Анализ рабочих механизмов фрезерного станка

Размещено на http://allbest.ru

1. Описание основных узлов и блоков станка

1.1 Назначение и область применения станка

Станок вертикально-фрезерный четырехкоординатный с ЧПУ модели ФП-37ПН4 предназначен для обработки деталей сложной конфигурации типа «Цилиндр» имеющих ушки, карманы, спирали, уступы пазы из стали, титановых и легких сплавов. На станке можно фрезеровать поверхности, уступы и др., а также сверлить, зенкеровать, развертывать и растачивать отверстия.

1.2 Состав станка

Конструкция станка представляет собой вертикально-фрезерный станок, оснащенный поворотным устройством и центровой бабкой, которые устанавливаются на столе станка. Станок состоит из жестко соединенных станины и тумбы, которые устанавливаются на фундамент с помощью специальных башмаков и крепятся фундаментными болтами.

Станина со столом представляет собой сборочную единицу, состоящую из станины, стола, шариковой винтовой пары, защиты направляющих, привода перемещения стола. На левом торце станины крепится редуктор с двигателем. На передней стороне станины крепится пульт управления и установлены концевые выключатели аварийного ограничения хода стола и выхода его в «0» по координате Х. На верхней плоскости стол имеет пять Т-образных пазов и технологическое отверстие для установки и крепления приспособления.

Сборочная единица тумба состоит из непосредственно литого корпуса, сварной проставки, шариковой винтовой пары, привода перемещения ползуна, прижимных планок, клина, разгрузочных тележек, корпуса которых являются жесткими упорами. Тумба передней стыковочной поверхностью через проставку крепится к станине и совместно с ней устанавливается на фундаменте. Разгрузочные тележки служат для уменьшения удельного давления на направляющие планки тумбы и прижимные планки при перемещении ползуна вперед, т.е. при вылете ползуна, а также для компенсации прогиба ползуна при наибольшем вылете. На заднем торце тумбы крепится кронштейн с двигателем в комплекте с редуктором.

По горизонтальным направляющим станины и тумбы перемещаются соответственно стол и ползун. По вертикальным направляющим ползуна перемещается головка фрезерная с установленной на ней датчиком «Ренишоу».

Ползун представляет собой сборочную единицу, состоящую из связанных между собой отдельно собираемых механизмов, смонтированных на корпусе ползуна: головки фрезерной, коробки скоростей и редуктора перемещения головки, шарикового ходового винта. Коробка скоростей и редуктор смонтированы в одном корпусе. В нишах ползуна размещены: гидропанель, управляющая переключением скоростей шпинделя и разжима тормоза по координате Z и гидропанель разжима инструмента в шпинделе. На переднем торце и левой боковой стороне ползуна расположены блоки конечных выключателей и ограничения ходов головки и ползуна. Ползун перемещается по направляющим тумбы. В передней части корпус ползуна имеет вертикальные направляющие для перемещения головки фрезерной. На верхнем торце корпуса ползуна установлены электродвигатель привода механизма главного движения, соединенный с коробкой скоростей упругой муфтой. Вращение на шпиндель от коробки скоростей передается через подвижное шлицевое соединение. Перемещение фрезерной головки осуществляется от шарикового ходового винта закрепленного в редукторе.

Сборочная единица головка фрезерная состоит из: корпуса, шпиндельной группы, механизма зажима оправки с инструментом и гидроцилиндра. Корпус имеет замкнутое коробчатое сечение и изготовлен из высокопрочного чугуна. Направляющие широкие, плоские, шлифовальные обеспечивают высокую жесткость и точность. В корпусе головки монтируется корпус гайки шарикового винта. Шпиндельная группа имеет шпиндель с конусом 50 АТ5 ГОСТ 19860-93 смонтированный на прецизионных подшипниках качения и обеспечивающий длительное сохранение точности, повышенную жесткость и виброустойчивость, а так же эффективное фрезерование. Внутри шпинделя расположена тяга механизма зажима инструмента, на переднем конце которого смонтированы подвижные лепестки, а на заднем - гайка и упорный подшипник. Комплект затянутых тарельчатых пружин одной стороной упирается в торец расточки шпинделя, а другой - в упорный подшипник тяги. Тяга имеет проточку, в которую через пазы в шпинделе установлены сухари, от выпадения сухарей из пазов предохраняют кольца и винты. Если в шпинделе нет оправки, то усилие от пружин через тягу в сухари замыкается на шпиндель. Для установки оправки в шпиндель необходимо переместить тягу вниз до положения, когда концы раздвижных лепестков попадут в проточку переднего конца шпинделя. Зажим оправки на конусе шпинделя осуществляется пружинами. Перемещение тяги вниз осуществляет поршень гидроцилиндра через кольцо и сухарей. Гидроцилиндр установлен на верхнем торце корпуса головки фрезерной.

Устройство поворотное устанавливается на рабочей поверхности стола, слева и крепится к нему болтами. Устройство поворотное представляет собой червячной - шестеренчатый редуктор. На выходном валу редуктора смонтирована планшайба, которая вращается в радиально-упорных конических роликоподшипниках. С планшайбой жестко связано червячное колесо высокоточной червячной передачи с переменной толщиной зуба.

Центровая бабка устанавливается на рабочей поверхности стола, справа и крепится к нему болтами. Шпиндель бабки вращается в подшипниках. Осевое перемещение пиноли, вместе со шпинделем, осуществляется от гидроцилиндра. Ход 150мм. Пиноль имеет тангенциальный зажим. Фиксация пиноли происходит при подаче давления масла в гидроцилиндр фиксации, а расфиксация (разжим втулок) - с помощью пружины после снятия давления. Усилие прижима пиноли (до 10кН) настраивается редукционным клапаном, расположенным на задней стенке корпуса бабки. После установки детали вручную в приспособление необходимо произвести подвод пиноли центровой бабки со станочной панели пульта управления.

На правой боковой поверхности тумбы, на кронштейне смонтировано устройство смены инструмента.

Устройство смены инструмента состоит из манипулятора, магазина на 12 инструментов и руки механической. Устройство устанавливается на сварном кронштейне, смонтированном справа на боковой поверхности тумбы. Кронштейн крепится к тумбе основанием с прямоугольными направляющими, которые сверху и снизу охватываются направляющими планками, привернутыми к боковой поверхности тумбы. Кронштейн имеет скос под углом 60° к основанию. Вертикальная и горизонтальная стенка скоса образуют открытый угол 90, в котором устанавливается и крепится манипулятор боковой и нижней стороной корпуса. Кронштейн по направляющим планкам и манипулятор вдоль скоса имеют возможность небольшого перемещения при сборке, которое необходимо для выставки точки смены инструмента в положении оси захвата руки механической с осью шпинделя. После выставки и отработки цикла смены инструмента кронштейн дополнительно зажимается планками с нажимными болтами. Магазин устанавливается и крепится на верхней поверхности манипулятора, а рука механическая - на перемещающемся от гидроцилиндра фланце манипулятора.

Цикл работы станка - полуавтоматический. Вручную оператор производит только загрузку и установку обрабатываемой детали. Все остальные движения в процессе работы, включая смену инструмента, осуществляется автоматически по технологической программе, введенной в управляющее устройство Sinumerik-840D.

Управление осуществляется с пульта, который крепится на кронштейне к передней стенке станины. В корпусе пульта расположены панель станочная и пульт оператора.

Для обеспечения безопасной работы оператора станок оснащен ограждением зоны обработки. Сбор и удаление стружки производится вручную.



2. Описание принципа работы датчика

2.1 Описание датчика OMP60

OMP60 - датчик касания с оптической передачей сигнала, предназначенный для контрольно-измерительных операций (во всех направлениях ±X, ±Y, ±Z) на горизонтальных обрабатывающих центрах и крупногабаритных вертикально-фрезерных многоцелевых станках.

Размеры датчика показаны на рисунке 1.

В системе OMP60 плюс приемник OММ/MI 12 датчик OMP60 поддерживает традиционный способ оптической передачи инфракрасного сигнала.

Рисунок 1 - Размеры датчика, мм

Конструктивные особенности и преимущества OMP60:

* Компактный датчик: 63 мм - диаметр, 76 мм - длина.

* Передача инфракрасного сигнала в диапазоне 360° на расстояние до 6 м.

* Отсутствие сложностей при установке и настройке.

* Различные способы включения/выключения:

- оптическая передача М-кода,

- вращением,

- с помощью расположенного на хвостовике выключателя,

- по таймеру (выключение).

* Использование широко распространенных батареек типа AA.

* Однонаправленная повторяемость 1 мкм.

Датчик ОМР60 может находиться в 3х режимах: 2 активных режима - рабочий и режим ожидания; а также режим программирования.

В режиме ожидания датчик выполняет роль приемника сигнала от УЧПУ, который переведет его в рабочий режим.

Будучи в рабочем режиме, датчик передает сигнал о своем состоянии в приемник ОММ и информацию о состоянии элементов питания.

В режиме программирования можно задать различные настройки датчика.

Датчик ОМР60 в оправке устанавливается в инструментальный магазин, а перед измерительной операцией переустанавливается во фрезерную головку механической рукой.

2.2 Описание приемно-передающего устройства ОММ

Блок ОММ представляет собой оптическое приемно-передающее устройство, которое осуществляет передачу сигналов между датчиком и системой ЧПУ станка.

Блок ОММ требует для подключения к станку дополнительного интерфейса MI12.

Размеры приемно-передающего устройства ОММ показаны на рисунке 2.



Рисунок 2 - Размеры приемно-передающего устройства, мм

В блок встроены элементы, излучающие сигналы в направлении датчика и принимающие его сигналы. Также имеются индикаторы состояния датчика, сигнала запуска, состояния элементов питания датчика и индикаторы сигнала ошибки:

1. Красный светодиод - горит, когда питание включено;

2. Светодиоды (3 шт.) - осуществляют передачу инфракрасных сигналов датчику;

3. Зеленый светодиод - горит во время приема сигнала датчика;

4. Желтый светодиод - горит, когда MI12 передает сигнал запуска датчика.

2.3 Описание интерфейса МI12

Интерфейс MI12 предназначен для подключения одного или двух устройств OMM к системе ЧПУ станка.

Размеры интерфейса показаны на рисунке 3.

Интерфейс преобразует сигналы датчика таким образом, чтобы они были совместимы с системой ЧПУ станка. Кроме того, на нем имеются визуальные и/или звуковые индикаторы состояния системы:

1. звуковой индикатор (генератор звукового сигнала) - динамик расположен под лицевой панелью;

2. светодиодный индикатор ошибки загорается, если перекрыт луч, датчик вне рабочего диапазона или выключен;

3. светодиодный индикатор состояния элементов питания указывает на необходимость замены элементов питания датчика;

4. светодиодный индикатор состояния датчика загорается, когда датчик в состоянии готовности к измерениям. Гаснет при отклонении щупа или возникновении ошибки;

5. светодиодный индикатор питания загорается при включении питания;

6. кнопка запуска - кнопка ручного запуска - переключатель SW1.

Рисунок 3 - Размеры интерфейса, мм

Выходные сигналы - выводы четырех электронных реле SSR:

- состояние датчика (или инвертированный сигнал);

- сигнал игнорирования датчика (или инвертированный сигнал);

- ошибка датчика (или инвертированный сигнал);

- состояние элементов питания.

Формат выходного сигнала: максимальный ток ±50 мА, максимальное напряжение ±50 В (амплитуда).

Стандартный блок MI12 заключен в корпус и обычно располагается отдельно, однако может быть поставлен с дополнительным комплектом для монтажа на панели.



2.4 Система ОМР60 плюс ОММ/МI12

Рабочие диапазоны OMP60 и OММ (рисунок4) соответствуют расположению этих устройств под нулевым углом друг относительно друга. Дальность передачи в диапазоне 360° вокруг оси датчика показана в метрах.

Рисунок 4 - Рабочие диапазоны OMP60 и OММ

Угловые диапазоны OMP60 с OММ/MI 12 показаны на рисунке 5 (традиционная система передачи оптического сигнала).

Рисунок 5 - Угловые рабочие диапазоны OMP60 с OММ/MI 12



Между приемными и передающими диодами датчика OMP60 и устройства OММ должна все время существовать прямая видимость, и они не должны выходить за границы конусов излучения друг друга. Питание 24В поступает на MI12 от блока питания станка (рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема подключения

Для начала измерительного цикла из УЧПУ по команде М11 выдается сигнал на интерфейс MI12 «Запуск измерения детали». Через блок интерфейса MI12 и OMM происходит включение датчика OMP60 сигналом «Старт 1». Сигнал срабатывания измерительного датчика возникает при смещении щупа, коснувшегося какой-либо поверхности (рисунок 7). Система ЧПУ станка регистрирует положение точки касания относительно общей системы координат и посылает команду на останов исполнительного элемента станка.

Рисунок 7 - Схема измерения



Чтобы получить сигнал срабатывания, нужно перемещать датчик в направлении заготовки так, чтобы щуп, коснувшись поверхности детали, сместился из положения равновесия. При этом необходимо позаботиться о том, чтобы величина смещения щупа не превысила величину максимально допустимого отклонения. После срабатывания датчика необходимо отвести его в обратном направлении так, чтобы щуп перестал соприкасаться с поверхностью.

Измерение по методу одного и двух касаний

Если при выполнении используемого измерительного цикла щуп должен коснуться поверхности только один раз, то датчик по окончании измерения возвращается в исходную позицию.

С некоторыми типами УЧПУ предпочтительнее использовать метод двойного касания, поскольку при более высоких скоростях подачи возможно снижение повторяемости и ухудшение точности измерений.

Суть метода двух касаний состоит в том, что первое касание позволяет быстро “нащупать” поверхность. Затем датчик отводится назад, чтобы щуп перестал касаться контролируемой поверхности, и далее происходит повторное касание поверхности при более медленной скорости подачи. Именно при втором касании происходит определение положения поверхности с высоким разрешением.

Скорость измерения

Время задержки передачи сигнала в контактной измерительной системе мало и является постоянной величиной. Обычно эта задержка никак не ограничивает скорость перемещения датчика при измерениях, поскольку она эффективно обнуляется при калибровке датчика на станке. Измерения желательно выполнять максимально быстро. Однако необходимо помнить о том, что скорость перемещения датчика должна быть такова, чтобы исполнительный элемент станка останавливался до того, как отклонение щупа превысит максимально допустимое значение, а станок при этом успевал фиксировать положение точек касания.

Сигналы интерфейса датчика

1. Время задержки сигнала ошибки. Максимальная задержка по времени между моментом возникновения ошибки и появлением сигнала об ошибке на выходе из OMM + MI12 составляет 48 мс.

2. Время задержки сигнала срабатывания датчика. Номинальная задержка между моментом фактического срабатывания датчика и появлением сигнала о его срабатывании на выходе интерфейса MI12 составляет 240 мкс с повторяемостью 3 мкс.

Регистрация сигнала датчика с УЧПУ происходит следующим образом:

- «сигнал 1» от датчика касания через распределительный кабель оптического приемника поступает па интерфейс и обрабатывается в нем;

- УЧПУ фиксирует точку соприкосновения щупа по сигналу «Состояние щупа (проба)».

На УЧПУ также поступают с интерфейса сигналы неисправностей, по которым формируется стоп цикла:

- ошибка RRS,

- батарея разряжена,

- состояние щупа (ошибка).

Окончание измерения происходит по команде М12.

3 Разработка структурной гидро-пневмо-кинематической схемы.

Гидросистема.

Гидросистема станка обеспечивает работу гидроцилиндров:

- разжима инструмента в шпинделе;

- перемещение блоков шестерен в коробке скоростей;

- разжима тормоза координаты «Z»;

- пиноли центровой бабки и ее фиксации;

- механизма автоматической смены инструмента.

Механизм автоматической смены инструмента включает в себя: гидроцилиндр фиксации инструмента в гнезде магазина во время его установки в гнездо, гидроцилиндры поворота руки на ±180 и гидроцилиндры перемещения руки к шпинделю, к магазину и в промежуточное (исходное) положение.

В качестве рабочей жидкости рекомендуется использовать минеральное масло марки ИГП-18 ТУ 38.101413-97. Класс очистки рабочей жидкости гидросистемы не грубее 12 по ГОСТ 17216-2001.

Вместимость маслобака насосной установки- 150 дм³, а всей гидросистемы -160дм³.

Рабочее давление в гидросистеме (настраиваемое регулятором насоса) должно быть 4,5 МПа.

Питание гидросистемы осуществляется от установки насосной УН.

Фиксация инструмента при его установке в гнездо магазина на время отвода захвата от инструментальной оправки выполняется штоком цилиндра Ц2 при включенном УА11.

Для перемещения руки использован трехпозиционный гидроцилиндр Ц5. Для установки руки в среднее положение рабочая жидкость одновременно подается по гидролиниям 10 и 12; для перемещения руки к магазину рабочая жидкость подается по гидролинии 10, а гидролинии 11 и 12 соединяются с баком; для перемещения руки к шпинделю рабочая жидкость подается по гидролинии 11. Скорость подхода руки к магазину настраивается дросселем с обратным клапаном ДОК. Четыре диапазона частоты вращения шпинделя получаются при включении соответствующих электромагнитов гидрораспределителей Р8 и Р9, как указано в таблице 1.

Таблица 1. Таблица включений электромагнитов

Диапазоны частоты вращения шпинделя	Электромагниты
	УА4	УА5	УА6	УА7
1	-	+	+	-
2	+	-	+	-
3	-	+	-	+
4	+	-	-	+



В связи с небольшими усилиями, необходимыми для переключения блоков шестерен, давление на входе в гидрораспределители Р8 и Р9 понижается редукционными клапанами КР1 и КР2. Контролируется давление на выходе из редукционных клапанов манометрами МН2 и МНЗ.

Гидросистема центровой бабки состоит из:

- гидроцилиндра перемещения пиноли Ц9,

- гидроцилиндра фиксации пиноли Ц10,

- клапана редукционного КРЗ с манометром МНЗ,

- гидропанели ГП4 с гидроаппаратурой.

Редукционным клапаном КРЗ регулируется давление прижима пиноли к обрабатываемой детали. Клапаны давления КД1 и КД2 обеспечивают необходимую последовательность работы Ц9 и Ц10, а реле давления РД2 контролирует давление зажима пиноли цилиндром фиксации.

При выдвижении пиноли (с включением УА1) рабочая жидкость через Р10 и дроссель Ш1,2мм поступает к КРЗ, где подводимое давление понижается до требуемой величины (контроль по МНЗ) и поступает в бесштоковую полость Ц9, создавая усилие прижима пиноли. По окончании прижима пиноли давление рабочей жидкости в гидролинии 21 увеличивается и открывается КД1, пропуская рабочую жидкость через КО4 в бесштоковую полость Ц10 - тангенциальный зажим фиксирует пиноль, создавая дополнительное ( к усилию цилиндра Ц9) силу трения. В этот момент срабатывает РД2.

При отводе пиноли (включается УА2) рабочая жидкость в первую очередь поступает по гидролинии X к гидрозамку ГЗ и открывает его - давление в Ц10 падает и пружины раздвигают тангенциальный зажим , освобождая пиноль. Когда давление в гидролинии X увеличится до давления открытия КД2, рабочая жидкость поступит в штоковую полость Ц9 и пиноль будет отходить назад. Обратный клапан КО4 удерживает рабочую жидкость в гидролинии 24, если давление в напорной линии внезапно упадет.



3. Системы станка

Пневмосистема предназначена для обдува конуса шпинделя и конуса инструментальной оправки при смене инструмента, а также для охлаждения инструмента воздухом (по необходимости).

В качестве рабочего тела в пневмосистеме используется воздух из цеховой пневмосети, очищенный не грубее 10 класса очистки по ГОСТ 17433-80 с давлением 0,3 МПа.

В блоке подготовки воздуха БПВ сжатый воздух очищается от твердых загрязнений и капельной влаги, снижается его давление до 0,3 МПа.

В фильтре Ф тонкой очистки воздух дополнительно очищается и далее поступает в электроуправляемый клапан КЭ1 для подачи его через каналы шпинделя к инструментальному конусу при включении УА10.

Реле давления РД4 контролирует давление воздуха при обдуве конуса шпинделя.

При охлаждении инструмента воздухом включается КЭ2.

Обратные клапаны КО1.. .КО2 разделяют пневматическую систему и систему охлаждения с помощью СОЖ.

Система охлаждения.

Система охлаждения предназначена для охлаждения с помощью СОЖ в зоне обработки инструмента и обрабатываемой детали.

Система охлаждения включает две станции: СПС1- станцию сбора и фильтрации СОЖ и СПС2 - станцию подачи СОЖ.

В станцию СПС1 сливается со стола станка и фильтруется там приемным сетчатым фильтром. По мере достижения верхнего уровня рабочей жидкости в баке срабатывает реле верхнего уровня и электронасос ЭН1 начинает перекачивать СОЖ во вторую станцию - СПС2. Насос станции СПС2 при работающем охлаждении подает СОЖ через КО2 и дроссель ВН в зону охлаждения.

Кинематика станка состоит из следующих кинематически не связанных между собой механизмов:

- главного движения (вращения шпинделя);

- перемещение стола;

- перемещение ползуна;

- перемещение головки фрезерной;

- поворотного устройства;

- механизма смены инструмента.

- Привод главного движения.

Механизм привода вращения шпинделя имеет электродвигатель постоянного тока 4ПФ-160 LВБ и коробку скоростей.

Частота вращения электродвигателя регулируется бесступенчато через каждый оборот.

Изменение частоты вращения шпинделя осуществляется перемещением двух блоков зубчатых колес, дающих 4ступени со следующими передаточными отношениями:

i₁= 0,2 i₂ 0,4

i₃== 0,8 i₄= =1,62

Регулированием частоты вращения электродвигателя и перемещением двух блоков шестерен на шпинделе получается четыре диапазона частот скоростей:

I - 20…200…400 об/мин при i₁

II - 40…400…800 об/мин при i₂

III - 80…800…1600 об/мин при i₃

IV - 160…1600…3150 об/мин при i₄

В диапазоне частот от 100 до 1000 об/мин регулирование двигателя осуществляется при постоянном моменте, а в диапазоне частот от 1000 об/мин до 2000 об/мин - при постоянной мощности.

На рисунках 8 и 9 показаны график вращения шпинделя и график изменения мощностей и моментов на шпинделе с учетом КПД в зависимости от частоты вращения.

Рисунок 8 - График чисел оборотов шпинделя

Рисунок 9 - График мощности и моментов привода главного движения

Привод подач по координате «Х»

Механизм привода перемещения стола состоит из электродвигателя ST-112XA, редуктора и шариковой пары.

Передаточное число редуктора:

I = =3,24

Частота вращения электродвигателя регулируется в диапазоне от 0 до 2000 об/мин.

Таким образом, на выходе редуктора получается диапазон частот от 0 до 617об/мин. Редуктор соединен жесткой муфтой с шариковым ходовым винтом, имеющим шаг t = 12мм. Скорость подачи стола изменяется до 7407мм/мин. Опоры винта и редуктор расположены на станине, а шариковая гайка на столе.

Привод подач по координате «Y»

Механизм привода перемещения ползуна состоит из электродвигателя ST-112XA, редуктора и шариковой винтовой пары.

Передаточное число редуктора:

I = = 2,4

Частота вращения электродвигателя регулируется в диапазоне от 0 до 2000 об/мин.

Таким образом, на выходе редуктора получается диапазон частот от 0 до 830об/мин. Редуктор соединен жесткой муфтой с шариковым ходовым винтом, имеющим шаг t = 12 мм. Скорость подачи стола изменяется до 9000мм/мин. Опоры винта и редуктор расположены на тумбе, а шариковая гайка на ползуне.

Привод подач по координате «Z»

Механизм привода перемещения головки фрезерной состоит из электродвигателя ST-112L, редуктора и шариковой винтовой пары.

Передаточное число редуктора:

I = = 2,5

Частота вращения электродвигателя регулируется в диапазоне от 0 до 2000 об/мин.

Таким образом, на выходе редуктора получается диапазон частот от 0 до 800об/мин. Редуктор соединен жесткой муфтой с шариковым ходовым винтом, имеющим шаг t = 10мм. Скорость подачи головки фрезерной изменяется до 8000мм/мин. Опоры винта и редуктор расположены на ползуне, а шариковая гайка на головке фрезерной.

Привод подач по координате «А»

Механизм вращения поворотного устройства состоит из электродвигателя ST-100LВ и редуктора. Вращение на планшайбу поворотного устройства передается через пару цилиндрических колес, между которыми имеется паразитная шестерня, и червячную передачу с переменной толщиной зуба.

Передаточное число редуктора:

I ==270

Механизм смены инструмента

В приводе инструментального магазина используется серводвигатель С2.SM.000-3400, n=3000 об/мин, М=2,4 Нм со встроенным датчиком.

Двигатель через муфту соединён с червячным редуктором, состоящим из однозаходного червяка с переменным шагом и червячного колеса Z=24, m=2,5. На выходном валу редуктора закреплена цилиндрическая шестерня Z=18, m=2,5, которая зацепляется с шестерней Z=108, m=2,5, установленной на оси диска с гнёздами под инструменты.

Поворот руки механической осуществляется гидроцилиндрами, штоки которых имеют зубчатые рейки, находящиеся в зацеплении с реечной шестерней Z=20, m=2.

Перемещение руки механической из среднего положения в точку смены инструмента осуществляется от трёхпозиционного гидроцилиндра.



4. Расчет механической руки и магазина режущего инструмента

Характерными особенностями многооперационных станков с ЧПУ являются специальные накопители - магазины инструментов для размещения режущего инструмента и механизмы для автоматической перегрузки его в соответствии с заданным технологическим процессом обработки из магазина в шпиндель станка и обратно.

Для автоматической смены и закрепления в шпинделе станка разных по размеру и функциональному назначению режущих инструментов (сверла, резцы, фрезы, метчики и т. д.). В их конструкции необходимо предусмотреть специальные посадочные места и элементы для зажима. Это достигается установкой и закреплением режущего инструмента в инструментальных оправках.

В отечественном станкостроении применяют в основном инструментальные оправки с коническим хвостовиком (ГОСТ 25827-83), позволяющим осуществить без зазорный установ оправки в шпиндель, что обеспечивает высокую точность базирования и большую жесткость соединения оправки со шпинделем станка.

Инструментальные магазины предназначены для размещения инструментальных оправок на станке и их транспортирования в зону перегрузки в шпиндель.

4.1 Выбор типа и ёмкости магазина

Инструментальные магазины могут быть следующих типов: дискового, барабанного, цепного. Магазины инструментов многооперационных станков выполняются обычно небольшой вместимости: от 12 до 60 инструментов. При числе инструментов менее 12 применяются магазины дискового типа. Магазины инструментов вместимостью 12 - 30 шт. выполняются в виде барабанов. Магазины вместимостью свыше 50 инструментов выполняются цепной конструкции, редко в виде барабанов с кассетами.

Магазин дисковой конструкции прост и компактен (рисунок 3.10), он может быть установлен как на полу, так и на несущих узлах, в зависимости от конструктивных особенностей станка.

Принцип действия такого магазина следующий. Инструментальные оправки 2 устанавливают во втулки 3 диска 10, поворачивающегося от электродвигателя 1 на угол, обеспечивающий транспортирование требуемой оправки в позицию перегрузки. Точный останов в этой позиции осуществляется с помощью делительного диска 9 и фиксатора. В позиции перегрузки с помощью падающего гнезда 4 втулка 3 с оправкой поворачивается на 90є, что необходимо для дальнейшей перегрузки оправки в шпиндель станка.

В технологическом процессе дипломного проекта используется 6 режущих инструментов. А так, как измерительный инструмент (датчик ОМР60), как и все режущие инструменты, до его использования загружается в магазин, то на станке должен быть установлен инструментальный магазин ёмкостью не менее чем на 7 инструментов.

На используемом в дипломном проекте вертикально-фрезерном станке установлен инструментальный магазин дискового типа ёмкостью на 12 инструментов, что соответствует выше указанному требованию.

Расчет привода магазина.

Магазин проектируемого станка выполнен в следующем исполнении: ось магазина вертикальная, а диск с установленном на нем инструментами располагается в горизонтальной плоскости. Исходными данными для расчета служит кинематическая схема.



Рисунок 10 - Механизм автоматической смены инструментов с дисковой конструкцией магазина: 1 - электродвигатель; 2 - инструментальные оправки; 3 - втулки; 4 - падающее гнездо; 5 - рейка поворота грейфера; 6 - грейфер; 7 - шток; 8 - гидроцилиндр выдвижения грейфера; 9 - делительный диск; 10 - инструментальный диск; 11 - кодовые кольца; 12 - рычаги; 13 - электровыключатели

Рисунок 11 - Кинематическая схема магазина



Составляем уравнение кинематической цепи:

при n_{эл. мах}=3000 об/мин.

при n_{эл. ном.}=1000 об/мин.

при n_{эл. min.}=1об/мин.

Проверяем контактное напряжение зубьев колеса у_н по формуле:

, Н/мм²(1)

где n_эл.=1000 об/мин;

Ft₂=2T₂•10³/d₂ - окружная сила на колесе;

d₂=24•2.5=60 мм - делительный диаметр колеса.

Находим Т₂=Т₁•u=2,4•24=57,6 Н•м - вращающий момент колес

тогда Ft₂=,

d₁=50 мм делительный диаметр червяка, [у] - допустимое контактное напряжение зубьев колеса в Н/мм² уточняется по фактической скорости скольжения:

V_s=, м/сек (2)

где щ₂= об/сек.

V_s= м/сек.

где n₂= об/мин - число оборотов червячного колеса

V=1 при V<3 м/сек

Определяем допустимое напряжение для червячного колеса:

[у]_н = К_нL•C_v•0.9у_в, Н/мм² (3)

где К_нL = 1,2 т.к. N>10; C_v=1,01 - коэффициент, учитывающий износ материала, зависящий от скорости скольжения V_с = 4,15 м/сек.

[у]_н = 1,2•1,01•0,9•215=370 Н/мм²;

у _н=340 Н/мм²;

276,8 Н/мм² < 370 Н/мм ² .

4.2 Определение номинального передаточного числа привода

Передаточное число определяется отношением номинальной частоты вращения двигателя n_ном к частоте вращения приводного вала рабочей машины n_рм при номинальной нагрузке:

(4)

Определим частоту вращения приводного вала рабочей машины n_рм, об/мин:

, м/с (5)

, об/мин (6)



где v -- скорость тягового органа, м/с; D -- диаметр барабана, мм;

м/с

Определение передаточного числа привода

Для всех приемлемых вариантов типа двигателя и заданной номинальной мощности Р_тм:

;

;

.

.

,

где -- коэффициенты полезного действия закрытой передачи (червячного редуктора), прямозубой передачи муфты, подшипников качения (по кинематической схеме в редукторе две пары подшипников) и подшипников скольжения (по схеме на приводном валу рабочей машины одна пара подшипников).

Передаточное отношение для стандартной червячной передачи U_чер 1:25 (1-ряд рекомендуемый)

.

Для прямозубой передачи примем (по рекомендации ГОСТ) U_зуб=6,3.

Полученное общее передаточное положение:

Исходя из скорости вращения магазина 12 об/мин вращение двигателя должно быть:

об/мин.

Благодаря тому, что на двигатели можно выставлять обороты с 2000 об/мин с сохранением М_н в дальнейшем в расчётах будем принимать об/мин

Исходя из полученных данных подбираем двигатель:

SIEMENS 1FT6061-6AC7

Мощность N=0,84 кВт.

Момент номинальный Мн=2,4 Н·м.

Номинальная частота вращения об/мин.

Момент инерции ротора без тормоза .

Угловая скорость номинальная:

с^-1.

Определение силовых и кинематических параметров привода.

Силовой (мощность и вращающий момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитываются на валах исходя из требуемой (расчётной) мощности двигателя Рдв и его номинальной частоты вращения nном при установившемся режиме. ;

;

;

.



Угловая скорость:

с^-1;

с^-1;

с^-1;

с^-1.

Вращающий момент:

;

;

;

.

Вращающий момент на рабочем механизме (магазине):

,

,

,

где - масса инструментального блока с инструментом.

Сравниваем момент от сил инерции и развиваемый двигателем на рабочем магазине:

.

Примем ,

тогда

;

.

4.3 Выбор конструкции и расчет усилия зажима схвата механической руки

Конструкция механической руки имеет два схвата, расположенных в горизонтальной плоскости друг напротив друга, а также имеющих возможность поворачиваться на 180^о вокруг общей оси. Схваты имеют по две клешни - подвижной (подпружиненной) и неподвижной.

Для расчета усилия зажима определяем максимальную массу инструментального блока, для чего составим ведомость режущего и вспомогательного инструмента.

Таблица 2. Расчет максимальной массы инструментального блока

Инструмент (реж/измер)	Вспомогательный инструмент	Масса инструментального блока
Наименование	Масса	Наименование	Масса
Фреза шпоночная	0,4	Оправка с конусом Морзе №3	7,74	8,14
Фреза концевая	1,8	Оправка с конусом Морзе №3	7,74	9,54
Фреза концевая	2,0	Оправка с конусом Морзе №3	7,74	9,74
Фреза концевая	2,2	Оправка с конусом Морзе №4	7,64	9,84
Фреза концевая	2,3	Оправка с конусом Морзе №4	7,64	9,94
Фреза торцевая	3,5	Оправка шлицевая	7,94	11,44
Измер. головка	0,8	Оправка для датчика	3,9	4,7
Итого:				63,34



Таким образом, максимальная масса инструментального блока составляет 11,44 кг. Примем вес инструментального блока 12 кг.

Расчётная схема схвата показана на рисунке12.

Рисунок 12 - Схема схвата инструмента

Сила зажима детали определяется по формуле 3.7:

,Н (7)

где P - вес переносимой детали; m - максимальная масса инструментально блока; m = 12 кг; g - ускорение свободного падения; g = 9,8 м/с²; a-ускорение при движении схвата : а=0,08 м/с²; k - коэффициент запаса; k = 1,5, Ю-коэффициент жесткости пружин Ю=0,95:

.

Исходная сила пружин рассчитывается по формуле 3.8:

Н (8)

Рассчитаем по формуле 9 наибольшую скорость передвижения подвижного конца пружины при разгрузке. Исходные данные для подбора пружины: сила пружины при предварительной деформации Р₁=57,7/2=28,8; рабочий ход h=15 мм; наружный диаметр пружины 15-18 мм; число циклов до разрушения N=1·10⁷; время расфиксации t=0,5сек.

м/с (9)

Пользуясь таблицей стандарта ГОСТ 13764-86 находим, что при выносливости N=1·10⁷ пружина относится к 1 классу.

По ГОСТ 13764-88 наиболее близко совпадают с заданными параметрами пружин разряда 2.

Р₂ = 88,2 Н (9,00 кгс); D =18 мм; d = 3 мм; Р₃=98 Н (10 кгс); Z₁=57,14 Н (5,83 кгс).

По таблице ГОСТ 13764-88 для пружин 1 класса требуется проволока из материала 60С2А при d=2 мм. Находим ф = 102 кгс/мм² .

Принадлежность пружины к 1 классу проверяем путём определения отношения , для чего предварительно определяем критическую скорость:

;

Полученная величина указывает на отсутствие соударения витков, следовательно, выбранная стандартная пружина удовлетворяет заданным условиям.

Определяем остальные параметры: жёсткость пружины



число рабочих витков

.

полное число витков

для d > 0.8 n₃ = 1.5.

определяем средний диаметр пружины

предварительная деформация

рабочая деформация

.

максимальная деформация

.



длина пружины при максимальной деформации

.

длина пружины в свободном состоянии

длина пружины при предварительной деформации

длина пружины при рабочей деформации

Выберем пружину 79910.030x80 ОСТ 1.76594-77

фрезерный санок шпиндель электропривод



5. Организация измерения

Для организации измерения деталей на станке ФП-37ПН4 с помощью измерительного датчика ОМР60 необходима аппаратная и программная доработка станка.

Для аппаратной доработки станка разработана схема электрическая принципиальная подключения измерительного датчика ОМР60 к УЧПУ - SINUMERIK 840D.

На данной схеме обозначены:

А1 - УЧПУ - SINUMERIK - 840D;

А2 - Программируемый контроллер SIMATIK S7-300 в составе:

А2.1 - Блок питания PS-307,

А2.2 - Интерфейсный модуль IM 361,

А2.3 - Модуль цифровых входов SM321,

А2.4 - Модуль цифровых выходов SM322,

А37 - Интерфейсный модуль измерительного датчика MI12,

А36 - Приемник и/к сигналов с измерительного датчика OMM,

А35 - Измерительный датчик OMP60.

Датчик ОМР60 осуществляет связь с приемно-передающим устройством ОММ, используя традиционный способ оптической передачи инфракрасного сигнала.

Блок ОММ требует для подключения к станку дополнительного интерфейса MI12, с которым связь осуществляется по проводной линии (поставляет изготовитель).

Интерфейс MI12 преобразует сигналы датчика таким образом, чтобы они были совместимы с системой ЧПУ станка.

В качестве выходов в MI12 используются неполярные электронные реле. Формат выходного сигнала MI12: максимальный ток ± 50 мА, максимальное напряжение ± 50 В (амплитуда).

Для питания интерфейса MI12 используется источник питания станка +24 В.

Со стороны ЧПУ в качестве интерфейса используется программируемый контроллер SIMATIK S7-300 с модулями цифровых входов SM321 и цифровых выходов SM322. Параметрируемые модули входов SM321 позволяют обрабатывать входные сигналы ПЛК ЧПУ по прерываниям.

Модули входов и выходов подсоединяются к контроллеру SIMATIK S7-300 с помощью специальной информационной шины, в которую вставляются, как в гнёзда. С интерфейсом MI12 модули связываются по проводной линии связи (изготавливает производитель станка). Запитываются модули от блока питания контроллера PS307. В свою очередь блок питания контроллера PS307 подключается к системе питания станка ~220 В.

Связь между УЧПУ и контроллером SIMATIK S7-300 осуществляется по шине P/K (поставляется изготовителем контроллера). Скорость передачи данных на шине P/K составляет 65Мbit.

В качестве ЧПУ используется SINUMERIK - 840D фирмы Siemens. Характеристики системы ЧПУ SINUMERIK - 840D и программная доработка станка описаны в разделе «Система управления».

Размещено на Allbest.ru

...