Курсач (Звездин) (Пояснительная записка)

Посмотреть архив целиком


Содержание:

  1. Введение 3

  2. Станок мод. 16Б16Ф3 5

    1. Техническая характеристика станка 5

    2. Компоновка, основные узлы и движения в станке 6

  3. Станок мод. 6Р13Ф3 8

    1. Техническая характеристика станка 8

    2. Устройство ЧПУ 9

    3. Компоновка, основные узлы и движения в станке 10

    4. Кинематика станка 11

  4. Заготовка и деталь 13

    1. Способ получения заготовки 13

    2. Базирование и закрепление заготовки на станке 13

    3. Чертеж заготовки 14

    4. Чертеж детали 15

  5. Транспортно-накопительная система 16

    1. Описание тактового стола 16

  6. Напольный промышленный робот 17

    1. Техническая характеристика робота 17

    2. Основные механизмы робота 18

    3. Захватное устройство робота 21

  7. Выбор инструмента 23

  8. Расчетная часть 25

    1. Расчет режимов резания 25

    2. Расчет подшипников шпинделя станка мод. 6Р13Ф3 на долговечность 29

    3. Расчет шпинделя станка мод. 6Р13Ф3 на прочность и жесткость 32

  9. Список литературы 34

  10. Графическая часть:

    1. Лист 1. Компоновка РТК (формат А1).

    2. Лист 2. Шпиндельный узел станка 6Р13Ф3 (формат А1).

    3. Лист 3. Технологические наладки (формат А2).

    4. Лист 4. Схват руки ПР (формат А2).

1. Введение


Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную проблему. Ее решение направлено на создание нового совершенного оборудования, технологических процессов и систем организации производства, функционирование которых неразрывно связано с улучшением условий труда, ростом качества продукции, сокращением потребности в рабочей силе и с систематическим повышением прибыли.

Эффективность автоматизации прямо зависит от того, насколько рационально организован производственный процесс в целом, как комплексно и полно на всех звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, от того, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (в целях ликвидации внеплановых простоев). Автоматизация требует рассматривать производственный процесс как единую систему.

Отработка технических решений по созданию автоматизированных технологических комплексов, по-видимому, должна вестись, прежде всего, применительно к серийному производству (оно составляет до 40 % общемашиностроительного производства), поскольку они могут быть применены также в массовом и крупносерийном производстве. Очевидно, что по мере совершенствования технических решений, разработанных для условий серийного производства, внедрения новых исходных средств автоматизации и элементной базы, появится возможность их использования и для автоматизации мелкосерийного производства. Таким образом, принятое направление на развитие автоматизации в серийном производстве не только будет способствовать подъему производительности труда в этой области, но и окажет существенное влияние на уровень мелкосерийного и массового производства.

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Одной из основных причин разработок и внедрения роботов является экономия средств. По сравнению с традиционными средствами автоматизации применение роботов обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и запуска в производство автоматизированных станочных систем. По предварительным данным, использование роботов для автоматической установки и снятия деталей позволяет рабочему обслуживать от четырех до восьми металлорежущих, станков.

С экономическими вопросами, возникающими при применении роботов, тесно связан и социальный аспект их использования. При определении целесообразности применения роботов в том или ином случае (особенно при необходимости замены рабочего на участках с опасными, вредными для здоровья условиями труда) превалирующими должны быть интересы человека, его безопасность и удобство работы. Необходимо также учитывать и фактор непрерывного роста уровня общеобразовательной и специальной подготовки трудящихся. Роботы должны освободить человека от выполнения бездумной механической работы и скомпенсировать потребность в низкоквалифицированном труде. Таким образом, применение роботов в дальнейшем должно оказать существенное влияние (в числе прочих факторов научно-технической революции) на социальную структуру общества.

2. Станок мод. 16Б16Ф3


Станок предназначен для многоинструментальной токарной обработки тел вращения с канавками, фасками и криволинейными образующими. Он может быть использован и для нарезания в автоматическом цикле цилиндрических и конических резьб, а также архимедовых спиралей. Спроектирован на базе универсального токарно-винторезного станка мод. 16Б16П с учетом стыковки его с системой ЧПУ. Класс точности станка – П. Предназначен как для центровых, так и для патронных работ в мелкосерийном и серийном производстве. Основные узлы станка конструктивно несколько изменены по сравнению с базовой моделью.

2.1. Техническая характеристика станка


Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над станиной

320 мм

Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом

160 мм

Наибольшая длина обрабатываемого изделия

710 мм

Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие в шпинделе

34 мм

Наибольшее перемещение суппорта (продольное / поперечное)

700 / 240 мм

Количество инструментов в резцедержателе

4

Число ступеней рабочих частот вращения шпинделя

17

Число ступеней автоматически переключаемых частот

12

Пределы частоты вращения шпинделя

45–1800 об/мин

Пределы рабочих подач (продольных / поперечных)

6–1200 / 3–600 мм/мин

Дискретность отсчета по осям координат (продольн./поперечн.)

0,01 / 0,005

Скорость ускоренных перемещений (продольных/поперечных)

4800 / 2400 мм/мин

Шаг нарезаемых резьб

0,2–10

Мощность электродвигателя главного привода

3,8 / 6,3 кВт

Габаритные размеры станка (длина × ширина × высота)

3065 × 2395 × 1860 мм

Масса станка

2500 кг


2.2. Компоновка, основные узлы и движения в станке


Станина коробчатой формы с поперечными П-образными ребрами устанавливается на пустотелой тумбе (рис. 1). По двум закаленным направляющим станины перемещается суппорт, а две другие направляющие служат для перемещения задней бабки. Привод главного движения состоит из двухскоростного асинхронного электродвигателя А02-52-8/4 и автоматической коробки скоростей АКС209-6,3 Привод обеспечивает с учетом перебора, смонтированного в шпиндельной бабке, 17 ступеней различных частот вращения шпинделя. Автоматическое переключение частот вращения шпинделя возможно в двух диапазонах, определяемых включением шпинделя напрямую или через перебор.


Рис. 1. Общий вид станка


Привод продольной подачи включает электрогидравлический двигатель, беззазорную цилиндрическую передачу и шариковую передачу винт-гайка. Привод поперечной передачи аналогичен приводу продольной подачи. Вместо цилиндрической передачи используется червячная пара.

Четырехпозиционный резцедержатель смонтирован на поперечной ползушке, в передней ее части. В автоматическом цикле работы станка он управляется от программы и обеспечивает последовательный выход каждого из четырех инструментов в исходное рабочее положение. Поворот и зажим резцедержателя осуществляются гидроцилиндром, прикрепленным к поперечной ползушке. Инструменты устанавливаются в инструментальные блоки, у которых базовая установочная поверхность выполнена в виде цилиндрической прямозубой шестерни. Такая конструкция позволяет устанавливать резцы для наружной обработки и расточные в одинаковые резцовые блоки.

Конструкция станка позволяет производить обработку наружных и внутренних поверхностей вращения деталей при их установке как в центрах, так и в патроне. Технологические возможности станка 16Б16Ф3 при центровой и патронной обработке практически равноценны. Использование для силового резания только четырех инструментов, устанавливаемых в передний резцедержатель, несколько ограничивает технологические возможности станка. Станок оснащен устройством ЧПУ типа ЭМ-907; информация кодируется кодом ИСО-7бит на восьмидорожечной перфоленте.

Как и у других станков с ЧПУ, сконструированных на базе универсальных станков с ручным управлением, здесь затруднены отвод и удаление стружки из зоны резания.


3. Станок мод. 6Р13Ф3


Станок предназначен для обработки заготовок сложного профиля из стали, чугуна, труднообрабатываемых сталей и цветных металлов в условиях единичного и серийного производства. В качестве инструмента применяют концевые, торцовые, угловые, сферические и фасонные фрезы, сверла, зенкеры. Класс точности станка Н.


3.1. Техническая характеристика станка


Размер рабочей поверхности стола (ширинадлина)

4001600 мм

Число частот вращения шпинделя

18

Пределы частот вращения шпинделя

40 – 2000 об/мин

Пределы рабочих подач стола и ползуна

10 – 2000 мм/мин

Скорость быстрого перемещения стола и ползуна

4800 мм/мин

Наибольший диаметр торцовой фрезы

125 мм

Наибольший диаметр концевой фрезы

40 мм

Наибольший диаметр сверла

30 мм

Габаритные размеры станка (длина ширина высота)

320024652670 мм


3.2. Устройство ЧПУ


В станке используется ЧПУ контурного типа – НЗЗ-2М. Программоноситель – восьмидорожковая перфолента, код ISO. Геометрическая информация задается в приращениях. Интерполятор – линейно-круговой. Число управляемых координат 3, число одновременно управляемых координат при линейной интерполяции 3, при круговой – 2. Дискретность отсчета по осям координат X', Y', Z 0,01 мм. Пространственная обработка достигается сочетанием движения стола по двум координатам (X' и Y') и вертикального перемещения ползуна с режущим инструментом (координата Z). Возможна работа в режиме преднабора с введением программы в устройство ЧПУ непосредственно оператором с помощью клавиатуры.

3.3. Компоновка, основные узлы и движения в станке


Базой станка (рис. 2) является станина А, имеющая жесткую конструкцию за счет развитого основания и большого числа ребер. По вертикальным направляющим корпуса станины движется консоль Б (установочное перемещение). По горизонтальным (прямоугольного профиля) направляющим консоли перемещается в поперечном направлении механизм стол-салазки Д (подача по оси Y'), а по направляющим салазок в продольном направлении – стол (подача по оси X'). В корпусе консоли смонтированы приводы поперечной и вертикальной подачи, а в корпусе салазок – привод продольной подачи. Главное движение фреза получает от коробки скоростей В. В шпиндельной головке Г установлен привод вертикальных перемещений ползуна по оси Z.



Рис. 2. Общий вид станка мод. 6Р13Ф3

3.4. Кинематика станка


Главное движение. Шпиндель VIII получает вращение от асинхронного электродвигателя M1 (N = 7,5 кВт, n = 1450 об/мин) через коробку скоростей с тремя передвижными блоками зубчатых колес Б1, Б2, БЗ и передачи = 39–39, z = 42–41–42 в шпиндельной головке. Механизм переключения блоков обеспечивает получение 18 частот вращения и позволяет выбирать требуемую частоту вращения без последовательного прохождения промежуточных ступеней. Уравнение кинематической цепи для минимальной частоты вращения шпинделя

.

Рис. 2. Кинематическая схема станка 6Р13Ф3


Инструмент в оправке крепят вне станка с помощью сменных шомполов. Оправка имеет наружный конус 50 и внутренний конус Морзе № 4.

Для крепления инструмента с конусами Морзе № 2 и 3 применяют сменные втулки. Зажим инструмента осуществляется электромеханическим устройством. Смазывание подшипников и зубчатых колес коробки скоростей осуществляется от плунжерного насоса, расположенного внутри коробки скоростей.

Движения подач. Вертикальная подача ползуна со смонтированным в нем шпинделем осуществляется от высокомоментного двигателя М2 (М = 13 Н·м, n = 1000 об/мин) через зубчатую пару z = 44–44 и передачу винт-гайка качения VII с шагом Р = 5 мм. Предусмотрено ручное перемещение ползуна. На валу XI установлен датчик обратной связи – трансформатор типа ВТМ-1В.

Поперечная подача салазок осуществляется от высокомоментного двигателя М4 (М = 13 Н·м, n = 1000 об/мин), через беззазорный редуктор z = 22–52–44 и винт-гайку качения XVII с шагом Р = 10 мм. Зазор в косозубых цилиндрических колесах 1, 3 и 5 редуктора устраняют шлифованием полуколец 2 и 4, устанавливаемых между колесами 3 и 5.

Продольная подача стола происходит от высокомоментного электродвигателя МЗ (см. рис. 2) через беззазорный редуктор z = 26–52 и винт-ганку качения XIII с шагом Р = 10 мм. В редукторах продольного и поперечного перемещений установлены датчики обратной связи – трансформаторы типа ВТМ-1В. Зазор в направляющих стола и салазок выбирают клиньями. Зазор в передачах винт-гайка качения устраняют поворотом обеих гаек в одну сторону на нужное число зубьев.

Вспомогательные движения. Специальными шестигранными выводами можно производить ручные перемещения по координатам X и Y. Установочная вертикальная подача консоли осуществляется от электродвигателя М5 (N = 2,2 кВт, n = 1500 об/мин) через червячную пару z = 2–40 и ходовой винт XIX.



4. Заготовка и деталь

4.1. Способ получение заготовки


Поскольку материал обрабатываемой детали – сталь 45, целесообразно выбрать штамповку как способ получения заготовки. При штамповке получаем припуски на обработку 2-4 мм и уклоны . Заготовка получается цилиндрической формы. В полученной штамповке просверливается отверстие диаметром Ø31 мм для возможности размещения заготовки на платформе тактового стола. Масса заготовки: ; .


4.2. Базирование и закрепление заготовки на станке


Для закрепления заготовки на токарно-винторезном станке мод. 16Б16Ф3 используется трехкулачковый пневмопатрон (рис.3).

Рис. 3. Схема закрепления заготовки

в патроне на станке мод. 16Б16Ф3


Д

Рис. 4. Зажим детали призматическими губками самоцентрирующихся тисков

ля закрепления заготовки на станке мод. 6Р13Ф3 используем самоцентрирующиеся тиски, зажим в которых осуществляется при подводе их губок с двух сторон к основанию заготовки (рис. 4). Для обеспечения автоматического закрепления детали в приспособлении используем специальную головку с регулировкой крутящего момента.



5. Транспортно-накопительная система


Для накопления заготовок и позиционирования их под захват роботом с учетом достаточно большой длительности цикла обработки выбираем тактовый стол. Тактовый стол является одной из разновидностей тележечных грузонесущих конвейеров. Широкое разнообразие их использования обусловило большое число их конструктивных разновидностей.


5.1. Описание тактового стола


Тактовый стол, используемый в данном РТК, представляет собой горизонтально замкнутый тележечный грузонесущий конвейер с настольным пульсирующим (тактовым) перемещением платформ, предназначенный для подачи заготовок и приема готовых деталей. Габаритные размеры тактового стола (длина  ширина  высота): 3650  1800  1200 мм. Разгрузка платформ осуществляется в автоматическом цикле с использованием промышленного робота. На каждой платформе установлена паллета с приспособлением, позволяющим расположить на ней 2 детали на специальных штырях (рис. 5). Учитывая, что среднее время обработки одной детали составляет приблизительно 5 минут, а количество платформ с паллетами 24, обеспечивается бесперебойная работа РТК в течение около 4 часа (выпуск 48 деталей).

Рис. 5. Схема расположения заготовок на паллете тактового стола


6. Напольный промышленный робот


Многоцелевые промышленные роботы (ПР) типа «Универсал 5.02» применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.


6.1. Техническая характеристика робота


Грузоподъемность

5 кг

Число степеней подвижности

6

Наибольшая величина перемещения:


– вокруг вертикальной оси II

340

– вдоль оси I-I

400 мм

– вдоль горизонтальной оси IIIIII

630 мм

– вокруг вертикальной оси IIII

240

– вокруг оси IIIIII

180

– вокруг оси IVIV

180

Наибольшая скорость:


– вокруг оси II поворота.

84 град/с

– вертикального хода руки вдоль оси II

0.27 м/с

– выдвижение руки вдоль оси IIIIII

1.08 м/с

– поворота руки вокруг оси IIII

132 град/c

Точность позиционирования

1 мм

Масса

690 кг



6.2. Основные механизмы робота


Рис. 6. Общий вид промышленного робота «Универсал 5.02»


Общий вид робота приведен на рисунке 6. Исполнительным механизмом ПР является манипулятор, который обеспечивает установку в пределах рабочей зоны захватного механизма схвата. Манипулятор имеет четыре степени подвижности руки 1 в сферической системе координат, которые реализуются механизмами: поворота 2 относительно оси IIII, выдвижения руки 3 вдоль оси IIIIII, поворота руки 4 относительно вертикальной оси II, подъема руки 5 вдоль оси II. Две ориентирующие степени подвижности ра­бочего органа-схвата 7 создают механизмы вращения кисти руки 6 от­носительно ее продольной оси IIIIII и поперечной оси IVIV. По­движные механизмы манипулятора защищены от попадания пыли, гря­зи и масла ограждением 8.

Установочные перемещения руки осуществляются с помощью электромеханических следящих приводов, а ориентирующие движения кисти руки и зажим-разжим схвата – пневмоцилиндрами.

Пневмоблок 9, которым комплектуется ПР, предназначен для под­готовки, регулирования подачи сжатого воздуха из заводской сети и блокирования работы манипулятора при падении давления ниже до­пустимого.

Блок тиристорных электроприводов 10 формирует управляющие на­пряжения в якорной цепи электродвигателей постоянного тока.

Устройство программного управления 11 позиционного типа имеет возможность записи программы в режиме обучения (по первому цик­лу) и формирует управляющие сигналы на блок 10, а также техноло­гические команды управления циклом работы манипулятора и обслу­живаемого оборудования.

Блоки тиристорного электропривода ЭПТ6-У5.02 обеспечивают уп­равление в следящем режиме электродвигателями постоянного тока типа СЛ-569 и СЛ-661, установленными в механизмах четырех програм­мируемых степеней подвижности манипулятора.

Механизмы электроприводов включают в себя зубчатые или червяч­ные редукторы, параметры которых, даны в кинематической схеме. Обратная связь исполнительных механизмов манипулятора по положе­нию, и скорости осуществляется потенциометрическими датчиками типа ППМЛ, приводящимися с помощью зубчатых редукторов и тахогенераторов типа СЛ-121, которые приводятся в движение специальными зубчатыми или ременными механизмами.

Также пневмоблок предназначен для циклового управления двумя ориентирующими дви­жениями кисти руки и захватным устройством. Приводы этих движений осуществляются от пневмоцилиндров. Для преобразования поступатель­ного перемещения поршня во вращательное движение кисти руки ис­пользуются винтовой копир (в приводе поворота кисти руки относи­тельно ее продольной оси) и передача рейка-шестерня (в приводе качания кисти относительно поперечной оси). Привод зажима и разжи­ма губок схвата осуществляется рычажным механизмом, присоединен­ным к штоку пневмоцилиндра. Соединение механизмов манипулятора между собой и устройством аналогового позиционного программного управления типа АПС-1 производится в соответствии с принципиальной электрической схемой.


6.3. Захватное устройство робота


Преимуществом исполнительных механизмов с переменным передаточным отношением является возможность достижения больших усилий зажима. Однако наибольшие усилия достигаются обычно лишь в узком диапазоне рабочих перемещений.

В связи с этим для обеспечения надежного удержания объектов ман­ипулирования при широком диапазоне их размеров необходимо использовать в ЗУ исполнительные механизмы с постоянным передаточным механизмом (например, зубчато-реечные, винтовые, некоторые рычажные и др.) или предусматривать переналадку исполнительных механизмов с переменным передаточным отношением (например, рычажного типа).

На рисунке 7 показан вариант конструкции однопозиционного схвата для деталей типа дисков и фланцев, имеющих широкий диапазон диаметров. Рассматриваемая конструкция обеспечивает центрирование детали независимо от диаметра. Высокая стабильность установки (0,05 – 0,07 мм) достигается за счет профилирования губок схвата.

Д

Рис. 7. Захватное устройство робота

ве пары рычагов 1, выполненных заодно с зажимными губками, свободно установлены на своих осях 2. На рычагах нарезаны зубчатые секторы, входящие попарно в зацепление с рейками 3, которые связа­ны между собой рычагами 4, образующими шарнирный параллело­грамм. Шарнирный параллелограмм обеспечивает независимую работу каждой пары зажимных рычагов 1, что необходимо для захватывания и центрирования деталей. Место соединения тяги 5 с гнездом, выполненным во втулке 6 привода зажима и разжима схва­та, а также байонетное соединение хвостовика 7 схвата с головкой шпинделя 8 кисти руки унифицированы. Предусмотрены два исполнения унифицированного захватного уст­ройства: сменное и быстросменное. В сменном захватном устройстве хвостовик 7 крепится к шпинделю 8 кисти руки при помощи байонетного замка 9, накидного рычага 10 с резьбой и гайки 11. В быстросменном захватном устройстве применяется только байонетное крепление 9, которое может быть использовано и при авто­матической смене схвата. При установке хвостовик 7 вводится в гнез­до с одновременным отжимом фиксатора 10, который при повороте схвата на 90° входит под действием пружины в отверстие во фланце.


7. Выбор инструмента

7.1. Инструмент станка мод. 16Б16Ф3


Инструмент Т1

Проходной резец фирмы CoroTurn RC DCLNR/L Sandvik Coromant.



Материал пластинки: Т15К6.





Инструмент Т2

Канавочный резец фирмы Sandvik Coromant.


Материал пластинки: Т15К6.






Инструмент Т3

Резьбовой резец CoroThread 266 фирмы Sanvdik Coromant.




Материал пластинки: Т15К6.





7.2. Инструмент станка мод. 6Р13Ф3


Инструмент Т4

Концевая фреза для обработки пазов фирмы Sanvdik Coromant.



Материал пластинок: Т15К6.



8. Расчетная часть

8.1. Расчет режимов резания


Переход 1: станок мод. 16Б16Ф3. Точение цилиндрической поверхности


1) Расчет длины рабочего хода ():