Модернизация патронного полуавтомата 1П756 (стр. 2 из 17)
2. Разработка узлов и механизмов станка, надежно обеспечивающих высокие скорости рабочих движений. В первую очередь это относится к шпиндельным узлам и приводам подач.
3. Повышение динамических характеристик станков и исключение тепловых деформаций. Высокие скорости рабочих движений приводит к тому, что многие узлы и механизмы могут стать мощными генераторами вибраций и теплового излучения. Так в шпиндельных узлах 30-40 % мощности превращается в теплоту. Кроме того, при пуске и остановке механизмы подач могут испытывать значительные ускорения.
4. Создание надежных средств контроля состояние режущего инструмента и качества обработки с включением их в систему ЧПУ станка. Обеспечение станков микропроцессорными системами контроля состояния режущего инструмента и обрабатываемой детали.
5. Оснащение станков автоматическими устройствами для смены инструментов и заготовок, а также устройствами для автоматического отвода стружки. Последнее в настоящее время весьма актуально. Заслуживает внимание новая система охлаждения фирмы Ultiflow (США), с помощью которой газ при очень низкой температуре впрыскивается в СОЖ, поступающую под высоким давлением в зону резания. Во время обработки стружка моментально скручивается, что упрощает ее удаление.
6. Усовершенствование конструкции обрабатываемых деталей с учетом особенностей высокоскоростной обработки. Необходимо сокращать число обрабатываемых поверхностей и накладывать ограничения на допустимые диаметры отверстий. Это позволит сократить число режущих инструментов и резцедержателей и, как следствие, время смены инструмента.
7. Повышение требований к технике безопасности, исключающих травмирование обслуживающего персонала и повреждение станка летящей стружкой, осколками режущего инструмента и др.
Для станков токарной группы, предназначенных для высокоскоростной обработки, следует предусматривать оснащение патронов устройствами, автоматически изменяющими силу зажима заготовки в зависимости от скорости резания. Одним из последних достижений в области технологий сверхскоростной обработки является создание станка с частотой вращения шпинделя 30000-60000 об/мин для концевого фрезерования алюминиевых сплавов. Основной областью применения такого станка является изготовление крупногабаритных деталей фюзеляжей самолетов, при обработке которых снимается почти 90 % материала заготовки.
Безусловно, одним из главнейших направлений развития в станкостроении является дальнейший поиск конструктивных решений для создания сверхпрецизионных металлорежущих станков. Надо отдать должное станкостроителям Японии, которые на протяжении ряда лет ведут работу в этой области. За последние годы ими достигнуты следующие результаты: минимальная дискретность позиционирования узла 0,01 мкм; шероховатость поверхности Ra==0,02 мкм; точность формы 0,1 мкм (некруглость 0,03 мкм); число управляемых осей пять.
Ведущие фирмы развитых стран проводят большую работу в области производства сверхпрецизионных станков, что связано с расширением применения этого вида оборудования в аэрокосмическом, электронном и электротехническом машиностроении, авиастроении, автомобилестроении, а также при обработке новых материалов в других отраслях промышленности. Следует отметить, что еще окончательно не определились структурные и компоновочные схемы таких станков, а также конструкции составляющих их элементов (приводов главного движения и подач, систем управления, контрольно-измерительных средств), а это делает пока невозможной выработку четких рекомендаций для организации стабильного производства сверхпрецизионных станков. Но важно то, что требования которым они должны удовлетворять уже известны. Потребуется еще ряд лет на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этой области, хотя сделано уже немало.
Можно отметить некоторые решения по основным узлам и механизмам, определяющим получение желаемых результатов. Применение алмазного инструмента является единственно реальным при сверхпрецизионной обработке, а перспективным считается создание новых методов, в частности электрических и химических. За основу создания сверхпрецизионных станков принимается термосимметричная конструкция. Для обеспечения высокой точности вращения главного шпинделя используются аэро- или гидростатические опоры; при этом вторые в отличие от первых обладают хорошей демпфирующей способностью, но выделяют значительно больше теплоты. Что более предпочтительно - вопрос спорный. Разработаны новые конструкции магнитных и керамических подшипников. Повышение частоты вращения шпинделя требует повышения скорости обработки информации в системе управления. Необходимо специальное программное и аппаратное обеспечение. Это диктуется тем, что при высокой частоте вращения обрабатываемое изделие оказывает ударное воздействие на инструмент. Для снижения отрицательного эффекта на шлифованные направляющие наносят специальное покрытие, обеспечивающее быструю реакцию на усилие привода, а шариковые винты оснащают высокоточными дифференциальными гайками.
Заслуживают внимание работы по создания мехатронных узлов для использования в прецизионных станках. Принципы построения таких узлов приведены ниже.
1. Принцип directdrive (прямой привод) заключается в том, что обрабатываемая деталь и режущий инструмент закрепляются непосредственно на электроприводах без промежуточных передач. Таким образом, устраняются погрешности из-за зазоров между деталями и их износа.
2. Управления электроприводами осуществляется путем варьирования частоты и мощности питающего напряжения. При этом каждый привод имеет автономное питание. Дозированном электрической энергии достигается более высокая точность, чем обеспечиваемая механическим приводом аналогичного назначения.
3. На станке с мехатронными узлами положение обрабатываемой детали и режущего инструмента постоянно контролируется с помощью датчиков высокой точности.
4. Станок с мехатронными узлами должен управляться компьютером, который является управляющим центром всей системы.
Сейчас в России по известным причинам нет возможности осуществлять глобальные проекты по рассмотренным выше проблемам, хотя эти проблемы и относятся к области фундаментальных исследований. Но решить определенный круг наукоемких вопросов по совершенствованию конструктивных элементов и разработать принципиально новые узлы станков, а также станки-стенды для апробации новых решений целесообразно. Это позволило создать научный задел в области высокоскоростных и сверхпрецизионных станков, что послужило бы основой развития российского станкостроения в недалеком будущем.
1.Технологическая часть
1.1 Введение
Обрабатываемая деталь относится к телам вращения. Твердость поверхности после термической обработки должна лежать в пределах 48...52 HRC. Требовался следующий порядок технологического процесса, до термообработки производилось черновое точение на токарном полуавтомате с ЧПУ, затем, после термообработки выполнялась чистовая обработка на шлифовальном станке.
Поэтому последовало предложение разработать соответствующее техническое обеспечение с применением режущего инструмента из сверхтвердого материала, отказавшись от обработки детали на шлифовальном станке.
Эти изменения технологического процесса дают следующие преимущества:
- сокращение производственной площади;
- сокращение численности основных и вспомогательных рабочих;
- улучшение технологичности (т. к. базирование детали осуществляется на одном приспособлении);
- снижается основное и вспомогательное время на изготовление детали.
1.2 Анализ технологичности конструкции детали
Деталь зубчатое колесо является жесткой деталью, отношение длины к наибольшему диаметру не превышает 5. При обработке детали (операции 006 и 030), до термической обработки, базирование осуществляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне, после термообработки в трехкулачковом патроне по сырым кулачкам. Соблюдается принцип единства баз при обработке детали.
К детали предъявляются высокие требования по точности и качеству обработанной поверхности. При обработке зубчатого венца требуется обеспечить шероховатость поверхности эвольвенты не ниже Ra 1,25. Точность обработки внешней поверхности ступицы должна соответствовать 6-му квалитету и шероховатости Ra 1,25, а внутренняя поверхность 7-му квалитету и шероховатости Ra 0,4. В конструкции детали предъявляются требования к форме и взаимному расположению поверхностей.
От качества выполнения зубчатого колеса во многом зависят эксплуатационные характеристики узла, такие как надежность, долговечность, а также вибрационные и шумовые характеристики. Зубчатые колеса работают при высоких окружных скоростях и контактных напряжениях. Это приводит к увеличению динамических нагрузок.
Основными причинами выхода из строя зубчатых колес являются высокие контактные напряжения в зоне зубчатого зацепления, смятие торцов зубьев перемещающимися шестернями, снижение усталостной прочности. Поэтому зубчатый венец колеса подвергают химико-термической обработки.
Деталь технологична с точки зрения правильности взаимного расположения поверхностей.
1.3 Определение припусков на механическую обработку и размеров заготовки
Рис. 1. Заготовка
Определяем ориентировочную расчетную массу штамповки
;где GД - масса детали, кг;
Кр - расчетный весовой коэффициент, зависящий от типа детали, для зубчатых колес Кр=1,5...1,8.