойки (ось Z) | 800 мм |
Вращение индексируемого поворотного стола (ось B) | 120 поз. |
Наибольший диаметр сверления в стали | 40 мм |
Наибольший диаметр растачиваемого отверстия | 160 мм |
Наибольший диаметр торцевой фрезы | 160 мм |
Точность позиционирования по осям X / Y | 0,018 / 0,015 мм |
Точность позиционирования по осям Z | 0,022 мм |
Рабочая подача по осям Х, Y, Z | 1…3200 мм/мин |
Скорость быстрых установочных перемещений по осям Х, Y, Z | 10 м/мин |
Наибольшее допустимое усилие подачи стола и стойки по осям X, Z | 10000 Н |
Наибольшее допустимое усилие подачи шпиндельной бабки (вертикальное) по оси Y | 8000 Н |
Расстояние от оси шпинделя до стола | 50…760 мм |
Модель устройства ЧПУ | НЦ-310 Балт-Систем, Siemens, Fanuc, HEIDENHAIN |
Количество управляемых координат | 3 |
Количество одновременно управляемых координат при линейной/круговой интерполяции | 3/3 |
Рабочий стол |
|
Максимальная нагрузка на стол (по центру) | 1500 кг |
Количество резьбовых отверстий на поверхности стола | 45 |
Диаметр резьбовых отверстий на поверхности стола | М20 мм |
Шпиндель |
|
Частота вращения шпинделя | 21,2…3000 об/мин |
Наибольший крутящий момент | 630 |
Конус шпинделя для крепления инструмента | ISO 50 (7:24) |
Магазин инструмента |
|
Количество инструмента в магазине | 30 |
Время смены инструмента | 6 с |
Время смены инструмента от стружки к стружке | 16,2…21,2 с |
Максимальный диаметр рядом стоящего инструмента | 125 мм |
Максимальный диаметр свободно стоящего инструмента | 160 мм |
Максимальная длина инструмента от торца шпинделя | 300 мм |
Масса инструментальной оправки с инструментом | 20 кг |
Устройство смены столов-спутников |
|
Время смены столов-спутников | 50…70 с |
Электрооборудование и привод |
|
Электродвигатель постоянного тока привода главного движения | 18 кВт |
Электродвигатели привода подач (X, Y, Z, B) и магазина | 2,8 кВт |
Электродвигатель насоса гидростанции | 5,5 кВт |
Габариты и масса станка |
|
Габариты станка | 5388 х 465 х 3455 мм |
Масса станка | 11370 кг |
Вывод: для обработки типовых корпусных деталей данный станок подходит по характеристикам. Однако для улучшения производительности и точности обработки добавляется управляемая координата А (наклонный стол), а также заменяется привод поворотного стола по координате B для снижения шага позиционирования (координата B становится управляемой координатой). Введение усовершенствований в отечественный станок экономически более целесообразно использования экспортного станка, обладающего данными координатами.
Принципиальная схема проектируемого ГПМ
На основе проведенного анализа зон детали выбирается гибкий производственный модуль (ГПМ) на основе обрабатывающего центра фрезерного горизонтального ИР800ПМФ (раздел 1.1). В этом разделе приведено подробное описание конструкции станка до модернизации. На рисунке 1.10 представлена принципиальная схема ГПМ после введения усовершенствований. Добавлена управляемая координата B (поворотный стол) и управляемая координата А (наклонный стол). Также в связи с добавлением указанных координат, изменена схема смена столов-спутников.
Рис. 2.10 Принципиальная схема ГПМ
В результате СЧПУ управляет рабочими органами по следующим координатам: стол – ось Х; шпиндельная бабка – ось Y; колонна – ось Z; наклонный стол – ось А; поворотный стол – ось B. Инструментальный магазин находится наверху колонну, что снижает габаритные размеры станка. Смена заготовок осуществляется благодаря поворотному устройству смены столов-спутников.
Вывод. Выбираемая СЧПУ должна управлять ГПМ, построенном на базе 5-ти координатного многоцелевого станка для обработки корпусных деталей.
Перечень функций управления станком
Рабочие органы:
- Привод главного движения (вращение шпинделя)
Пуск, стоп, реверс, вращение в диапазоне частот 100…3000 мин-1 (режимы резания посчитаны в технологической части дипломного проекта), дискретность частот вращения 20’, контроль частоты вращения.
- Привод перемещения стола по координате Х
Пуск, стоп, реверс, диапазон рабочих подач 10…1000 мм/мин, скорость холостого хода 10 м/мин, дискретность перемещений 0,001 мм, контроль точности перемещения рабочего органа, контроль скорости перемещения рабочего органа, ограничение хода, аварийный стоп, выход в точку смены заготовок, работа с постоянными технологическими циклами.
- Привод перемещения шпиндельной бабки по координате Y
Пуск, стоп, реверс, диапазон рабочих подач 10…1000 мм/мин, скорость холостого хода 10 м/мин, дискретность перемещений 0,001 мм, контроль точности перемещения рабочего органа, контроль скорости перемещения рабочего органа, ограничение хода, аварийный стоп, выход в точку смены инструмента, работа с постоянными технологическими циклами.
- Привод перемещения колонны по координате Z
Пуск, стоп, реверс, диапазон рабочих подач 10…1000 мм/мин, скорость холостого хода 10 м/мин, дискретность перемещений 0,001 мм, контроль точности перемещения рабочего органа, контроль скорости перемещения рабочего органа, ограничение хода, аварийный стоп, выход в точку смены заготовок, работа с постоянными технологическими циклами.
- Привод устройства наклонного стола по координате А
Пуск, стоп, реверс, диапазон рабочих подач 10…1000 мм/мин, дискретность угла поворота 5’, контроль точности угла поворота, контроль скорости перемещения рабочего органа, выход в точку смены заготовок.
- Привод устройства поворотного стола по координате B
Пуск, стоп, реверс, диапазон рабочих подач 10…1000 мм/мин, дискретность угла поворота 5’, контроль точности угла поворота, контроль скорости перемещения рабочего органа, выход в точку смены заготовок.
Вспомогательные органы:
- Зажим/разжим инструмента в шпинделе
Зажим заготовки в шпинделе, разжим заготовки в шпинделе, контроль состояния зажима/разжима заготовки в шпинделе.
- Поворот инструментального магазина
Пуск, стоп, поворот к заданной позиции инструмента, контроль угла поворота.
- Автооператор
Пуск, стоп, выдвижение штока до заданной позиции, задвижение штока до заданной позиции, поворот (3 положения), контроль положения заданных позиций.
- Перемещение поворотного устройства смены столов-спутников
Пуск, стоп, перемещение к заданной позиции, контроль достижения заданной позиции.
- Шток поворотного устройства смены столов-спутников
Пуск, стоп, выдвижение штока до заданной позиции, задвижение штока до заданной позиции, контроль достижения заданной позиции.
- Поворот устройства смены столов-спутников
Пуск, стоп, поворот на 180°, контроль достижения заданной позиции.
- Гидростанция
Пуск, стоп.
- Система подачи СОЖ
Пуск, стоп.
- Система смазки
Пуск, стоп.
- Транспортер стружки
Файлы условия, демо
Характеристики ВКР
Список файлов
- Гибкий производственный модуль на базе многоцелевого станка для изготовления корпусных деталей.docx 12,6 Mb
anhyeuem
