Металлообрабатывающее оборудование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

металлообрабатывающий оборудование гидродвигатель

Введение

1. Описание металлообрабатывающего оборудования и его функциональное назначение

2. Описание гидравлической или пневматической схемы станка, станочного оборудования, автоматической линии

3. Выбор рабочей жидкости

4. Выбор и обоснование номинального давления в гидросистеме

5. Определение основных параметров и выбор гидродвигателей

6. Выбор гидроаппаратов управления и регулирования

7. Выбор трубопроводов

8. Расчет потерь давления в гидроприводе

9. Определение основных параметров и выбор насоса

10. Приближенный расчет теплового режима работы гидросистемы

Заключение

Список использованных источников



Введение

Применение гидропривода в станкостроении позволяет существенно упростить кинематику станков, снизить их металлоемкость, повысить точность и надежность работы, а также уровень автоматизации производственного процесса.

В металлообрабатывающих станках гидроприводы используются в механизмах подач, смены инструмента, зажима, копировальных суппортах, устройствах для транспортирования, уравновешивания, разгрузки, фиксации, переключения зубчатых колес, блокировок, поворота столов и револьверных головок, перемещения пинолей и т.п.

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ и, прежде всего, возможностью получения больших усилий и мощностей при небольших размерах гидродвигателей. Применение гидроприводов обусловлено также следующими основными факторами:

- простота осуществления линейных перемещений механизмов с помощью гидроцилиндров, простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное;

- малые габариты и малая инерционность, динамические характеристики;

- малая удельная масса, т.е. масса гидропривода, отнесенная к передаваемой мощности;

- возможность бесступенчатого регулирования скорости движения исполнительного механизма;

- высокая надежность гидрооборудования при длительной работе;

- достаточно высокое значение КПД, повышенная жесткость и долговечность.

Основными элементами объемного гидропривода являются объемные гидромашины, гидроаппаратура, гидролинии и вспомогательные устройства. Объемный гидродвигатель (силовой гидроцилиндр, гидромотор) является потребителем энергии, он преобразует энергию жидкости в механическую энергию выходного звена гидропривода. Объемный насос служит источником энергии рабочей жидкости. Гидроаппаратура состоит из устройств, осуществляющих управление гидроприводом, выполняя распределительные и регулирующие функции.

Гидролинии - это трубопроводы, связывающие отдельные элементы гидропривода. Вспомогательные устройства объединяют различные кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качественное состояние. К этим устройствам относятся гидропреобразователи, аккумуляторы, фильтры, теплообменники, емкости.

Целью курсовой работы по дисциплине "Гидро- и пневмопривод технологического оборудования" является обобщение и углубление знаний, полученных студентами на лекциях и лабораторных работах указанного курса.



1. Описание металлообрабатывающего оборудования и его функциональное назначение

ИР-500 сверлильно-фрезерно-расточной станок с числовым программным управлением (ЧПУ), автоматической сменой инструмента (АСИ) и сменой обрабатываемых деталей предназначен для высокопроизводительной обработки корпусных деталей массой до 700 кг из конструкционных материалов от легких сплавов до высокопрочных сталей.

Широкий диапазон частоты вращения шпинделя и скоростей подач позволяет производить сверление, зенкерование, развертывание, растачивание точных отверстий, связанных координатами, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьбы метчиками.

Наличие поворотного стола, устанавливаемого с высокой точностью, расширяет технологические возможности станка, позволяет обрабатывать соосные отверстия консольным инструментом.

Повышенная степень точности станка (класс П) обеспечивает обработку отверстий по 7,8 квалитетам точности с шероховатостью поверхности Rа 2,5 мкм.

Категория качества станка -- высшая.

Высокая степень автоматизации вспомогательных функций станка включает автоматическую смену инструмента и обрабатываемых деталей, позволяет встраивать его в автоматическую линию с управлением от ЭВМ.

Все узлы станка смонтированы на жесткой Т-образной станине, которая является общим основанием.

Лобовая бесконсольная шпиндельная бабка расположена внутри портальной стойки.

Поворотный индексируемый стол перемещается по отдельной станине, которая крепится на общем основании (станина станка).

Устройство автоматической смены инструмента с инструментальным магазином барабанного типа монтируется на верхнем торце стойки.

Все базовые детали имеют обребренную конструкцию и обеспечивают максимальную жесткость и виброустойчивость при высокопроизводительной обработке, гарантируют длительное сохранение точности.

Жесткий шпиндель с диаметром под передним подшипником 105 мм, и конусом № 50 изготовлен из цементированной стали с высокой поверхностной твердостью (НRС 62). Шпиндель монтируется в отдельном корпусе на прецизионных цилиндро-роликовых и упорно-радиальном шариковом подшипниках, что обеспечивает оптимальную точность, жесткость и виброустойчивость.

Гидромеханическое устройство зажима инструмента в шпинделе гарантирует надежность и быстродействие крепления режущего инструмента с усилием 120 кг.

Привод шпинделя станка осуществляется двухступенчатой коробкой скоростей от электродвигателя постоянного тока мощностью 14 кВт. В диапазоне 21-174 об/мин на шпинделе обеспечивается постоянный момент, а в диапазоне 182…3000 об/мин - постоянная мощность.

Автоматическая ориентация шпинделя с управлением от ЧПУ и механической фиксации расширяет технологические возможности станка, позволяет производить целую серию технологических циклов, в которых необходимо отвести резец от рабочей поверхности, не повреждая изделие.

Перемещение подвижных узлов по осям X, Y, Z осуществляется от высокомоментных электродвигателей с постоянными магнитами, которые через упругие муфты высокой жестокости непосредственно соединены с прецизионными шариковыми винтовыми парами, обладающими нагрузочной способностью, жестокостью и долговечностью.

«Силовое удержание» узлов при резании осуществляется следящим приводом, что исключает необходимость применения зажимных устройств.

Совершенные электроприводы подач обеспечивают постоянное время разгона и торможения, а, следовательно, и минимальное время обработки запрограммированных перемещений.

Позиционирование осуществляется одновременно по трем координатным осям X, Y, Z.

В подвижных узлах станка применена система комбинированных направляющих, состоящих из прецизионных роликовых опор качения, установленных с предварительным натягом, и антифрикционного полимерного трения и высокой демпфирующей способностью, что гарантирует высокую точность позиционирования, устойчивость станка при резании на максимальных режимах обработки.

Направляющие изготовлены из высококачественной закаленной стали и отшлифованы с высокой точностью и чистой поверхности.

Телескопическая защита, установленная на всех координатных перемещениях, надежно защищает направляющие и шариковые винтовые пары от попадания стружки и смазочно-охлаждающей жидкости и обеспечивает длительное сохранение точности станка. Непосредственно шариковые винты и накладные направляющие снабжены специальными средствами для защиты их от попадания стружки и грязи.

Встроенный поворотный индексируемый стол имеет 72 позиции через 5°. Установка стола происходит в автоматическом режиме.

Применение в качестве индексирующего элемента специальной муфты с торцовыми зубьями в сочетании с гидравлическим устройством зажима стола гарантирует точность поворота и надежность фиксации.

Для установки и крепления деталей на поверхности плиты-спутника имеется сетка для резьбовых отверстий.

Устройство автоматической смены инструментов, расположенное вне рабочей зоны, состоит из вращающегося инструментального магазина барабанного типа с кодированными гнездами емкостью на 30 инструментов и манипулятора.

Выбор инструмента в любой последовательности с последующей гидромеханической фиксацией инструментального магазина осуществляется во время механической обработки.

Автоматическая смена плит-спутников обеспечивает работу станков в автоматическом режиме, исключая из технологического цикла обработки время на установку и снятие деталей.

Отдельно стоящее гидромеханическое поворотное устройство, установленное у станка справа, служит для загрузки-разгрузки, ориентирования и фиксации плиты-спутника на поворотном столе станка.

Смазка всех трущихся деталей станка и подшипников шпинделя -- автоматическая централизованная дозированная от отдельной установки; шестерен и подшипников глазного привода-- непрерывная циркуляционная от отдельного насоса, расположенного в гидростанции.

В станке предусмотрены подача жидкой и распыленной смазочно-охлаждающей жидкости в зоне резания и сток в отдельно стоящий бак по сигналу с ЧПУ. Зона резания имеет ограждение для защиты оператора и окружающей среды от разбрызгивания эмульсии.

Устройство автоматической уборки стружки исключает затраты рабочего времени на уборку стружки вручную и облегчает условия труда рабочего-станочника.

2. Описание гидравлической или пневматической схемы станка, станочного оборудования, автоматической линии

В этой группе оборудования гидроприводы широко используются для автоматизации смены детали и инструмента, в уравновешивающих, фиксирующих и зажимных механизмах, устройствах выборки зазоров, приводах переключения скоростей, гидростатических подшипниках и направляющих, блокирующих механизмах, иногда-в приводах подач.

Гидропривод многоинструментального сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ модели ИР-500МФ4 показан на рис. 1. Основные узлы: НУ -- насосная установка, выполненная на базе С100 (с регулируемым насосом Н типа Г12-54АМ, фильтрами Ф1 -- Ф3, реле давления РД1 и РД2, регулятором РДУ типа ПГ57-62, обратными клапанами КО1 и КО2, пневмогидравлическими аккумулятором А и переключателем манометра ПМ); цилиндры: ЦУ -- уравновешивания шпиндельной бабки, ЦФМ -- фиксации магазина; ЦВР -- выдвижения "руки", ЦПМ -- вертикального перемещения манипулятора, ЦПР -- поворота "руки”, ЦОШ -- ориентации шпинделя, ЦПС -- переключения скоростей, ЦОИ -- отжима инструмента, ЦЗС -- зажима стола спутника, ЦЗПС -- зажима поворотного стола, ЦПП -- поворота платформы, ЦСС -- автоматической смены столов-спутников; Р1 -- Р6-- модульные комплекты; Р7 -- распределитель; Р8 -- Р11 -- модульные комплекты; РДЗ и РД4 -- реле давления; КОЗ -- обратный клапан.

Гидросистема обеспечивает возможность регулировки скорости движения цилиндров (кроме ЦУ и ЦОИ), а также величины давления в цилиндрах ЦФМ, ЦВР, ЦПМ, ЦПР, ЦОШ и ЦПС. Применение регулируемого насоса и аккумулятора позволяет свести к минимуму потери мощности.

Работа гидравлических механизмов на станке обеспечивается аксиально-поршневым насосом переменной производительности с автоматическим регулированием расхода масла, что гарантирует быстродействие исполнительных органов (автоматической смены инструментов) и уменьшает нагрев рабочей жидкости.

Управление гидроцилиндрами всех рабочих органов вспомогательных движений производится при помощи блочной гидроаппаратуры.

В гидросистеме станка встроен гидроаккумулятор с эластичным мешком, что обеспечивает уравновешивание шпиндельной бабки. Масло гидросистемы охлаждается в теплообменнике с воздушным охлаждением.

Пневмосистема станка предназначена для обдува воздухом конусов шпинделя и инструмента, базовых платиков поворотного стола и базовых поверхностей плит-спутников при их автоматической смене. Работа пневмосистемы осуществляется автоматически с управлением от системы ЧПУ переключением воздухораспределителе.

Рисунок 1. гидропривод многоинструментального сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ модели ИР-500МФ4

3. Выбор рабочей жидкости

Масло индустриальное И-40А Это масло является маслом общего назначения, производимое из сернистых нефтей, прошедших селективную очистку. Относится к дистиллятным и не имеет присадок.

Индустриальное масло И-40А снижает трение, а значит и износ соприкасающихся поверхностей, способствует отводу тепла от проблемных зон, предохраняет детали механизмов от возникновения коррозионных процессов, а рабочие поверхности узлов, деталей и механизмов от грязи и вредных отложений.

Масла марки И-40А предназначены для применения в качестве смазывающей или гидравлической жидкости в средненагруженных механизмах, в том числе:

промышленных станках, прессах, автоматизированных линиях;

строительной и дорожной технике;

получения специализированных смазок путем добавления присадок и масел с промежуточными значениями вязкости.

Отсутствие присадок позволяет маслу показывать отличную сопротивляемость окислительным процессам. По этой же причине увеличивается антикоррозийный эффект. Вследствие этого поверхность деталей на протяжении более длительного времени остается в надлежащем состоянии.

Кинематическая вязкость при :

Плотность при :

4. Выбор и обоснование номинального давления в гидросистеме

По давлению различают гидроприводы низкого (до 1,6 МПа), среднего (1,6-6,3 МПа) и высокого (6,3-20 МПа) давлений.

Гидроприводы низкого давления применяются в станках для чистовой обработки, где имеются незначительные нагрузки и требуется низкий уровень колебаний давления. Приводы среднего давления применяются наиболее часто. Они обеспечивают высокие показатели жесткости и точности станочного оборудования. Приводы высокого давления применяют главным образом в мощных протяжных и строгальных станках.

Выбираем номинальное давление:

Учитывая, что потери давления могут достигать 10 % от номинального давления (в гидроприводах низкого давления до 20 %), определяем максимальное давление в гидросистеме:

5. Определение основных параметров и выбор гидродвигателей

Основными параметрами, по которым выбираются гидроцилиндры, являются:

Рабочее давление в цилиндре:

Внутренний диаметр цилиндра:

Диаметр штока:

Ход поршня:

Скорость перемещения штока:

Усилие, воспринимаемое штоком:

Для определения внутреннего диаметра гидроцилиндра D используют уравнение равновесия поршня.

Рис. 2. Основные параметры гидроцилиндров



Если нагрузка воспринимается бесштоковой полостью (при движении поршня вниз):

.

Если нагрузка воспринимается штоковой полостью (при движении поршня вверх):

.

Приняв отношение диаметра штока к внутреннему диаметру гидроцилиндра и преобразовав эти формулы, получим:

при движении поршня вниз

;

при движении поршня вверх

,



где р_сл - противодавление сливной полости гидроцилиндра;

_ц - механический к.п.д. гидроцилиндра.

Для расчета принимаем р_сл = 0,3 МПа; К_ш = 0,5; _ц = 0,98.

Полученное значение D_р округляем до ближайшего большего стандартного (по ГОСТ 12447-80), (мм). Принимаем 80 мм.

Рассчитаем диаметр штока:

Далее по известным параметрам (D=80мм, d=40 мм, L=500 мм, р_ц=4,5 МПа) принимаем гидроцилиндр .

Определим расход рабочей жидкости в гидроцилиндре:

где - объемный КПД гидроцилиндра.

Рассчитываем расход:

Найдем максимальную подачу насоса для обеспечения работы гидропривода:

где - расход через гидроцилиндр;

- утечки через гидроцилиндр.

Рассчитаем максимальную подачу насоса:

6. Выбор гидроаппаратов управления и регулирования

Учитывая, что максимальное давление в гидросистеме , а максимальная подача гидронасоса выбираем гидроаппараты управления и регулирования для цилиндра ЦУ:

Клапан:

Фильтры Ф1, Ф2:

7. Выбор трубопроводов

Определяем внутренний диаметр трубопровода по формуле:

где - скорости жидкости в трубопроводе.

Во всасывающем трубопроводе , а в напорном .

Тогда внутренние диаметры всасывающего и напорного трубопровода будут соответственно равны:

Округляем полученные значения до ближайшего стандартного значения по ГОСТ-16516-80:

Рассчитаем толщину стенок трубопровода по формуле:

где - максимально возможное давление жидкости трубопроводе;

- наружный диаметр трубопровода;

- отклонение диаметра трубы;

- допустимое напряжение разрыва материала трубы:

;

.

Тогда толщина стенок всасывающего, напорного трубопровода будут соответственно равны:



Из стандартного ряда по ГОСТ 8734-75 выбираем толщину стенки:

Трубопровод изготавливаем из стали 10.

8. Расчет потерь давления в гидроприводе

Потери давления на трение жидкости в трубопроводе определяется по формуле Дарси - Вейсбаха:

где - коэффициент гидравлического трения;

- длина рассматриваемого участка трубопровода;

- внутренний диаметр трубопровода;

- плотность жидкости;

- средняя скорость движения жидкости в трубопроводе.

Рассчитаем среднюю скорость движения жидкости в трубопроводе:

Для всасывающего трубопровода:

Для напорного трубопровода:



Для нахождения коэффициента гидравлического трения необходимо рассчитать безразмерное число Рейнольдса:

Определим коэффициент гидравлического трения:

Расчет потерь давления на трение по длине:

Для всасывающего трубопровода:

Для напорного трубопровода:

Суммарные потери давления на трение по длине составят:



Потери давления на местных сопротивлениях определяется по формуле Вейсбаха:

где - коэффициент местного сопротивления ([1] Табл. 2).

Для всасывающего трубопровода:

Для напорного трубопровода:

Суммарные потери давления на местных сопротивлениях составят:

Потери давления в гидроаппаратах определяются по расчетному расходу и параметрам, приведенным в их технических характеристиках:



где - потери давления на аппарате при максимальном расходе .

Потери давления в гидроаппаратах составят:

Суммарные потери давления в гидролинии составят:

Потери в гидролинии не превышают 10% от номинального давления. Потери в пределах нормы.

9. Определение основных параметров и выбор насоса

По рассчитанному значению максимальной подачи выбираем насос . Технические характеристики:

Подача: ;

Рабочий объем: ;

Номинальная мощность: ;

Объемный КПД насоса: ;

КПД насоса: .

Номинальная частота вращения насоса:

Чтобы насос обеспечил расчетную подачу, его приводной вал должен иметь следующую частоту вращения:

Определим мощность двигателя привода для обеспечения максимальной подачи в гидролинии:

где - коэффициент запаса.

Тогда мощность равна:

Рассчитаем номинальный момент на валу двигателя:

Выбираем электродвигатель серии 2ПБВ132М.

Технические характеристики двигателя:

Мощность: ,

Частота вращения: ,

Номинальный момент: .

Определим полезную мощность на гидроцилиндре:



Т.к. в гидросистеме присутствуют несколько гидроцилиндров, принимаем КПД гидросистемы:

10. Приближенный расчет теплового режима работы гидросистемы

Рассчитаем требуемый объем бака:

Принимаем объем бака по стандартным значениям: .

Потери мощности в гидроприводе составят:

При непрерывной работе гидропривода в течении часа, температура рабочей жидкости в гидробаке составит:



Заключение

В ходе курсового проекта был рассчитан гидроцилиндр уравновешивания шпиндельной бабки многоинструментального сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ модели ИР-500МФ4. Выбрана рабочая жидкость для гидросистемы и обосновано номинальное давление. По рассчитанным параметрам был выбран типоразмер гидроцилиндра. Для обеспечения необходимой подачи в гидроцилиндре были подобраны гидроаппараты управления и регулирования, с удовлетворяющей пропускной способностью. Для их соединения подобран трубопровод, а также определены общие потери. По необходимому расходу в гидросистеме был подобран насос и двигатель к нему. Произведен предварительный тепловой расчет гидросистемы.



Список использованных источников

1. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Гидро- и пневмопривод технологического оборудования».

2. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982, 423 с.

3. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1973.

4. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. Справочник. М.: Машиностроение, 1988, 512 с.

5. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер, Я.Т. Ковалев и др. Под ред. Б.Б. Некрасова. Мн.: Высшая школа, 1985, 382 с.

Размещено на Allbest.ru

...