Проектирование токарного станка с числовым программным управлением повышенной точности (стр. 1 из 12)
Введение
Важнейшим достижением научно-технического прогресса является комплексная автоматизация промышленного производства. В своей высшей форме – гибком автоматизированном производстве – автоматизация предполагает функционирование многочисленных взаимосвязанных технических средств на основе программного управления и групповой автоматизации производства. В связи с созданием и использованием гибких производственных комплексов механической обработки резанием особое значение приобретают станки с числовым программным управлением (ЧПУ).
В результате замены универсального неавтоматизированного оборудования станками с ЧПУ трудоемкость изготовления деталей оказалось возможным сократить в несколько раз (до 5 – в зависимости от вида обработки и конструктивных особенностей обрабатываемых заготовок).
В условиях мелкосерийного производства обычно применяются заготовки низкой точности, получаемые литьем в землю, свободной ковкой, из проката. Для эффективного использования станков с ЧПУ при получении деталей с высокими требованиями к их точности и шероховатости необходимо создавать станки высокой точности и шероховатости.
При проектировании станков с ЧПУ конструкторы решают задачи достижения максимальной производительности, высокой точности и надежности. Наибольшее влияние на особенности конструктивного исполнения станков оказывают те решения, которые направлены на повышение производительности за счет сокращения всех составляющих затрат рабочего времени: вспомогательного, основного, подготовительно-заключительного и времени обслуживания рабочего места.
Сокращение времени, которое затрачивается на установку, закрепление заготовки, снятие обработанной детали может быть достигнуто тремя способами:
- использованием быстродействующей оснастки;
- созданием удобных условий загрузки станка;
- совмещением времени обработки со временем загрузки-разгрузки.
Сокращение времени холостых действий явилось следствием решения многих сложных конструктивных задач. В современных танках скорость перемещения рабочих органов доведена до 10–12 м/мин. Одновременно в приводах подач расширен диапазон регулирования, возросла способность работать с перегрузками, сокращено время разгона и торможения.
Основное (машинное) время может быть сокращено, если на станке выполняют резание высоким и оптимальным режимами (скоростью резания, глубиной, подачей).
Станок для реализации такого резания должен иметь высокие силовые и скоростные характеристики привода главного движения; высокие жесткость и виброустойчивость; способность изменять по программе в широких пределах, лучше всего бесступенчато, скорость шпинделя и подачу. Точность станков повышают в результате специальных конструктивных решений и более точного исполнения механической части станка. В наивысшей степени достижению точности способствует оснащение станков устройствами обратной связи.
Ряд характерных черт в конструкции станков с ЧПУ (повышенная жесткость, отсутствие зазоров в кинематических цепях, трогание рабочих узлов с места, равномерность медленных перемещений) достигается благодаря особому исполнению шпиндельных узлов, направляющих исполнительных устройств, приводов подач, соединительных муфт. Широко применяются такие механизмы как гидростатические узлы: гидростатические направляющие, гидростатические опоры шпинделя, гидростатические пары винт-гайка.
Применение данных узлов позволяет существенно повысить точность станка, его долговечность и надежность. Это происходит за счет того, что в гидростатических узлах практически отсутствует трение, а значит и износ. Плавность перемещения узлов существенно повышается за счет отсутствия в гидростатических узлах трения покоя. Гидростатические опоры шпинделя позволяют снизить отклонения поверхностей изготавливаемых деталей от круглости, прямолинейности, соосности и т.д.
Данный дипломный проект ставит своей целью проектирование токарного станка с ЧПУ повышенной точности с гидростатическими опорами шпинделя.
1.1 Характеристика заготовки
Рис. 1. Заготовка
Заготовкой для муфты является трубный прокат. Материал заготовки – Сталь 30ХГСА – легированная хромомартанцовистокремнивая. Ее характеристики:
Обрабатываемая деталь относится к телам вращения. Поверхность резьбы должна быть гладкой без заусенцев, рванин и других дефектов, нарушающих непрерывность резьбы и прочность соединения.
Эти требования обеспечиваются применением качественного инструмента, оптимальных режимов обработки и охлаждающей жидкости, а так же качественной заготовкой.
1.2 Характеристика детали
Обрабатываемая на данном станке деталь достаточно технологична:
1. обеспечена возможность нормального входа и выхода режущего инструмента из зоны резания, что предохраняет инструмент от поломки и 2. повышает производительность;
3. возможность хорошего визуального контроля и технических измерений в процессе обработки;
4. резьба выполняется на внутренней поверхности;
5. все обрабатываемые поверхности находятся в легкодоступных местах.
Расчет режимов резания
При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.
Элементы режима резания обычно устанавливают в порядке, указанном ниже:
1) Глубина резания t: при черновой (предварительной) обработке назначают по возможности максимальную глубину, равную всему припуску на обработку или большей его части; при чистовой (окончательной) обработке – в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности;
2) Подача S: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке – в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности;
3) Скорость резания V рассчитывают по эмпирическим формулам, параметры которых устанавливаются в зависимости от конкретного вида обработки;
4) Под силой резания пронимают ее составляющие Pz, Px, Py.
Расчет
Расчет ведем по [20, стр246].
Определяем скорость резания
, [м/мин],где
, 
- коэффициент обрабатываемости стали, 
МПа, nм, Kпv – коэффициент учитывающий влияние материала заготовки; Kиv– коэффициент учитывающий влияние материала инструмента; K 
v– коэффициент учитывающий влияние углов в плане; Krv– коэффициент учитывающий влияние радиуса при вершине; Cv– постоянная; m; x; y– показатели степени.Определяем силы резания
, [Н],где
, 
, 
МПа, n– показатель степени, Kмp; К р; К 
р; К 
р; Кrp- коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания; Cp– постоянная; x; y; n – показатели степени. 
, [Н], 
, [Н],Определяем мощность резания
, [кВт].Основное (технологическое) время обработки детали
;где L=
– расчетная длина рабочего хода инструмента, мм; l – длина обрабатываемой поверхности, мм; 
- величина врезания инструмента, мм; 
– величина перебега инструмента, мм; n – частота вращения шпинделя, об/мин; 
– подача на оборот шпинделя, мм/об; I – число проходов инструмента.Для расчета была написана программа в MicrosoftExcel. Результаты сведены в таблицы.
2 переход: подрезка торца в размер 218 мм.
Исходные данные:
* Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГСА.
* Вид обработки: подрезка торца.