Реконструкция горизонтально-расточного станка повышенной жесткости (стр. 8 из 15)

определяемые по формулам:

(64)

(65)

При изменении входной координаты по гармоническому закону выходная координата (перемещение) также будет изменяться гармонически. Таким образом, глобальный вектор узловых перемещений должен быть представлен в следующем виде:

(66)

или

(67)

где {u_max} – амплитудное значение линейного (углового) перемещения, м (рад);

j – сдвиг перемещения по фазе, рад;

{u₁} и {u₂} – вещественная и мнимая часть вектора перемещений, определяемые по формулам:

(68)

(69)

После подстановки выражений (3.61) и (3.60) в формулу (2.51) уравнение равновесия динамической модели шпиндельного узла принимает вид:

(70)

Решение полученного уравнения относительно неизвестных узловых перемещений имеет следующий вид:

(71)

Рисунок 27 – Упругая линия шпинделя

4. Проектирование стойки станка

4.1 Компоновка стойки

В связи с тем, что задачей данного дипломного проекта является реконструкция горизонтально-расточного станка повышенной жесткости, одной из основных задач является проектирование шпиндельной бабки с более высокими динамическими и статическими характеристиками.

Изучив конструкцию базового станка и рассмотрев все возможные варианты ее реконструкции, была рассчитана и спроектирована стойка с улучшенными характеристиками, по сравнению с базовым вариантом.

При проектировании новой стойки были учтены и по возможности использованы все достижения современной науки. В частности внутренняя часть стойки имеет сотовую конструкцию. Такая конструкция позволяет снизить массу примерно на 1\3 часть, но при этом повысить жесткосные и теплодеформационные характеристики стойки.

Рисунок 29 – Стойка реконструированного станка с вырезом

Стойка крепится к станине с помощью прямоугольных направляющих, которые могут располагаться горизонтально и вертикально. Также к стойке крепятся направляющие для вертикального перемещения шпиндельной бабки. Стойка также крепится к фундаменту при помощи фундаментных болтов.

4.2 Расчет направляющих

Методика расчета направляющих состоит из следующих этапов:

а) определение суммарных давлений, действующих на каждую грань направляющих;

б) определение среднего удельного давления на каждой из этих граней;

в) определение наибольшего удельного давления на них;

г) сопоставление полученных величин с наибольшими допускаемыми значениями удельных давлений;

Давления на грани направляющих А,Б,С находят из условий равновесия. Также на стойку действуют составляющие P_x, P_y, P_z силы резания, собственный вес стойки G.

Удельные давления:

; ; ; (72)

где – L – длина направляющих

а, b, c – значения рабочей ширины граней направляющих

Рисунок– Направляющие качения для шпиндельной бабки

5 Проектирование шпиндельной бабки

5.1 Компоновка шпиндельной бабки

В связи с тем, что бала изменена несущая система и кинематика станка, была спроектирована новая шпиндельная бабка.

Рисунок 31 – Шпиндельная бабка реконструированного станка модели 2А622

Спроектированная шпиндельная бабка обладает повышенной жесткостью по сравнению со старой. Вертикальное перемещение бабки вдоль стойки происходит по линейным направляющим качения с помощью двух ходовых винтов, что обеспечивает повышенную точность обработки деталей.

6 Статический и динамический расчет стойки и шпиндельной бабки

6.1 Статический расчет стойки и шпиндельной бабки

На точность обработки существенное влияние оказывают статические и динамические характеристики основных органов станка, а именно: статическая и динамическая жесткость, частоты и формы собственных колебаний, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧХ), коэффициенты демпфирования (или декременты затухания).

6.1.1 Статические характеристики

Статическая рассчитывается по формуле:

(73)

где F - приложенная сила;

d - прогиб.

Существенное влияние на жесткость оказывает длина (высота) органа, поэтому при проектировании всегда необходимо стремиться к ее уменьшению.

Жесткость так же зависит от межопорного расстояния b.

6.1.2 Динамические характеристики стойки и шпиндельной бабки

На точность работы станка оказывают влияние и динамические характеристики несущей системы, которые являясь показателями динамического качества, достаточно точно определяют амплитуды колебаний.

Формы колебаний и их анализ позволяют наглядно представить характер деформирования основных элементов несущей системы. Формы колебаний также дают представление о размере колебаний по всей длине (высоте) органа, что важно для правильного конструирования станка.

5. Расчет экономического эффекта от реконструкции горизонтально-расточного станка мод. 2А622

Проведенная реконструкция горизонтально-расточного станка мод. 2А622 позволила повысить его производительность и качество изготовляемых деталей. Рассчитаем годовой экономический эффект от реконструкции выбрав за базу для сравнения горизонтально-расточной станок мод. 2А622. Исходные данные представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Исходные данные для расчета годового экономического эффекта от реконструкции

№ п/п	Показатели	Усл. обозн.	Ед. изм.	Базовый вариант (1)	Новый вариант (2)
1	2	3	4	5	6
1	Годовая программа	N год	шт/год	1600	1600
2	Штучное время	t шт	мин/шт	1,34	1,04
3	Режим работы: - количество рабочих дней в неделю, - число смен - продолжительность смены	h дн рабнед h смен F смен	дни - час	5 1 8	5 1 8
4	Стоимость единицы оборудования	Ц об	руб	530000	600000
5	Площадь, занимаемая единицей оборудования	S об	м2	3	3
6	Часовая тарифная ставка рабочего	С зч	руб/час	5,90	5,90
7	Коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату	К дз	-	1,2	1,2
8	Коэффициент, учитывающий единый социальный налог	К сн	-	1,262	1,262
9	Районный коэффициент	К урал	-	1,15	1,15

Продолжение таблицы 5.1

1	2	3	4	5	6
10	Мощность электродвигателей	N э	кВт	11	11
11	Стоимость 1 кВт-час электроэнергии	Ц э	руб/кВт-час	1,27	1,27
12	Норма годовых амортизационных отчислений для оборудования	Н а об	%	10	10
13	Норма годовых затрат на ремонт оборудования	Н рем	%	3	3
14	Срок службы инструмента	Т сл инстр	мин	480	480
15	Цена инструмента	Ц инстр	руб/шт	150	150
16	Нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений	Е н		0,15	0,15

5.1 Снижение трудоемкости