Агрегатный станок по нарезанию гаек с мелкими шагами

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ 

Кыргызский  Государственный Технический университет  им. И. Раззакова 
 

Кафедра “ Автоматизация  и робототехника “ 
 
 

Дипломная работа

на тему:

“ АГРЕГАТНЫЙ СТАНОК ПО НАРЕЗАНИЮ ГАЕК С МЕЛКИМИ ШАГАМИ ” 
 
 
 
 

Выполнил: ________________________студент  группы АТПз-1-06

                                           Варава К. 

Руководитель: _____________________преподаватель

                                           Маситов А.М. 
 
 
 
 

Бишкек 2012

   ОГЛАВЛЕНИЕ

   ВВЕДЕНИЕ

     Место страны на мировых рынках во многом зависит от качества выпускаемой  продукции, от объемов и затрачиваемых  средств. Для конкурентоспособности  необходимо улучшение качества и  снижения других показателей. Эти требования возможно достичь улучшением средств  производства – модернизация имеющихся, проектированием и конструирование  новых металлорежущих станков, отвечающим растущим требованиям. 

     Создание  современных, точных и высокопроизводительных металлорежущих станков обуславливает  повышенные требования к их основным узлам. В частности, к приводам главного движения и подач предъявляются  требования: по увеличению жёсткости, повышению точности вращения валов, шпиндельных узлов. Станки должны обеспечивать возможность высокопроизводительного  изготовления без ручной последующей  доводки деталей, удовлетворяющих  современным непрерывно возрастающим требованиям к точности

     Агрегатными называют многоинструментальные станки, скомпонованные из нормализованных и частично специальных агрегатов. Эти станки применяются в крупносерийном и массовом производстве. На агрегатных станках можно выполнять сверление, рассверливание, зенкерование, растачивание, фрезерование, нарезание внутренних и наружных резьб, некоторые виды токарной обработки. Агрегатные станки в основном используются для изготовления корпусные деталей.

     Преимущества  агрегатных станков: 1) короткие сроки  проектирования; 2) простота изготовления, благодаря унификации узлов, механизмов и деталей; 3) высокая производительность, обусловленная многоинструментальной обработкой заготовок с нескольких сторон одновременно; 4) возможность многократного использования части агрегатов при смене объекта производства; 5) возможность обслуживания станков операторами низкой квалификации.

I.  ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ.

     Перспективы развития

     Агрегатные  автоматы и полуавтоматы получают все  большее применение в машиностроительной промышленности. Широкое распространение их на машиностроительных заводах предъявляет прежде всего повышенные требования к уровню унификации самих конструкций агрегатных станков, уменьшению их номенклатуры за счет разработки наиболее рациональных параметрических рядов нормализованных узлов, к совершенствованию конструкций узлов за счет повышения их точности, жесткости, быстродействия, надежности работы.

     Эти требования послужили основой для  разработки и внедрения станкостроительными  организациями единой гаммы унифицированных  узлов агрегатных станков и автоматических линий.

     При этом предусматривалось:

     A. Использование в качестве силовых узлов:

     1) несамодействующих гидравлических  малогабаритных пинольных головок  габаритов 01—04 с мощностью привода  главного движения от 0,12 до 1,1 кВт  конструкции ЭНИМС;

     2) самодействующих плоскокулачковых  пинольных головок габаритов  05—06 с мощностью привода главного  движения от 0,8 до 3 кВт конструкции  Харьковского специального конструкторского  бюро агрегатных станков;

     3) силовых столов с гидравлическим  и электромеханическим приводом  габаритов 1—7 для установки  на них различных бабок: расточных,  сверлильных и фрезерных (без  пиноли) мощностью от 1,5 до 330 кВт  конструкции Минского бюро автоматических  линий; подрезно-расточных, фрезерных  (с пинолью) мощностью от 1,5 до 30 кВт конструкции Московского  специального конструкторского  бюро автоматических линий и  агрегатных станков.

     Б. Использование для поворота обрабатываемых деталей:

     1) накладных поворотно-делительных  столов диаметром 200—500 мм высокой  точности с гидравлическим приводом  конструкции ЭНИМС;

     2) поворотно-делительных столов диаметром  400—800 мм с электромеханическим  приводом конструкции Харьковского  специального конструкторского  бюро агрегатных станков;

     3) накладных поворотно-делительных  столов диаметром 800—1250 мм нормальной  и повышенной точности с гидравлическим  приводом конструкции Московского  специального конструкторского  бюро автоматических линий и  агрегатных станков;

     4) поворотно-делительных столов диаметром  800—1250 мм нормальной и повышенной  точности с электромеханическим  приводом конструкции Минского  специального конструкторского  бюро автоматических линий.

     B. Использование ряда общих несущих корпусных деталей (станин, стоек, кронштейнов и др.), выпускаемых ведущими станкостроительными заводами.

     Использование в компоновках агрегатных станков  унифицированных узлов единой гаммы  позволило примерно на 30% сократить  число их типоразмеров, в том числе  по шпиндельным коробкам в 2,5 раза (с 56 до 22 типоразмеров) и снизить себестоимость  узлов за счет увеличения серийности их производства.

     Дальнейшее  развитие конструкций агрегатных станков  как оборудования, основанного на методе концентрации операций, идет по следующим основным направлениям:

     1) дальнейшее увеличение степени  концентрации операций, позволяющее  обрабатывать деталь полностью  с одной установки от единых  технологических баз;

     2) расширение технологических возможностей  станков этого типа за счет  выполнения операций, которые ранее  не выполнялись на агрегатных  станках;

     3) расширение области применения  агрегатных станков путем разработки  быстро переналаживаемых конструкций,  позволяющих использовать их  в серийном и мелкосерийном  производстве;

     4) увеличение точности и надежности  работы полуавтоматов и автоматов  и повышение коэффициента их  использования.

     Увеличение  концентрации операций на агрегатных станках до оптимального уровня осуществляется путем:

     а) увеличения числа инструментов, установленных  на каждой силовой головке, и применения комбинированного инструмента;

     б) увеличения числа силовых головок  на каждой позиции станка;

     в) увеличения числа позиций на станке;

     г) увеличения количества деталей, обрабатываемых на каждой позиции.

     Каждый  способ увеличения концентрации операций (или сочетание способов) получает преимущественное применение в зависимости от конкретных условий обработки.

     Увеличение  концентрации операций за счет увеличения количества инструментов на силовых  головках ограничивается мощностью  и осевым усилием механизма подач  головок.

     В некоторых случаях целесообразно  применять комбинированный инструмент, позволяющий за один проход обрабатывать несколько поверхностей.

     Наиболее  часто увеличение концентрации операций достигается размещением необходимого количества головок на станке. Это  позволяет обрабатывать поверхности, расположенные под различными углами, а также полностью обрабатывать деталь с одной установки.

     Чтобы увеличить концентрацию операций на агрегатных станках путем увеличения числа монтируемых на станке силовых  головок, конструкция этих головок  должна удовлетворять определенным требованиям. Главные из них:

     1) при минимально возможных габаритных  размерах головки должны обеспечить  получение необходимого осевого  усилия и мощности на шпинделе;

     2) для полного использования возможностей  инструментов конструкция головок  должна обеспечивать необходимые  скорости резания и подачи, а  также возможность их регулирования;

     3) конструкция головок должна обеспечивать  достаточную жесткость для работы  на наиболее выгодных режимах  резания.

     Увеличение  концентрации операций достигается  также увеличением числа рабочих  позиций. У агрегатных станков, предназначенных  для обработки средних по размерам деталей, число позиций не превышает 4—6. Поворотные столы станков для  мелких деталей проектируют с  числом позиций 12—15. Дальнейшее увеличение числа позиций резко увеличивает  габаритные размеры станков и  создает неудобства при обслуживании. В таких случаях обрабатывать детали более целесообразно на нескольких агрегатных станках.

     Можно увеличить число деталей, обрабатываемых на каждой позиции. Это применяется  при обработке мелких валов, рычагов, а также при обработке мелких корпусных деталей в две установки. Наиболее удобными для такого построения процесса обработки являются агрегатные станки с центральной колонной. Применение этих станков позволяет располагать  необходимым числом позиций, а вертикальные и некоторые наклонные головки  устанавливать на центральной колонне, не выходя за пределы габаритов стола.

     Особенно  большой эффект получается при использовании  для обработки сложных по форме  деталей группы агрегатных станков, из которых создаются поточные автоматизированные линии.

     Технологические возможности агрегатных станков  расширяются при включении операций, которые ранее не выполнялись  на этих станках.

     1.2 Классификация

     Агрегатные  станки (рис. 1) в зависимости от формы, размеров заготовок, требуемой точности обработки компонуют по разным схемам: односторонними и многосторонними, одношпиндельными и многошпиндельными, однопозиционными и многопозиционными, в вертикальном, наклонном, горизонтальном и комбинированном исполнениях.

     Обработка на однопозиционных агрегатах станках  выполняется при одном постоянном положении заготовки. Агрегатные станки с многопозиционными поворотными столами или барабанами предназначены для параллельно-исследовательной обработки одной или одновременно нескольких заготовок малых и средних размеров. При этом вспомогательное время сокращено до минимума за счет того, что установка заготовки и снятие заготовки на позиции загрузки-выгрузки осуществляется во время обработки на других позициях.

   Рис. 1.1 – Схемы компоновок агрегатных станков на прямоугольной станине: а – двусторонняя с горизонтальными головками, б – то же, с наклонно закрепленными головками, в – то же, с вертикально установленными головками, г – с горизонтальной, наклонной и вертикальной головками                                                         
 

расточная бабка 19, сверлильная бабка 10), механизмы транспортирования (поворотный делительный стол 3, двухпозиционный делительный стол 18 прямолинейного перемещения), механизмы главного движения (коробка скоростей 17), гидрооборудование (гидробак 4, насосная установка 5, гидропанель 6), электрооборудование (центральный и наладочный пульты 2, электрошкаф силовых механизмов 16, электрошкаф станка 7), вспомогательные механизмы (удлинитель 15, резьбовой копир 13, расточная пиноль 12).

     Специальные механизмы, например приспособление для  установки и закрепления заготовок, имеют отдельные нормализованные  элементы.

Силовые механизмы агрегатных станков предназначены  для сообщения режущим инструментам главного движения и движения подачи (силовые столы). Силовые головки предназначены для выполнения токарных, фрезерных, сверлильных, расточных, резьбонарезных, шлифовальных и других работ. Они обычно работают в автоматических циклах, например: 1) быстрый подвод, рабочая подача (одна или две), выдержка на жестком упоре (при необходимости), быстрый отвод, стоп; 2) быстрый подвод, рабочая подача, быстрый подвод, рабочая подача, стоп. Такой цикл используют, например, при последовательной обработке нескольких соосных отверстий одинакового диаметра.

     Для привода главного движения (вращательного) в силовых головках обычно применяют электродвигатели, а для привода подачи — кулачки, винтовые передачи, цилиндры (пневматические, гидравлические и пневмогидравлические).

     По  конструкции механизма подач  различают головки с подвижной  пинолью и с подвижным корпусом. Подачу инструмента перемещением пиноли обычно выполняют в головках малой мощности, не более 1,5 кВт, что обеспечивает подход инструмента к заготовке. Силовые головки средней и большой мощности выполняют с подвижным корпусом.

     В зависимости от расположения привода  подач силовые головки могут  быть несамодействующими и самодействующими. У первых привод подач расположен вне головки, которую обычно устанавливают  на силовом столе, подключенным к  насосной станции станка или имеющим  самостоятельный привод. У вторых как привод вращения шпинделя, так  и все элементы привода подачи (резервуар для масла, насос, гидропанель  управления) расположены в корпусе  головки.

     По  мощности двигателя силовые головки  подразделяют на микросиловые (0,1—0,4 кВт), малой мощности (0,4—3,0 кВт), средней (3,0— 15 кВт) и большой мощности (15—30 кВт).

     В зависимости от типа привода подач  различают головки механические (кулачковые и винтовые), пневматические, гидравлические и пневмогидравлические.

     Силовые головки в значительной степени  определяют производительность, надежность и точность работы агрегатных станков. Поэтому силовые головки должны автоматически и точно выполнять заданный цикл работы, иметь минимальные упругие деформации при обработке с различными режимами, обладать высокой надежностью. Конструкции головок должны обеспечивать быстрое устранение возникающих отказов и простоту обслуживания.

     Одной из последних модификаций станка  является станок АМ.М16457. Он может выполнять фрезерование, сверление, резьбонарезание. Производительность 33+33 детали в час.  
II. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СТАНКА

     2.1 Общая схема 

     В данном проекте разрабатывается  агрегатный станок по нарезанию гаек с мелкими шагами. Данный станок предназначен для обработки из шестигранных заготовок серии одинаковых деталей диаметром до 25 мм и длиной до 15 мм из материала сталь 20Х.

     Данный  станок позволяет осуществить сверление, зенкерование, развертывание в диапазоне диаметров 25…10 мм, а также нарезание резьбы с мелкими шагами в зависимости от установленного метчика.

     Станок  имеет самодействующую четырехшпиндельную силовую головку, а также пятипозиционный поворотный делительный стол, имеющий следующие позиции:

     1 позиция – загрузочная;

     2 позиция – сверление;

     3 позиция – зенкерование.

     4 позиция – развертывание.

     5 позиция – нарезание резьбы.

     Технические характеристики данного станка приведены  в таблице 1.

       Таблица 1 – Технические характеристики  станка

     Структурная схема данного станка приведена  на рисунке 2.1. Силовая головка и поворотный делительный стол связаны электрической схемой. На данном рисунке показаны движения: П1– главное; В3 – движение подачи; В5 – вспомогательное движение.

     Рис. 2.1 – Структурная схема агрегатного станка 
 

     2.2. Разработка кинематической схемы станка

     На  все элементы данного станка наложены электрические связи, что обеспечивает синхронность работы оборудования.

     Станок  работает следующим образом.

     Вал I коробки скоростей связан с валом  электродвигателя М1 мощностью 1,3 кВт. От электродвигателя через зубчатые колеса 1 и 2 вращение сообщается валу II, на котором жестко закреплены зубчатые колеса 3, 4, 5. Вращение на вал III может  доставляться по трем путям: при зацеплении колес 3 и 6, при зацеплении колес 4–7 или через колеса 5–8. Движение подачи осуществляется перемещением корпуса  силовой головки при передачи вращения от вала III через колеса 11–13 на ходовой винт V. На шпиндель вращение передается от вала III двумя путями: при зацеплении колес 9–11 или колес 10–12 шпинделю.

     После произведенной обработки, производится отвод силовых головок и поворот  стола.

     Движение  поворотного делительного стола  осуществляется следующим образом.

     К корпусу стола прикреплены электродвигатели М3 и М4. Электродвигатель М3 через  пару зубчатых колес 30 и 31 и самотормозящую червячную передачу 29 осуществляет вращение зубчатого колеса 28, которое  находиться в зацеплении с зубчатым венцом 27, прикрепленным к планшайбе  стола. Планшайба центрируется подшипником. При прохождение фиксаторного пальца мимо упора посредством рычажной системы переключаются муфта  М1, выключающая электродвигатель М3 и включающая электродвигатель М4. Происходит реверсирование планшайбы. После устранения зазоров во всей кинематической цепи сила тока в электродвигателе выключает  его, при этом червячная пара оказывается  заклиненной. 
 

     3.3. Проектирование коробки скоростей

     2.3.1 Расчет режимов резания

     При назначении режимов резания используются таблицы и рекомендации по справочной литературе.

     Назначим  режим резания для операции сверления. Из заданных максимального и минимального диаметров сверления принимаем  максимальную глубину резания  t_max=20 мм, минимальную глубину резания t_min=5 мм.

     Скорость  резания определим по формуле:

      , м/мин.

       м/мин,

      м/мин.

     Определим предельные частоты вращения шпинделя:

      об/мин,

      об/мин. 

     2.3.2 Определение числа ступеней коробок скоростей

     Определим число ступеней коробки скоростей  силовой головки для сверления.

     Диапазон  регулирования: 

      .

     Число ступеней коробки скоростей силовой  головки для сверления по формуле:

      .

       Принимаем z=6.

     В результате получаем, что силовая  головка имеют коробку скоростей  с шестью ступенями. 

     2.3.3 Мощность двигателя 

     Рассчитаем  мощность двигателя  по формуле [2]:

      , кВт,

     где N – мощность резания, η – КПД.

     Определим мощность резания при сверлении  по формуле [1]:

      ,

     где М_кр – крутящий момент, Н·м.

      ,

     где значения коэффициентов и показатели степени выбираются из [1].

       Н·м.

      кВт.

     Для определения необходимой мощности двигателя, необходимо найти КПД [2]:

     η=0,97³∙0,99⁴=0,85.

      Определим необходимую мощность двигателя  силовой головки для сверления:

      кВт.

     Для силовой головки для сверления  выбираем двигатель АО2–21–4 мощностью 1,3 кВт и частотой оборотов 700 об/мин. 

     2.3.4 Кинематический расчет коробок скоростей 

     Кинематический  расчет включает построение графика  частот вращения, определение передаточных чисел и чисел зубьев колес. Ряд  чисел оборотов представляет геометрическую прогрессию со знаменателем φ=1,26, что  соответствует ГОСТ 8032–56.

     Произведем  расчет для силовой головки, выполняющей  сверление.

     График  частот вращения силовой головки  для сверления изображен на рисунке  2.3.

     Рис. 2.3 – График частот вращения шпинделя силовой головки 

     Из  графика определяются передаточные отношения колес:

      ,

      ,

      ,

      ,

      ,

      . 

     Результаты  кинематического расчета для  силовой головки для сверления  сводим в таблицу 3.

     Таблица 3 – Результаты кинематического  расчета силовой головки для  сверления