Предпроектная подготовка разработки систем ЧПУ металлорежущими станками

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО  «Уральский федеральный университет 

им. Первого  президента России Б.Н. Ельцина»  

             Механико-машиностроительный факультет 
                Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты» 
 
 
 

       КУРСОВАЯ РАБОТА 

по дисциплине: 

«Управление системами и 

станочными  комплексами» 

        «Предпроектная подготовка разработки систем ЧПУ металлорежущими станками»

Вариант № 11

 

                                   Преподаватель                                               Либерман Я. Л. 

                                  Студент                                                          Машканцев Т.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2011

                      

                                           Содержание. 

1. Задание на  курсовую работу………………………………………….............3 

2. Выбор главного исполнительного

   двигателя  системы управления…………………………………………...….4 

3. Выбор двигателя  подач……………………………………………………..11

 

4. Выбор устройства отсчета перемещения……………………………….….12

 

5. Разработка  кинематики……………………………………..………………14

 

6. Формулирование  требований к электроавтоматике

    станка  и рекомендации по выбору типа

    системы  устройства ЧПУ………………………………………..….……….17 

7. Список  литературы …………………………………………………...…….19

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                               1.Задание на курсовую работу.

                                              Вариант № 11 

 Тип станка: Токарный многоцелевой. 

 Основные  размеры станка:  Н=250 L=350. 

 Тип обрабатываемых деталей:

 Фасонные  валы, фланцы с внецентровыми отверстиями 

 Точность  позиционирования: 

  наибольшая погрешность позиционирования по продольной                координате;

  наибольшая погрешность позиционирования по поперечной координате.

   наибольшая погрешность позиционирования  шпинделя 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Выбор главного исполнительного двигателя системы управления. 

    Выбор исполнительных двигателей подлежащей проектированию системы управления станком определяется видом обработки  деталей на станке.

    Выбор начинается с расчета D_б и D_м -

наибольшего и наименьшего диаметров деталей, обрабатываемых на станке.

    где

    H – высота центров станка.  

   

    Зная  D_б и полагая, что наибольшая глубина резания   t_б при точении

      равна наибольшему припуску на  обработку, далее находим  

     

    где C_t -  коэффициент, учитывающий вид обрабатываемого материала.

    Для стали C_t =0,8 

    Далее рассчитываем наименьшую глубину резания 

      

    Далее рассчитываем наибольшее S_б и наименьшее S_м значения подач. 

      

           

Найдя все предыдущие значения, расчитываем  наибольшую и наименьшую

скорости  резания.  

    Для получения V_б необходимо подставить C_v, K_v, m,  x,  y, для

    мягкого обрабатываемого материала –  Сталь 45. 

    Для получения V_м необходимо подставить C_v, K_v, m,  x,  y, для

      твердого обрабатываемого материала  – серый чугун. 
 
 

        ;                                               

      

    Глубина резания t = t_m = 0,875 мм ,   подача резания S = S_m = 0,148мм _,

    C_v, K_V, m, x, y – коэффициенты и показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала. 

 

K_V – общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические

 условия  резания.

K_мV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала.

K_nV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки.

K_uV – коэффициент, учитывающий материал инструмента. 

Согласно [2] , при обработке стали

Для материала  инструмента из твердого сплава Т15К6  Кг = 1, nv = 1 [2]

Для Стали 45  = 750(кг/мм²  ) K_nV = 0.9, K_иV = 1

Значения коэффициента С_V и показателей степени в формуле скорости резания при обработке проходными резцами с подачей s_m=0.148 мм/об

С_v=420, y=0.2 , x= 0.15, m=0.2 Принимаем период стойкости инструмента Т равным 30 мин 

  

При обработке  чугуна

Для материала  инструмента ВК6 n_v=1.25  , по [2]

Значение НВ для серого чугуна равно 190.  K_nV=0.8, K_иV=1. В результате

 

Значения коэффициента С_V и показателей степени в формуле скорости резания при обработке проходными резцами с подачей s_m=1.52 мм/об 

С_v=243, y=0.4 , x= 0.15, m=0.2 Т = 30 мин

 

_{Найдем  наибольшую и наименьшую частоты вращения шпинделя по формулам}  

Находим далее  n_m при нарезании резьбы наибольшего диаметра в твердой стали, рассчитывая этот диаметр по формуле

_{Будем считать что резьба нарезается в твердой  стали машинным метчиком из стали Р6М5. Согласно [2] в таких условиях при нарезании точной резьбы в принятой формуле}

K_мV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала.

K_nV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки.

K_uV – коэффициент, учитывающий материал инструмента.

K_ТV – коэффициент , учитывающий точность резьбы.

Значение  Сv и показателей степени в формуле принимаем, в соответствии с [2]

Сv=64.8 y=0.5 q=1.2 m=0.9. Период стойкости метчика Т=90 мин. Примем шаг резьбы S=2,5

В результате будем иметь  

    

_Тогда

Меньшее из двух полученных n_m , равное 83,04 об/мин, используем для дальнейших вычислений.

  Зная наибольшую и наименьшую частоты найдем Rп – полный диапазон регулирования , потом Rp диапазон регулирования с постоянной мощностью

главного привода  станка 

_{Примем  число ступеней коробки  скоростей станка равным zk =3. Тогда диапазон регулирования главного исполнительного двигателя системы управления будет равен}

 

_{Рассчитаем наименьшую расчетную скорость резания Vмр, при nм=np} 

 

_{Теперь  нужно определить требуемую мощность главного двигателя .  Для этого найдем величину Pzб,}

_{принимая  во внимание , что}

 

_{где   - поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части  инструмента на составляющие силы резания при обработке стали и чугуна. Согласно [2],}

_{при обработке чугуна правомерно выбирать полагать}

Так же для серого чугуна

_{Для твердосплавного  режущего инструмента  n можно принять равным 0,4}

_{Коэффициент Сp и показатели степени в формуле для Pzб можно принять}

_{Сp=92, y=0,75, x=1}

_Тогда

_{Вычислим  требуемую мощность}

_{Где   η = 0.95 коэффициент  полезного действия станка при полной его загрузке.} 

_{Так как мой станок токарный многоцелевой, то у него есть некоторая  специфика. Она заключается  в том, что в  револьверной головке  станка устанавливают  приводные инструменты. Получается еще один главный двигатель. Его правомерно принимать  за двигатель главного движения сверлильного станка.}

_{Для расчета этого  двигателя примем диаметр сверла Dбс=Dбр=20 мм.}

_{Определим nm при сверлении твердого материала – серого чугуна. В соответствии с [2] назначим Сv=17.1 , y=0.4 q=0.25 m=0.125.}

_{Подачу  при сверлении  серого чугуна инструментом из Р6М5 выберем по рекомендациям [2] как}

_{где Kжs- коэффициент, учитывающий малую жесткость технологической системы}

_{В соответствии с [2] назначим Сv=14.1 , y=0.4 q=0.4 m=0.2.} 

_{Коэффициент Kv вычислим по формуле}  

   

_{приняв  nv=1,3  KиV=1   KIV=1 (коэффициент учитывающий глубину сверления) по [2]}

_{Принимаем T=70 в соответствии с [2], тогда можем рассчитать наименьшую скорость при сверлении}

 

_тогда

_{Таким же образом найдем nб при обработке Стали 45.}

_{Подачу  принимаем} 

_{В соответствии с [2] назначим Сv=7 , y=0.7 q=0.4 m=0.2.} 
 

  

_{nv=1,3  KиV=1   KIV=1}

_{Принимаем T=35 в соответствии с [2], тогда можем рассчитать наибольшую скорость при сверлении}

 

_тогда 

Зная наибольшую и наименьшую частоты найдем Rп – полный диапазон регулирования , потом Rp диапазон регулирования с постоянной мощностью  

_{Примем  число ступеней коробки  скоростей станка равным zk =2. Тогда диапазон регулирования главного исполнительного двигателя системы управления будет равен}

_{Рассчитаем  далее требуемую  мощность двигателя. Для этого рассчитаем крутящий момент при  сверлении серого чугуна по формуле} 

 

_{полагая , Сm=0.021, y=0.8  q=2 в соответствии с [2]}

_{Получим}

_{Найдем  требуемую мощность резания при сверлении} 

_{Из  полученных результатов  принимаем двигатель главного движения 1 асинхронные двигатели серии 4А} 

_{Число полюсов – 2,4,6,8  l1=667мм,l2=110мм,l3=210мм,h1=160мм, h2=430мм, d=358мм, b=254мм m=135кг}

 _{Число полюсов – 2,4,6,8  l1=452мм,l2=80мм,l3=140мм,h1=112мм, h2=310мм, d=260мм, b=190мм m=56кг} 

                              _{3. Выбор двигателей подач} 

_{Выбирая двигатели подач  дял токарных станков, расчеты ведут  применительно к  продольной координате станка. Прежде всего  рассчитывают наибольшую тяговую силу подачи. Для этого вес  перемещаемых частей станка определим  как} 

_{Коэффициент К примем 1,15(коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента) а коэффициент f = 0,15(приведенный коэффициент трения в направляющих)} 

_{Px и Pz составляющие силы резания, причем Px=Pz/2, Pz=Pzб тогда} 

_{Зная  Q, найдем необходимый крутящий момент на валу}

 

_{Где p=5 – шаг ходового винта, i=1 – передаточное отношение двигателя до винта , ηв =0,95  КПД ШВП}

_{При выбранным p и i в процессе вычисления Mд, найдем на наименьшую и наибольшую частоту выбираемого двигателя.} 

_{По  найденным величинам  выбираем нужный электродвигатель привода продольной подачи. В целях  унификации двигатель  поперечной подачи принимается  такой же.  Двигатель  постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов типа ДПМ}

  

                  _{4.Выбор устройства отсчета перемещений.} 

    Точность  размеров и взаимного расположения элементов обрабатываемой на станке заготовки определяется в основном точностью установки координат  узлов станка, а точность формы  обрабатываемой поверхности – законами движения узлов относительно друг друга.

    Точность  движения узлов характеризуется  контурной точностью станка

    Δ_п – точность перемещения узла станка в точку с заданной координатой (точность позиционирования)

Принимаем , К1=0.4, K2=2 по [1] , тогда

Для продольного и поперечного перемещения суппорта (δд принимаю 0,008мм и 0,004 мм)

Позиционирование  шпинделя  по [1] 

 
 
 

Выбираем 2 линейных интерполятора и 1 импульсный преобразователь угла ЛИР

1. Линейный индуктосин ДЛП, класс точности  I  погрешность 25мкм( длина перемещения максмальная длина перемещения св.320 до 500)
2. Линейный индуктосин ДЛП, класс точности II погрешность 12мкм

    3)Импульсный  преобразователь угла ЛИР 190А  дискретность 10,8”

 

_{ДЛПН  нормальный, с линейкой шириной 58 мм}

                            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                               _{5.Разработка кинематики.}

Разрабатывая  кинематики коробки скоростей главного привода станка, нужно иметь ввиду  что  =1,12 для станков с ЧПУ по нормали станкостроения Н11-1.

Выше  было принято что число ступеней Z = 3

Из  курса расчета и конструирования  станков: примем k=2,p=1,q=0

Тогда

 

_{Мощность  цепного инструментального  магазина}  

 _{Можно применить двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов типа ДПМ 5,2  номинальной мощностью 750Вт}

_{Описание  кинематики:}

Шпиндель получает вращение от двигателя M1 через зубчато-ременную передачу,  тройной подвижный блок. Переключение диапазонов производят гидроцилиндром Ц1. В приводе главного движения предусмотрено тормозное устройство.

Крестовый суппорт  перемещается по 2 взаимно перпендикулярным осям от двигателей М2 и M3. Двигатели непосредственно связаны с ходовыми винтами. Для контроля перемещения суппорта установлены линейные интерполяторы. Линейные интерполяторы имеют недостаток загрязняться, поэтому необходимо предусмотреть защиту от загрязнения.

На суппорте закреплена инструментальная головка, куда можно устанавливать блоки  с неподвижными и вращающимися инструментами.

Вращающийся инструмент, который может работать как в  радиальном там и в осевом относительно главного шпинделя направлении, получает вращение от электродвигателя М4.  Инструментальные блоки устанавливают на V-образные выступы инструментальной головки. Зажим блока гидроцилиндром Ц3 осуществляется через Т образные пазы в блоке. К блоку прикреплена планка,  за которую он схватывается с оператором.

Задняя бабка  имеет гидроцилиндр Ц4 для перемещения  пиноли. Зажим пиноли и закрепление  бабки на станине осуществляется тарельчатыми пружинами, а разжим гидроцилиндрами.

Устройство автоматической смены инструмента состоит из магазина Д и автооператора  Г. Автооператор извлекает инструментальный блок из магазина, переносит его  к инструментальной головке  и  устанавливает блок в головку. Автооператор имеет гидроприводы для поворота, вертикального и горизонтального  перемещения захватных губок. Захватные губки приводятся в действие гидроцилиндрами Ц6 и Ц7. Перемещение правой и левой части автооператора производится гидроцилиндрами Ц8 и Ц9. Поворот автооператора – штоком цилиндра.

Цепной магазин  имеет вместимость 14 блоков.  Магазин  приводится во вращение двигателем М5 через червячную пару и 2 звездочки. Т-образный паз блока надевается на Т-образный выступ приспособления на звене магазина и фиксируется  под действием пружин, расфиксация  осуществляется гидроцилиндром. В качестве отсчетного устройства при выборе инструмента  используют систему сельсинов , связанных  с магазином через ряд зубчатых передач.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        6.Формулирование требований к электроавтоматике станка и    рекомендации по выбору типа системы устройства ЧПУ

 В автоматике главного привода нужно предусмотреть:

 -ручное задание частоты и направления вращения шпинделя;

   -автоматическое включение и выключение системы смазки коробки;

   -блокировки, предотвращающие одновременное включение двух и более                            передач коробки.

  -автоматическое включение и включение режима покачивания валов

   -автоматическое включение и выключение системы смазки коробки

   -блокировки , предотвращающие одновременное включение двух или более передач коробки 

 Требования  к приводам подач:

-ручное задание скорости и направления вращения привода;

  - управление тормозными муфтами или иными устройствами аналогичного                  назначения;

-автоматическое включение, выключение и контроль работоспособности моментных двигателей;

-автоматическое включение и выключение ускоренных ходов;

-сигнализация о переходе на ползучую скорость или в режим торможения, контроль остановки вращения или окончания режима торможения;

-автоматическое устранение люфтов (если не используются беззазорные передачи);

-автоматические блокировки и конечные выключатели, ограничивающие длину хода рабочего органа станка;

-автоматическое управление смазкой механизмов привода и пр.

 Автоматика  устройства смены инструмента должна обеспечивать:

-возможность ручного управления устройством (выбор нужного инструмента по командам оператора);

-индикацию номера выбранного инструмента;

-контроль занятости ячеек инструментального магазина;

-автоматическую фиксацию и расфиксацию инструмента после смены и перед ней;

-автоматический выбор направления движения подвижных элементов магазина (для обеспечения сокращения времени выбора инструмента);

-автоматический контроль исправности инструмента, хранящегося в магазине, и защитные блокировки;