Розробка високопродуктивного токарного верстата з двома вертикальними шпинделями

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Токарний верстати з ЧПУ функціонально ідентичний верстату з ручним управлінням, але переміщення виконавчих органів цих верстатів управляється електронікою. Найголовніша перевага роботи на верстатах з ЧПУ це, звичайно, більш високий рівень автоматизації виробництва. Втручання оператора верстата в процес виготовлення деталі мінімально. Тому, основним завданням оператора стає в основному підготовчо-заключні операції: установка і зняття деталі, налагодження інструменту і т.д. В результаті один працівник може обслуговувати відразу декілька верстатів.

Метою курсового проекту «Токарний верстат з ЧПК» є розробка високопродуктивного токарного верстата з двома вертикальними шпинделями, оснащеного магазином -накопичувачем заготовок, маніпулятор з управлінням від ЧПУ для завантаженя та передачі між шпинделями заготовок. Верстат повин осначений двома оригінальними затискними патронами з пневмозатиском патрона для закріплення комплектної заготовки для серійного випуску продукції - поршневих кілець двигунів.



1. Опис об'єкта закріплення

Поршневі кільця - це незамкнуті кільця, які з невеликим проміжком (до декількох сотих часток міліметра) посаджені в канавках на зовнішніх поверхнях поршнів в поршневих двигунах (таких як двигуни внутрішнього згоряння або парові двигуни) і поршневих компресорах.

Поршневі кільця виконують три основні функції:

1. ущільнення (герметизацію) камери згоряння (або камери розширення). Компресійні кільця підвищують компресію, з зношеними, поламаними або залёгшімі кільцями двигун втратить потужність або взагалі не запуститься.

2. поліпшення теплопередачі через стінку циліндра, відводять зайве тепло від поршня, не допускаючи перегріву.

3. зменшення витрати моторного масла (у всіх чотиритактних двигунах і в дизельних двотактних двигунах).

Матеріал і способи отримання заготовок. Поршневі кільця виготовляють з сірого чавуну 4Н15Д7 ГОСТ 7769-82, що має високі механічні властивості, хорошу пружність іізносостійкість.

Рис. 2.1.Комплектна заготовка та готова деталь

Рис.2.2. Типові поперечні перерізи поршневих кілець

Технологія виготовлення поршневих кілець методом однієї проточки з подальшою термофіксацією:

- Обточити і розточити на глибину 2-3 мм для зняття ливарної кірки і відрізати контрольне кільце;

- Піддати маслоту разом з контрольним кільцем штучному старінню, після чого перевірити по кільцю твердість і структуру;

- Обточити маслот з припуском і одночасно розточити остаточно в розмір за кресленням;

- Нарізати поршневі кільця з припуском по висоті на шліфування;

- Шліфувати кожен торець кільця попередньо, з двох установок; - Прорізати замок, ширина якого дорівнює тепловому зазору з припуском на розрізання (зазор вибирають за кресленням, інструкцією).

Маслота - втулка (зазвичай з чавуну), отримана гравітаційним або відцентровим способом лиття. З маслоти виготовляють механічною обробкою поршневі кільця.

2. Технологічний процес обробки деталі «поршневе кільце»

Незважаючи на гадану простоту, технологія виготовлення поршневих кілець є одним із найскладніших завдань машинобудування. Високі вимоги до точності розмірів, форми і взаємного розташування поверхонь поршневих кілець покликані забезпечити бездоганне прилягання кільця до стінки циліндра, а також установку канавку поршня з необхідними мінімальними зазорами. Додатковою складністю для металообробки є нежорсткими конструкції кільця.

Точність розмірів на основні поверхні витримується по квалитету 7. Шорсткість зовнішньої циліндричної поверхні кільця Ra - 2,5 мкм. Така шорсткість забезпечує хорошу приработку до дзеркала циліндра.

Шорсткість торцевих поверхонь кільця Ra = 0,63 мкм. Така шорсткість забезпечує легке переміщення кілець в канавках поршня, а також запобігає знос торців кілець і стінок канавок. Висока точність відстані між торцями покращує умови ущільнення поршня.

На першому шпинделі виконується такі види технологічних операцій:

Перехід 1 - підрізання торця

Перехід 2 - внутрішнє точіння заготовки на 6-ть кілець

Перехід 3 - зовнішнє точіння заготовки на 6-ть кілець

Перехід 4 - точіння внутрішніх канавок

Перехід 5 - відрізання 6-ти кілець

Рис.2.4. Перехід 2 та траекторія інструменту на ньому

Рис. 2.5. Перехід 3 та траекторія інструменту на 1-му шпинделі

1) 2)

3) 4)

Рис.2.6. Послідовність обробки на лівому шпинделі по переходам



Рис. 2.7. Комплектнна заготовка з трьох частин по 6 кілець в кожній

На рис. 2.8 наведено розміщення оснащення та інтрументу Т1 - Т4 в чотирьох державках на лівому шпинделі.

Рис. 2.8.Розміщення оснащення на лівому шпинделі

На рис. 2.9 наведено розміщення оснащення та інтрументу Т11 - Т14 в чотирьох державках на првому шпинделі верстата.



Рис. 2.9. Розміщення оснащення на правому шпинделі

3. Розрахунок максимального режиму різання

При чорновому точінні зовнішньої поверхні кільця.

Товщина зрізаємого шару 5 мм отже припуск t = 2,5 мм.

При потужності двигуна головного руху приводу верстата N = 7,5 кВт (див. паспорт) згідно табл. 33 [35], точіння різцем з пластинами з твердого сплаву Т15к6 подача S = 0,2 мм.

Швидкість різання згідно (стор. 207 [32]) допускається ріжучими властивостями інструменту:

, де

- коефіцієнт характеризуючий оброблюваний матеріал і умови обробки згідно таблиці XII. 8 [32]

= 332.

Показники ступеня у формулі швидкості різання згідно табл. XII. 8 [32]

- поправочний коефіцієнт, що враховує вплив физико-механических властивостей оброблюваного матеріалу на швидкість різання.

- для чавуна Гост380 - 88 згідно додатку 1 [27].

див. XII. 9 [32].

- поправочний коефіцієнт на швидкість різання враховуючий стан поверхні заготівки (див. XII. 11 [32]).

- поправочний коефіцієнт враховуючий вплив матеріалу ріжучої частини інструменту на швидкість різання (див. XII. 12 [32])

- поправочний коефіцієнт враховуючий вплив головного кута в плані ц на швидкість різання (див. XII. 13 [32]).

Знаходимо швидкість різання:

.

Частота обертання деталі:

(див. стор. 282 [35]).

Приймаємо n=250 хв^-1.

Головна складова сили різання при точінні - окружна сила, Н (див. стор. 218 [32]).

Коефіцієнти і показники ступеня (див. табл. XII. 17 [32])

Величини складових сили різання горизонтальною (сили подачі), вертикальною, радіальною, осьовою встановлюють із співвідношення з головною складовою по табл. 42 [35].

Складова, по якій розраховують затискний патрон на вигин:

див. стор. 290 [35].

див. табл. 42 [35].

- радіальна сила.

Ефективна потужність різання, кВт:

(стор. 200 [35])

4. Силовий розрахунок затискного патрону для першого шпинделя

Патрон складається з корпусу 3, в отворах якого , виконаних під кутом до його осі обертання, якого встановлені три тяги 6, що зв'язані між собою поршнем 8, розміщеним всередині корпусу 3 патрона, через проушини з осями 16.

Поршень 8 направляється в корпусі 3 патрона допомогою шпонки 29 та переміщується в корпусі 3 за допомогою штока 5, що зв'язаний з приводом верстата (не показаний) та фіксується на ньому в осьовому напрямі гайкою 11 з двома стопорними гвинтами 26 та 27 та кульки 34 з пружиною 18.

Тяги 6 з'єднані з плунжерами 9, причому плунжери 9 розміщені всередині тяг 6 з можливістю осьового переміщення та повороту навколо сферичного підшипника 35 типу ШС-25 та фіксуються від провертання штифтом 30. поршневе кільце патрон шпиндель

Запишемо вираз для визначення сили, яка необхідна для приводу затискного механізму патрона. Необхідна сила зажиму одним кулачком:

де Q=12000 H; K1=1,05- коефіцієнт, що враховує додаткові сили тертя в патроні; а = 6 см - виліт кулачка від середини паза до лінії дії сили Q по одному кулачкові; h = 10.1 - довжина направляючої частини основного кулачка; f =0,2- коефіцієнт тертя в напрямних радіальних пазах патрона; =20 - кут нахилу клинової пари; =543- приведений кут тертя нахиленої поверхні.

4850.4

Сила затиску одним кулачками :

W_сум=W*6=4850.4*3=29102.3 H

Розраховуємо діаметр циліндр за формулою:

де Р = 210⁶Па .

Отримане значення D округлюємо до найближчого стандартного значення і приймаємо D = 250мм.

Рис.2.16. Розрахункова схема затискного патрона 1 -го шпинделя

Діаметр штока визначаємо з залежності:

d =0.25 D= 0.25*250=65 мм

[]=160мПа - допустима напруга на стиск;

Розраховуємо робочий діаметр циліндр за формулою:



Приймаємо D=80 мм. Інші розміри вибираємо за ГОСТ 16683-71 по [6]. Креслення патрону наведено на рис.2.7..

а) б)

в)

Рис.2.17. Загальний вигляд затискного патрону: а і б - корпуси патрона, в- затискний патрон з заготовкою



5. Силовий розрахунок затискного патрону для другого шпинделя

Використовується розтискний патрон плунжерного типу. До плунжерних патронів відносяться патрони, у яких безпосередніми робочими органами є плунжери круглого, овального або прямокутного поперечного перерізу. Радіальне переміщення плунжерів, розташованих найчастіше через 120°, виконується за допомогою клинів з трьома скосами. Коли довжина базового отвору деталі перевершує половину його діаметра (як в даному випадку), застосовують дворядні плунжерні патрони.

При переміщенні тяги 5 від двох пакетів тарільчатих пружин 18 та 19 разом з штоком 4 вліво сухарі 4 розпирають втулку 1, які при переміщенні в протилежному напрямку переміщують плунжери 7, 8 (по три в кожному перерізу патрона).

Рис. 2.18. Загальний вигляд розтискного патрона

Пружина тарельчатая 0703 70x35,5x3x5,1 Henlich

F2 - сила, созданная пружиной (50%) Последовательное (противолежащее) укладывание -- при сохранениии постоянной силы F увеличивается прогиб пружины S увеличением пружин в блоке (кривая b).Пакет 1- 27 тарілчатих пружин, пакет 2 - 23 пружини, пакет 3 -19. Дефомація однієї пружини

мм

При деформації на 1,05 мм - зусилля пружини складає 9007 Н.

При деформації на 0,074 мм - зусилля пружини складає 634 Н.

Усього пакета з 27 пружин: 17140 Н.

Зусилля на першому ряду затискних елементів:

Н

На одному кулачку

Н



При переміщенні клина 4 вправо пружини 2 повертають втулку 3, а пружини 6 плунжери в початкове положення.

При силовому розрахунку таких патронів необхідно мати на увазі, що плунжери 8 навантажені більше за плунжери 7. Це пояснюється тим, що втулка 3 навантажена осьовою силою клина 1 і радіальною силою, створеної роликами, а втулка 5 навантажена тільки радіальною силою.

Рис.2.19. Поперечний переріз

Зв'язок між тяговою силою привода Т такого патрону і вертикальною складовою сили різання може бути знайдена наступним чином.

Силу, яка діє на затискні елементи, можна визначити з виразу

Н

де T= 9000 Н- сила тяги привода;

=20 - кут скосу центрального клину;

=-543- приведений кут тертя на поверхні скосу.

Сила, яка діє на втулки 3 та 5, визначається по формулі:

Н



де =20 - кут скосу дна пазів для плунжерів у втулках 3 та 5

- кут тертя на скошених поверхнях цих пазів.

Сила, яка діє на втулку 3, знаходиться з виразу

=9650+10350=20000 Н

Рис. Сила затиску деталі всіма плунжерами 8 відповідно визначиться з рівняння

Н

Сила затиску деталі плунжерами 7 визначається за формулою

Повна сила затиску деталі визначається з виразу

Після підстановки в цей вираз значень , та отримаємо

де - силовий коефіцієнт передачі від тяги 9 до плунжерів.

Виходячи з умови надійності закріплення оброблювальної деталі, необхідно щоб виконувались наступні умови:

де - момент сил тертя, діючих на поверхні діаметра D закріплення деталі, відносно її осі; якщо використовується два ряди плунжерів (двохрядні плунжерні патрони), то

-момент відносно тої ж вісі вертикальної складової сили різання , прикладеної до оброблювальної поверхні діаметра d деталі.

Використовуючи значення та , з рівнянь можна визначити необхідну величину сили тяги

Н



Размещено на Allbest.ru

...