Управляющие программы на заданную технологическую операцию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Анализ существующих средств автоматики и управления.

Прошло более 20 лет с тех пор, как ЭВМ стали использоваться в народном хозяйстве. За прошедший период экономико-математические методы и вычислительная техника нашли достаточно широкое применение. В настоящее время целесообразность и необходимость использования АСУ различными предприятиями и объединениями не вызывает сомнения. Опыт эксплуатации АСУП в машино- и приборостроении показывает, что эффективное применение современных методов и технических средств позволяет повысить объем реализации, добиться сокращения запасов без нарушения ритмичности, а также значительно увеличить прибыль, получаемую предприятиями. Еще больший эффект получен в результате внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

За короткий период АСУ в своем развитии прошли поистине революционный путь. Менялись методы создания систем, взгляды на возможности и область применения автоматизации, систематически пересматривались исходные концепции, конкретизировались цели, уточнялась терминология. Изменились и возможности ЭВМ, расширился парк периферийных технических средств.

Система -- это взаимосвязанная совокупность элементов (компонентов), выполняющих отдельные конкретные функции в интересах некоторой общей цели. Рассмотрим укрупненную схему управления практически любого завода. В качестве компонентов этой управляющей системы могут выступать отделы и службы: ОТЗ, ОТК, плановый, диспетчерский, службы ОГК, ОГТ и т. д. При рассмотрении задач отдельных элементов управления цели их функционирования оказываются в значительной степени противоречивыми. Например, наладить и поддерживать заданный ритм изготовления выпускаемой продукции при установившейся номенклатуре изделий значительно легче, чем при частом её изменении. В то же время желание повысить эффективность и качество выпускаемых изделий, доводя их характеристики до уровня лучших мировых образцов, оказывает часто отрицательное влияние на ритм производства, так как требует перестройки технологических процессов, пересмотра нормативов, изменения номенклатуры материалов и комплектующих.

Сочетание интересов отдельных функциональных подразделений с интересами всей системы является важнейшей проблемой, решение которой свидетельствует о наличии системы управления в целом. Усложнение производства, резкое увеличение объемов и частоты обновления информации диктует необходимость проведения указанной работы с ориентацией на максимально эффективное использование современных АСУ.

Управление -- это процесс целенаправленного перевода системы из одного состояния в другое путем воздействия на ее переменные. Основным элементом в управлении является определение существующего (действительного) и желаемого состояния объекта, точек воздействия на управляемые переменные, а также выбор характеристик и последовательность управляющих воз действий.

С информационной точки зрения управление реализуется по существу в процессе сбора, передачи, хранения и переработки информации. Чем выше уровень управления, чем дальше управляющий орган от технологического процесса, тем существенней роль информационной системы в этом процессе. Однако следует помнить, что АСУ - человеко-машинные системы, сочетающие жесткость формальной логики ЭВМ с гибкостью мышления человека, представляют собой не просто средство обработки информации: ее сбора и передачи, автоматизации выполнения многих операций, в том числе трудоемкого бухгалтерского учета, обработки документации, но, что главное, поднимают на высокую качественную ступень самоуправление, создавая предпосылки для своевременного принятия правильных решений.



1. Технологическая часть

1.1 Описание детали (назначение, особенности конструкции, химический состав и физико-механические свойства материала)

«Крышка 32.23.794.23-5» - применяется в конструкции размольного валка в мельнице валковой среднеходной. Служит для защиты подшипников размольного валка от попадания в них угольной пыли., выпускается базовым предприятием ОАО «Тяжмаш». «Крышка 32.23.794.23-5» представляет собой крышку валка, длиной 121мм и наибольшим диаметром 850мм.

При выборе материала для изготовления металлоконструкций в первую очередь рассматривают, насколько полно он удовлетворяет служебным характеристикам изделия, т. е. обеспечивает ли его работоспособность в период установленных сроков эксплуатации. Рассматриваются и такие экономические показатели, как стоимость материала, дефицитность.

Крышка изготавливается из конструкционной низколегированной стали марки 09Г2С, химический состав и физико-механические свойства которой приведены в таблице 1, 2 и 3.

Таблица 1

Химический состав стали, %

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	As	N
Не более			Не более
0,12	0,5-0,8	1,3-1,7	0,3	0,3	0,3	0,035	0,04	0,08	0,008

Таблица 2

Механические свойства стали

Предел текучести ут , МПа	Временное сопротивление ув, МПа	Ударная вязкость ан, %	Относительное удлинение д, кДж/м2	Твердость по Бринеллю НВ
350	475	6,5	21	156

Таблица 3

Физические свойства чугуна

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20
100		11.4
200		12.2
300		12.6
400		13.2
500		13.8
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R10 9

Сталь 09Г2С, исходя из анализа физико-механических свойств и приведенному химическому составу, пригоден для изготовления детали «Крышка 32.23.794.23-5».

1.2 Определение типа производства

Для определения типа производства можно использовать годовой объем выпуска и массу детали.

Годовая программа 540 шт, масса детали по чертежу 175 кг. Тип производства - среднесерийное.

Среднесерийный тип производства характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры изделий, которая периодически повторяется. Изделия запускаются в производство сериями, детали обрабатываются партиями в определенной, заранее установленной периодичности.

Под серией понимается количество конструктивно-технологически одинаковых изделий, запускаемых в производство одновременно или последовательно.

Однородность конструктивных решений в изделии позволяет изготавливать значительное количество унифицированных деталей, что дает возможность закрепить за рабочими местами ряд деталей (операций) для постоянного или периодически повторяющегося выполнения.

Повторяемость изготовления одних и тех же изделий экономически оправдывает использование универсального и специализированного оборудования, приспособлений и инструментов, приводит к специализации рабочих мест. Широко применяются быстропереналаживаемые станки-автоматы, манипуляторы, что дает возможность в условиях серийного производства повысить производительность труда, сократить длительность производственного цикла.

В среднесерийном производстве детально разрабатывается технологический процесс, позволяющий снижать припуски на обработку, повышать точность заготовок.

Определение размера операционной партии определяется по формуле:

где N - годовой объем выпуска, N=540 шт;

t - необходимый запас деталей на складе принимаем t=10 дней;

Ф - число рабочих дней в году, Ф=247 дня.

Полученное число следует откорректировать, в зависимости от производственных условий (±10ч15%).

Определение количество партий осуществляется по формуле:

1.3 Выбор прогрессивного способа получения заготовки. Конструирование заготовки

Процесс метода получения заготовки тесно связан с последующей механической обработкой, трудоемкостью, которая в высокой степени зависит от точности выполнения заготовки и приближения ее формы к конфигурации заготовки.

Для определения правильного способа получения заготовки необходимо учитывать материал детали, условия ее эксплуатации, технические требования на изготовление, объем и серийность выпуска, форму и размеры детали. Оптимальный метод получения заготовки определяется на основании всестороннего анализа перечисленных факторов и технико-экономического расчета себестоимости детали. Оптимальным считается метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготовления из нее детали при минимальной себестоимости.

Для «Крышка 32.23.794.23-5» заготовку с наиболее высокими экономическими показателями можно получить из стальной штампованной поковки средней точности диаметром 850мм. В этом случае припуск на черновое и чистовое обтачивание обеспечивается.

Определяем ориентировочную массу поковки

М_пр =М_д · К_р (3)

где Мд =175-- масса детали, кг

Кр=1,6 - расчетный коэффициент, [ГОСТ 7505-89, Пр 3, таб. 20]

М =175 ·1,6 =280 кг

Масса фигуры цилиндра:

G_ф=кг (4)

Тогда С= Мпр/Gф, С=280/539=0,52

Принимаем степень сложности С2 [ГОСТ 7505-89, Пр 2]

Группа стали - М1 [таб.1].

Класс точности--Т2 [Пр 1, таб. 19].

По таб. 2 определяем исходный индекс - 20

Определяем припуски на механическую обработку (ГОСТ 7505-89):

Диаметральные размеры:

650+2·5,5=661 мм

мм, принимаю 395мм

мм

Длины:

80 мм

мм, принимаю 48мм

54+3,5+4=61,5 мм

63+3,8=66,8 мм, принимаю 66.5мм

По таб. 8 определяем допуски на размеры заготовки:

на диаметры: Ш859 , Ш661, Ш395, Ш600

на длины: 80, 48, 61,5, 66,5

Рассчитываем объем заготовки:

(5)

(6)

где D - диаметр заготовки, см;

- длина заготовки, см.

V=46339 + 16463 - 7594 - 18934=36274 смі (7)

Определяем массу заготовки:

, (8)

где - плотность стали, кг/дмі. =0,00785 кг/см²

Рассчитываем коэффициент использования материала:



(9)

где М_д - масса детали, кг

Мз - масса заготовки, кг

Коэффициент использования материала составляет 0,61.

Вторым способом получения заготовки является литьё в песчанно-глинистые формы. Припуск на черновое и чистовое точение обеспечивается.

Определяем припуски на механическую обработку (ГОСТ 26645-85):

Диаметральные размеры:

650 + 2·5=660 мм

мм

мм

Длины:

83 мм

мм

54+2•5=64 мм

62+5=67 мм

Рассчитываем объем заготовки:

(10)

(11)

где D - диаметр заготовки, см;

- длина заготовки, см.

V=48189 + 16413 - 7839 - 18308=38455 смі (12)

Определяем массу заготовки:

, (13)

где - плотность стали, кг/дмі. =0,00785 кг/см²

Рассчитываем коэффициент использования материала:

(14)

где М_д - масса детали, кг.



Коэффициент использования материала составляет 0,57.

Исходя из полученных данных делаем вывод что первый способ получения заготовки является более целесообразным и экономичным.

1.4 Содержание и структура заданной технологической операции

Характер технологического процесса определяется типом производства и особыми условиями проектирования. Разработка технологического процесса должна быть основана на использовании научно-технических достижений, на повышении технического уровня производства, качества продукции и производительности труда.

Технологический процесс изготовления детали «Крышка 32.23.794.23-5» разработан на базе металлообрабатывающего оборудования. Технологический процесс включает в себя различные операции. При разработке технологического процесса в целях достижения прогрессивных технико-экономических показателей учтены следующие моменты:

- высокая концентрация операций, достигаемая в результате обработки нескольких поверхностей за одну операцию;

- применение высокопроизводительного оборудования;

- сокращение вспомогательного времени путем оснащения средствами механизации и автоматизации, применения пневматических устройств;

- повышение удельного веса станков с ЧПУ.

Правильность разработки последовательности операций технологического процесса для достижения заданной точности и соблюдение принципа единства технологических баз приводит к очень малому проценту брака, что также говорит о качестве обработки детали на каждой операции.

Установлено полное соответствие параметров оборудования требованиям каждой операции, где оно использовалось.

Таблица 4

Технологическая операция изготовления детали «Крышка 32.23.794.23-5»

№ опера-ции	Наименование и содержание операции	Оборудование	Приспособление и инструмент
005	Карусельная. Установить заготовку на планшайбу, выверить с точностью 1 мм, закрепить за Ш650. Подрезать торец Ш850. Точить цилиндрическую поверхность Ш850. Точить Ш465g7 на L13, точить Ш600 с выводом R10 по чертежу. Расточить отверстие Ш405, расточить обнижение Ш420Н7 по чертежу. Снять фаски, острые кромки притупить. Контроль ОТК.	1512Ф3-002	Резец проходной упорный (правый) с механическим креплением, твердосплавной пластиной Т5К10 ГОСТ24996-81 Расточной резец Ту 2-035-1040-86 с механическим креплением ромбовидной твердосплавной пластины с главным углом в плане ц=90°.
010	Переустановит заготовку. Выверить на торцевое и радиальное биение с точностью 0,03. Подрезать торец в размер 121 мм. Точить торец Ш850 в размер L50 по чертежу, точить Ш650f8, точить канавку b12 до Ш634. Расточить обнижение Ш610, с выводом R16, выдерживая размер 54 согласно чертежу. Контроль ОТК.	1512Ф3-002	Резец проходной упорный (правый) с механическим креплением, твердосплавной пластиной Т5К10 ГОСТ24996-81 Расточной резец Ту 2-035-1040-86 с механическим креплением ромбовидной твердосплавной пластины с главным углом в плане ц=90°. Резец канавочный 12-35 СТ126-2075

1.5 Характеристика металлорежущего станка

Токарно-карусельные станки предназначены для обработки тяжелых деталей, имеющих большой диаметр и сравнительно небольшую длину: больших зубчатых колес, маховиков и им подобных. На карусельных станках можно обтачивать цилиндрические и конические поверхности, подрезать торцы, прорезать кольцевые канавки, сверлить, зенковать, развертывать и выполнять ряд других операций. Горизонтальное расположение плоскости планшайбы, на которой закрепляют обрабатываемую деталь, существенно облегчает и ускоряет ее установку и выверку по сравнению с установкой подобных деталей на токарно-лобовых станках.

Таблица 5

Основные технические характеристики станка 1512Ф3-002

Наименование параметров	Данные
Класс точности станка по ГОСТ Р 50057-92	Н
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм	1250
Наибольшая высота обрабатываемой заготовки, мм	1000
Наибольшая масса устанавливаемого изделия в зависимости от частоты вращения планшайбы, кг	4000
Диаметр планшайбы, мм	1120
Наибольшее расстояние от основания станка до рабочей поверхности планшайбы, мм	970
Диаметр центрирующего отверстия в планшайбе, мм	150Н7
Ширина Т-образных пазов в планшайбе, мм	28Н13
Количество верхних суппортов с револьверной головкой	1
Наибольшая высота сечения резца, мм	50
Наибольшее перемещение, мм -верхнего суппорта по горизонтали -ползуна верхнего суппорта по вертикали	810 700
Количество позиций револьверной головки	5
Диаметр отверстий под инструмент в револьверной головке, мм	70Н7
Наибольшее перемещение поперечины, мм	660
Скорость перемещения поперечины, мм/мин	450
Количество ступеней главного привода	2
Регулирование частот вращения планшайбы	Бесступенчатое в пределах каждой ступени редуктора
Предел частот вращения планшайбы, об/мин - 1 ступень - 2 ступень	1 - 79 4 - 315
Наибольший допустимый крутящий момент на планшайбе, Нм	17000
Регулирование подач суппорта	Бесступенчатое
Скорости рабочих подач суппорта с бесступенчатым регулированием
- оборотная, мм/об	0,01 - 50
- минутная, мм/мин	0,1 - 1000
Скорость установочных перемещений суппорта и ползуна, мм/мин	5000
Пределы шага нарезаемых резьб, мм	1…99,99
Наибольшее допускаемое усилие резания при вылете ползуна с резцедержателем 300 мм, кН	32
Габариты станка без электрошкафа и пульта управления, мм - длина - ширина - высота	4260 3610 5615
Масса станка, кг - с электрооборудованием и ЧПУ - без электрооборудования и ЧПУ	15500 14500
Тип ЧПУ	NC-31
Число управляемых координат, всего/одновременно	2/2
Дискретности системы отсчёта, мм	0,001
Число пар коррекций на инструмент	Не ограничено
Число индикатируемых координат, всего/одновременно	2/2
Диапозон цифровой индикации, мм	9999,999

1.6 Режущий инструмент для заданной технологической операции

Применение твердосплавных неперетачиваемых пластин на резцах обеспечивает:

-повышение стойкости на 20-25% по сравнению с напаянными резцами,

-возможность повышения режимов резания за счет простоты восстановления режущих свойств многогранных пластин путем их поворота,

-сокращение затрат на инструмент в 2-3 раза, потерь вольфрама и кобальта в 4-4,5 раза вспомогательного времени на смену и переточку резцов,

-упрощение инструментального хозяйства.

Многогранные пластины различных форм имеют плоскую переднюю поверхность с выкружкой или вышлифованные лунки для частных случаев обработки. Ряд конструкций резцов может оснащаться многогранными пластинками из металлокерамики. Сверхтвердые инструментальные материалы предназначены для чистовой обработки материалов с высокими скоростями резания. С применением сверхтвердых инструментальных материалов увеличивается производительность обработки на 150%, достигается шероховатость поверхности до R_а1,25.

Для обработки торцев и обточки диаметральных поверхностей выбираем резец проходной упорный (правый) с механическим креплением твердосплавной пластиной Т5К10 ГОСТ24996-81. Марка твердого сплава ВК6.

Для растачивания отверстия выбираем расточной резец Ту 2-035-1040-86 с механическим креплением ромбовидной твердосплавной пластины с главным углом в плане ц=93°. Марка твердого сплава ВК6.

1.7 Расчет режимов резания для заданной технологической операции

Режимы резания определяются в зависимости от типа и конструкции инструмента, материала и геометрии его режущей части, качества заточки, правильности установки и закрепления его на станке, состояния системы СПИД, механических и физических свойств обрабатываемого материала.

При назначении и расчете режимов резания учитывают тип и размеры инструментов, материал режущей части, материал и состояние заготовки, тип оборудования и его совместимость.

Элементы режимов резания находятся во взаимной функциональной зависимости, устанавливаемой эмпирическими формулами, так что глубина резания и подача непосредственно влияют на стойкость инструмента, с которой в свою очередь связана скорость резания.

Глубина резания: при черновой обработке назначают по возможности максимальное значение. При чистовой обработке, в зависимости от требуемых степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Подача: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из прочности и жесткости системы СПИД, мощности привода станка. При чистовой обработке - в зависимости от требуемых степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Скорость резания: рассчитывают по формулам, учитывающим величину глубины резания и подачи, устанавливаемой стойкости инструмента, качество заготовки, вид обработки, материал режущей части инструмента, смазочно-охлаждающей жидкости.

Назначаем режимы резания.

Операция карусельная.

Точить торец Ш850.

а) черновое

Глубина резания t=3 мм, подача S=1,4мм/об.

Определяем скорость главного движения резания по формуле:

где S - подача, мм/об;

Т - период стойкости резца, мин. Т=60ми;

t - глубина резания, мм;

К_v - коэффициент учитывающий влияние материала заготовки, состояния поверхности, материала инструмента. К_v=1,04 [2, стр. 261-263].

Значения коэффициента С_р и показатели степеней x, y, m [2, стр. 262-269].

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

Корректируем частоту вращения по станку n=50 об/мин.

По скорректированной по станку частоте вращения шпинделя определяем фактическую скорость резания по формуле:

Определяем главную составляющую силы резания P_z по эмпирической формуле [2, стр.271]:

где К_р - поправочный коэффициент. К_р=0,9 [2, стр. 264-275].

C_p, x, y, n - коэффициент и показатели степени, учитывающие конкретные условия обработки [2, табл. 22, стр. 273].

Определяем мощность, затрачиваемую на резание:

Определяем достаточность мощности станка для резания. Необходимо соблюдение условия :

где N_шп - мощность на шпинделе, кВт;

N_де - мощность двигателя станка, кВт;

- КПД станка. (0,87).

9,6<47,85 следовательно обработка возможна.

б) чистовое

Глубина резания t=0,5 мм, подача S=0,47 мм/об.

Определяем скорость главного движения резания по формуле:

Значения коэффициента Ср и показатели степеней x, y, m [2, стр. 262-269].

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

Корректируем частоту вращения по станку n=100 об/мин.

По скорректированной по станку частоте вращения шпинделя определяем фактическую скорость резания по формуле:

Определяем главную составляющую силы резания Pz по эмпирической формуле [2, стр.271]:

где Кр - поправочный коэффициент. Кр=0,9 [2, стр. 264-275].

Cp, x, y, n - коэффициент и показатели степени, учитывающие конкретные условия обработки [2, табл. 22, стр. 273].

Определяем мощность, затрачиваемую на резание:

Определяем достаточность мощности станка для резания. Необходимо соблюдение условия :

Nшп=Nдв• , (13)

где Nшп - мощность на шпинделе, кВт;

Nде - мощность двигателя станка, кВт;

- КПД станка. (0,87).

Nшп=55•0,87=47,85 кВт

1,3<47,85 следовательно обработка возможна.

Дальнейший расчет режимов резания назначаем по таблицам нормативов режимов резания [4].

Точить цилиндрическую поверхность Ш850мм:

а) черновое

t=4 мм

S=1,4 мм/об

V=111 м/мин

n=40 об/мин

N=12,4 кВт

б) чистовое

t=0,5 мм

S=0,47 мм/об

V=228 м/мин

n=85 об/мин

N=1,3 кВт

Точить Ш465g7 на L13

а) черновое за 2 прохода

t=5 мм

S=1,3 мм/об

V=107 м/мин

n=70 об/мин

N=14 кВт

б) получистовое

t=2,5 мм

S=1,4 мм/об

V=118 м/мин

n=80 об/мин

N=9 кВт

в) чистовое

t=0,5 мм

S=0,25 мм/об

V=336 м/мин

n=230об/мин

N=1,09 кВт

Точить Ш600 с выводом R10

а) черновое за 2 прохода

t=4 мм

S=1.4 мм/об

V=149 м/мин

n=80 об/мин

N=16 кВт

б) получистовое

t=1,5 мм

S=1,7 мм/об

V=114 м/мин

n=60 об/мин

N=5,5 кВт

в) чистовое

t=0,5 мм

S=0,47 мм/об

V=243 м/мин

n=130об/мин

N=1,3 кВт

Расточить отверстие Ш395 до Ш405мм:

а) черновое

t=4,5 мм

S=1,2 мм/об

V=103 м/мин

n=80 об/мин

N=11,8 кВт

б) чистовое

t=0,5 мм

S=0,144 мм/об

V=457 м/мин

n=360 об/мин

N=0,92 кВт

Расточить обнижение Ш405 мм до Ш420Н7:

t=5 мм

S=1,1 мм/об

V=106 м/мин

n=80об/мин

N=12,5 кВт

б) получистовое

t=2 мм

S=1,2 мм/об

V=118 м/мин

n=90 об/мин

N=5,8 кВт

в) чистовое

t=0,5 мм

S=0,144 мм/об

V=457 м/мин

n=360 об/мин

N=0,92 кВт

Подрезать торец 121 мм

а) черновое

t=3 мм

S=1,2 мм/об

V=121 м/мин

n=60 об/мин

N=9 кВт

б) чистовое

t=0,5 мм

S=0,47 мм/об

V=233 м/мин

n=115 об/мин

N=2,06 кВт

Точить торец Ш850

а) черновое

t=3 мм

S=1,4 мм/об

V=115 м/мин

n=40 об/мин

N=9,6 кВт

б) чистовое

t=0,5 мм

S=0,47 мм/об

V=228 м/мин

n=100 об/мин

N=1,3 кВт

Точить цилиндрическую поверхность Ш650мм

а) черновое

t=5мм

S=1.2 мм/об

V=113 м/мин

n=55 об/мин

N=14 кВт

б) чистовое

t=0,5мм

S=0,25 мм/об

V=397 м/мин

n=195 об/мин

N=1,3 кВт

Точить канавку Ш 650 мм до Ш 634 мм:

а) черновое

t=7,5мм

S=1,1 мм/об

V=111 м/мин

n=55 об/мин

N=19,3 кВт

б) чистовое

t=0,5мм

S=0,4 мм/об

V=270 м/мин

n=135 об/мин

N=1,3 кВт

Расточить обнижение Ш61015 с выводом R16:

а) черновое

t=3,5 мм

S=1,3 мм/об

V=103 м/мин

n=55 об/мин

N=9,7 кВт

б) чистовое

t=0,5 мм

S=0.47 мм/об

V=219 м/мин

n=115 об/мин

N=1,2 кВт

1.8 Определение основного времени на обработку, времени на установку, и снятие детали

Техническая норма времени на обработку заготовки является одной из основных параметров для расчета стоимости изготовляемой детали, числа производственного оборудования, заработной платы рабочих и планирования производства.

Техническую норму времени определяют на основе технических возможностей технологической оснастки, режущего инструмента, станочного оборудования и правильной организации рабочего места.

Норма времени является одним из основных факторов для оценки совершенства технологического процесса и выбора наиболее прогрессивного варианта обработки заготовки.

Технические нормы времени в условиях массового и серийного производств устанавливаются расчетно-аналитическим методом.

Определяем основное машинное время для каждого перехода по формуле:

где L₁ - длина обрабатываемой поверхности, мм;

L₂ - длина врезания и перебега инструмента, мм;

S - подача, мм/об;

i - число проходов;

n - частота вращения об/мин.

Точить торец Ш850 мм:

Т_о= 8+4=12 мин

Точить цилиндрическую поверхность Ш850мм:

Т_о=2+1,1=3,1 мин.

Точить Ш465g7 на L13

Т_о=4,3+1,9+0,8=7мин.

Точить Ш600 с выводом R10

Т_о=4,8+2,6+1=8,4 мин

Расточить отверстие Ш395 до Ш405мм:

Т_о=0,7+1,2=1,9 мин.

Расточить обнижение Ш405 мм до Ш420Н7

Т_о=3,7+1,4+2,3=7,4 мин.

Подрезать торец 121 мм

0,56+0,45=1 мин.

Точить торец Ш850

3,2+1,2=3,4 мин

Точить цилиндрическую поверхность Ш650мм

0,8+1,2=2 мин

Точить канавку Ш 650 мм до Ш 634 мм:

0,23+0,24=0,47 мин

Расточить обнижение Ш61015 с выводом R16

1,4+1,7=3,1 мин

Определим общее основное время:

Т_о=49,7мин.

Норму штучного времени на операцию рассчитывают по формуле:

где Т_в - вспомогательное время, мин;

Т_обс - время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, мин;

Т_отн - время на отдых и личные надобности рабочего, мин.

Коэффициенты определяются по таблицам [3, стр. 27-54]

Время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, и время на отдых и личные надобности рабочего составляет 10% от основного и вспомогательного времени.

Определяем подготовительно-заключительное время по нормативам

Рассчитываем штучно-калькуляционное время по формуле:

где К - количество партий в год.



1.9 Разработка управляющей программы на заданную технологическую операцию

На станках с числовым программным управлением (ЧПУ) обработка деталей выполняется автоматически по управляющей программе. Программа содержит указания последовательности обработки элементарных поверхностей (конструктивных элементов детали). Общий цикл обработки детали состоит из совокупности единичных циклов обработки отдельных элементов (поверхностей) детали.

При составлении управляющей программы необходимо стремиться к сокращению вспомогательного времени, использовать возможности станков для совмещения перемещений по нескольким координатным осям, отводить рабочие органы на необходимые расстояния и др.

Управляющую программу на токарную операцию оформляем в виде таблицы 6.

№ кадра	Команда	№ кадра	Команда
1	М40	45	Z10000~
2	М3	46	X10000~
3	F15	47	X15000~
4	S200	48	Z200~
5	T1	49	Z0
6	M8	50	X20000*
7	X79700~	51	Z3000
8	Z-345000~	52	X21000
9	X57200	53	X78000~
10	Z-200~	54	Z-8300~
11	X57300~	55	Z8500
12	G78*	56	X61400
13	X57400*	57	Z10000~
14	Z0*	58	X10000~
15	G78*	59	X42400~
16	X56000*	60	Z-2800~
17	X100*	61	Z3000
18	Z-2450	62	X61400*
19	G13*	63	Z5500
20	X58000*	64	Z10000~
21	Z-3450	65	T3
22	X57200	66	S200
23	Z10000~	67	F15
24	T2	68	X50000~
25	S200	69	Z100~
26	F15	70	Z-5000
27	Z300~	71	G12*
28	X79500~	72	X46000*
29	G77*	73	Z-6000
30	X78000*	74	X50000
31	Z-8500*	75	T4
32	P-400	76	S250
33	P0	77	F50
34	X10000~	78	X0~
35	Z1000~	79	Z200~
36	X63000~	80	Z-3500~
37	Z-500~	81	Z10000~
38	X0	82	X10000~
39	Z10000~	83	M9
40	X10000~	84	M5
41	X63000~	85	M30
42	Z-200
43	X20000
44	Z3000



2. Проектирование электропривода главного движения

2.1 Выбор системы управления электроприводом

К числу важных технических характеристик главных электроприводов станка с ЧПУ относятся широкий диапазон и высокая плавность регулирования частоты вращения шпинделя станка, постоянство частоты его вращения при изменениях нагрузки, колебаниях напряжения сети, нагреве двигателя при длительной работе и других факторов. Это необходимо учитывать при выборе электропривода и системы его управления.

Электропривод типа «Кемтор» предназначен для управления приводами главного движения и представляет собой электропривод постоянного тока с двухфазным регулированием скорости. В первой зоне регулирование осуществляется при постоянном моменте М = const за счет изменения подводимого к якорю двигателя напряжения при постоянном потоке возбуждения (D = 1:1000), во второй зоне при постоянстве мощности Р = const за счет ослабления тока возбуждения при номинальном значении напряжения якоря (Д = 1:3,5).

В состав привода входят:

- преобразователь тиристорный для питания якоря и обмотки возбуждения двигателя;

- электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением и встроенным тахогенератором и вентилем;

- коммутационный трехфазный дроссель;

- трансформатор для питания обмотки возбуждения;

- коммутационный блок.

Конструктивно преобразователь выполнен по блочной структуре, позволяющий производить оперативную замену блоков и свободный доступ ко всем элементам и контрольным точкам.

Схемные и конструктивные решения преобразователя максимально унифицированы с электродвигателя подач типа «Кемрон».

Техническая характеристика электродвигателя «Кемрон» соответствует стандарту СТ СЭВ 3572 - 82.

Мощности на валу двигателя для каждого перехода рассчитывают по формуле:

(23)

где N_zi, - мощность резания на i-м переходе, кВт;

з_стi - КПД станка на i-м переходе.

КПД станка зависит от нагрузки. В дальнейших расчётах принимаем за номинальный КПД станка среднее значение для токарной группы з_н.ст=0,75.

На основании полученных данных находим мощность на валу двигателя для каждого перехода:

За номинальную мощность резания N_нz принимаем максимальную мощность резания, полученную при расчете N_ziмакс =19,3 кВт.

Для каждого перехода определяем коэффициенты загрузки станка по формуле:

(24)

Потери мощности в механизмах станка состоят из постоянных потерь, не зависящих от нагрузки (потерь холостого хода), и переменных потерь, зависящих от нагрузки. Потери мощности определяем по формуле:

(25)

где a - коэффициент постоянных потерь;

b - коэффициент переменных потерь.

Коэффициенты постоянных и переменных потерь определяются исходя из того, что при Кi=1 КПД станка равен номинальному значению:

(26)

Исходя из формулы 26:

(27)

На основании данных эксплуатации станков для практических расчётов можно применять соотношения:

(28)

(29)

На основании полученных данных находим потери для каждого перехода:

С учётом этих потерь, КПД станка при разных нагрузках определяется по формуле:



(30)

Результаты расчёта K_i, _i, N_zi, N_i, t_oi заносятся в таблицу 4.



Таблица 4

Расчётные данные для построения нагрузочной дыиаграм

Номер перехода i	Коэффициент загрузки Кi	КПД станка i	Мощность резания Nzi, кВт	Мощность на валу двигателя Ni, кВт	Основное время toi, мин
1	0,6	0,76	9,6	14,5	12
2	0,6	0,77	12,4	18,3	3,1
3	0,7	0,8	14	18,7	7
4	0.8	0,79	16	21,3	8,4
5	0,6	0,82	11,08	14,7	1,9
6	0,6	0,78	12,5	16,7	7,4
7	0,5	0,77	9	13,7	1
8	0,6	0,76	9,6	14	3,4
9	0,7	0,76	14	19,7	2
10	1	0,77	19,3	27,5	0,47
11	0,5	0,76	9,7	14,5	3,1

Время паузы находим по формуле:

(31)

где n - число переходов.

Нагрузка двигателя в период пауз обусловлена мощностью холостого хода, которая равна постоянным потерям:

(32)

Эквивалентная мощность двигателя:

(33)

Моменты на валу двигателя рассчитываются по формуле:

(34)

где n - частота вращения вала двигателя, об/мин.

Максимальный момент:

Номинальный момент:

2.2 Предварительные расчеты по выбору элементов системы управления

2.2.1 Выбор электродвигателя

Исходя из заданных момента и частоты вращения, по каталогу выбираем двигатель типа 2ПН250МУХЛ4 со следующими данными U_н =220В, n_н =1500об/мин, M_н=36, Нм, I_н=8,15 А, GD²=1,030 кгсм², Р_н=55 кВт

Допустимая кратность пускового тока In/Iн - 4

Число полюсов 2_р = 4

Обмоточные данные:

Число витков - 117

Сопротивление при 15^оС R_я - 0,185 Ом

Число параллельных ветвей 2_а =2

Обмотки добавочных полюсов:

Сопротивление при 15^оС R_д - 0,0098 Ом

Параллельные обмотки:

Сопротивление при 15^оС R_в - 26,8 Ом

Номинальный ток возбуждения двигателя I_{вн =},

где б_н=1,2 - коэффициент повышения сопротивления при нагреве

I_{вн = =0,56 А}

Номинальный ток якоря

I_ян=I_н-I_вн=56-0,56=55,4 А

Проверка двигателя по перегрузочной способности производится по условию:

,

условие выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

Установленный на станке электродвигатель рассчитан с возможностью обработки других деталей в течение года. По этой причине принимаю электродвигатель, мощность которого указана в паспорте станка.



2.2 Выбор тахогенератора

Тахогенератор применяется для осуществления отрицательной обратной связи по скорости с целью повышения жесткости механических характеристик электропривода. Двигатели серии ПБСТ выпускаются со встроенными тахогенераторами типа ТП-1М

U_н.тг =230 В,

n_н.тг=1500 об/мин,

Р_н.тг =15 Вт,

I_н.тг=0,0652 А

R_н.тг=34 Ом

2.3 Расчет и выбор трансформатора

В соответствии с трехфазной мостовой схемой определяется требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

U_do=220 В - принимается равным номинальному напряжению двигателя, В

К_сх=1,17 - коэффициент схемы выпрямления

Требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки U_2ф, с учетом необходимого запаса

U_2ф=К_сК_RU'_2ф=1,1? 1,1 ? 188=228 В,

где К_с=1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

К_R=1,1 -- коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора и за счет перекрытия токов.

Требуемое значение линейного напряжения вторичной обмотки

U'_2л=?U_2ф=? 228=387,6 В

Действующее значение тока вторичной обмотки

I₂=K₁ ?K_i?I_d,

K_i=1,05...1,1 - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной

K₁=0,577 - коэффициент схемы выпрямления

I_d-принимаем равным номинальному току якоря двигателя

I_ян=55,4 А

Мощность выпрямляемого тока

N_d= I_dU_do =I_янUн=55,4? 220=12188 Вт

Требуемая мощность трансформатора

S_т=К_с К_RK_iK_пN_d,

где K_п =1,35- коэффициент повышения расчетной мощности трансформатора для трехфазной нулевой схемы.

S_т=1,1? 1,1 ? 1,1 ? 1,05 ? 8162=11406,8 Вт=11,4 кВА

По требуемой мощности и напряжению выбирается трехфазный трансформатор типа ТСЗ-25, имеющий следующие данные:

S_т=25; U'_2л=230 В, U₁= U_с=380В

Схема соединения обмоток трансформатора при включении в сеть 380В «звезда-звезда».

2.4 Выбор вентилей

Вентили выбираются по среднему значению выпрямляемого тока с учетом возможной перегрузки и по максимальному значению обратного напряжения.

Максимальное значение выпрямляемого тока

I_m=2,5I_ян=2,5 ? 55,4= 138,5 А

Среднее значение тока через вентиль

А,

где m-параметр схемы

Расчетная максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю определяется:



U'_обм=К_вmU_do= 2,09? 261 = 546,6 В,

К_вm- расчетный коэффициент схемы;

U_do- действительная величина среднего значения выпрямляемого напряжения при б=0 и питании выпрямителя от выбранного трансформатора:

,

принимаем равным 270.

U_обм=1,4?U'_обм= 1,4 ? 546,6 = 765,24 В

По параметрам I_ср и U_обм выбираем вентили типа ТСЗ 151.

Параметры вентилей:

Номинальный ток I_вн=22,4 А, номинальное обратное напряжение

U_обм=800В.

Для охлаждения применяются типовые семиреберные охладители из алюминиевых сплавов, которые при естественном воздушном охлаждении позволяют нагружать тиристор током до 40% от номинального, т. е.

I_вдоп=0,4I_вн=0,4 ? 22,4=9 А

что превышает среднее значение тока через вентиль I_ср=46,17 А.



2.5 Определение расчетных параметров якорной цепи

2.5.1 Расчет требуемой и суммарной индуктивности

Требуемая суммарная величина индуктивности якорной цепи, обеспечивающая непрерывность тока двигателя, определяется по выражению:

где m=3 - параметр для трехфазной мостовой схемы (число фаз преобразователя, соответствующее числу перекрытий за один период анодного напряжения);

щ=2рf=2 ? 3,14 ? 50=314 рад/с - угловая частота переменного тока;

I_мин=0,1? I_ян=0,1 ? 55,4=5,6 А -минимальное значение тока двигателя;

U'п=0,246?U_do=0,246?261,53=64,34

В - действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения для трехфазной мостовой схемы

суммарная индуктивность якорной цепи определяется по формуле:

L_У=L_дв+KL_т,

где L_дв- индуктивность обмотки якоря двигателя;



,

где в=0,6 - для машин без компенсационной обмотки;

щ_дн=0,105n_н=0,105 ? 1600=168 рад/с- угловая скорость вращения двигателя;

U_н и I_н - номинальные значения напряжения и силы тока двигателя.

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к цепи выпрямленного тока;

,

где . Здесь u_L=0,095 - относительная величина индуктивной составляющей напряжения короткого замыкания силового трансформатора

K=2 -для трехфазной мостовой схемы.

Суммарная индуктивность якорной цепи:

L_У=L_дв+KL_т=0,004+2?0,0021=0,0082 Гн

Так как величина L_У=0,0082 Гн не превышает требуемую индуктивность

L_тр =0,0012 Г, то установка сглаживающего дросселя не требуется.

2.5.2 расчет суммарного активного сопротивления

Активное сопротивление якорной цепи двигателя.

R_д= б(R_я+R_дп)+R_щ,

R_я = 0,04 Ом - активное сопротивление обмотки якоря;

R_дп= 0,0254 Ом - активное сопротивление обмотки дополнительных полюсов;

R_щ = 0,036 Ом - сопротивление щеточных контактов

R_д= б(R_я+R_дп)+R_щ=1,2(0,04+0,0254)+0,036=0,101 Ом

Активное сопротивление обмотки трансформатора

где u_а =0,03-относительная величина активной составляющей напряжения активной составляющей напряжения короткого замыкания силового трансформатора

Коммутативное сопротивление

Полное сопротивление преобразователя:

R_п=2 (R_т+R_к) =2(0,204+0,309)=1,26 Ом

Суммарное сопротивление якорной цепи

R_У=R_п+R_д =1,026+0,101 =21,127 Ом



3. Расчет статистических показателей системы автоматического регулирования (САР)

Структурная схема системы автоматического регулирования в установившемся режиме имеет вид:

Рис. 1 Структурная схема САР

Uзд - задающее напряжение

Uос - напряжение обратной связи по скорости

Uб- напряжение ошибки

U'у,Uу - управляющее напряжение

- угол регулирования преобразователя

Ud- напряжение на двигателе

- чистота вращения двигателя

hс - помеха от изменения напряжения сети hc = 0,1

hп, - помехи от изменения нагрузки преобразователя

hд - помехи от изменения нагрузки двигателя

Кц - коэффициент передачи цепи управления (предварительно Кц = 1)

Ксфу- коэффициент передачи системы фазового управления

Кт - коэффициент передачи тиристорного преобразователя

Кд коэффициент передачи двигателя

Ктг - коэффициент передачи тахогенератора

Суммарная помеха от изменения нагрузки преобразователя двигателя:



h_н=h_п+ h_д=(R_п+R_д)ДI_я= R_У ДI_я,

где ДI_я= I_ян-0,1 I_ян=55,4-0,1? 55,4=49,86 А

h_н=h_п+ h_д=(R_п+R_д)ДI_я= R_У ДI_я=1,127 ? 49,86=56,19 В.

Коэффициент передачи двигателя

h_нпр= К_дh_н=1,45 ? 64,02=98,83 рад/с

Относительная помеха от изменения нагрузки преобразователя и двигателя на верхнем пределе диапазона регулирования (ВПДР)

Относительная помеха от изменения нагрузки преобразователя и двигателя на нижнем пределе диапазона регулирования (НПДР)

Д'₂= Д'₁D,

где D- диапазон регулирования, равный по отношению наибольшей скорости к наименьшей.

Д'₂= Д'₁D=0,295 ? 150=44,25

Относительная ошибка с учетом помехи от отклонений сетевого напряжения и расчетный коэффициент запаса (1,1…1,3)

на ВПДР Д₁=(1,1…1,3)( Д'₁+ Д_с)=1,1(0,295+0,1)=0,43

на НПДР Д₂=(1,1…1,3)( Д'₂+ Д_с)=1,1(44,25+0,1)=48,79

где Д_с-относительная помеха от отклонений сетевого напряжения, Д_с=0,1

Требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы при допустимой статистической ошибке г_доп=0,1

на ВПДР

на НПДР

Здесь г_дат=0,025 - ошибка тахогенератора, обусловленная нелинейностью его характеристики, составляет примерно 2,5%

Коэффициент передачи тахогенератора

Характеристика СФУ привода считается примерно линейной, поэтому Коэффициент передачи СФУ определяется по формуле:

где Дб=90эл.град - приращение угла отпирания тиристоров;

ДU_у=8В - приращение напряжения управления

Аналитическое выражение для характеристики собственно тиристорного преобразователя имеет вид:

U_d=U_docosб=261,53 cosб

Задаваясь значениями угла б от 0° до 90°, рассчитываем значения среднего выпрямленного напряжения U_d и строим регулировочную характеристику U_d=f(б).

Таблица 1

Регулировочная характеристика U_d=f(б)

б,эл.град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
cosб	1	0,9848	0,9397	0,87	0,766	0,643	0,5	0,342	0,174	0
Ud,В	262	258	246	228	201	169	131	90	46	0



Рис. 2 Ха...