Материал: Расчет и конструирование станков. курсовое проектирование. Пачевский В.М., Старов В.Н

Полученные скоростные параметры и расчетные значения мощности приводов станка сравниваются с параметрами технической характеристики базовой модели станка.

Предельные значения подач и частоты вращения шпинделя приводятся в соответствие с рекомендованными стандартными значениями [4].

Сравнивается класс точности станка с требуемой экономической точностью обработки детали-представителя. В случае отклонения полученных параметров технической характеристики проектируемого станка от базовой модели определяются пути модернизации и направление патентных исследований для осуществления этой модернизации.

2 Задание на модернизацию

В техническом задании на проект указываются конкретный объект модернизации станка и направление поиска конструктивного решения, например:

• модернизировать шпиндельный узел станка с повышением скоростного параметра привода;

• модернизировать коробку скоростей станка с повышением к.п.д. привода;

• модернизировать тяговый механизм подачи с повышением точности позиционирования и плавности перемещения стола (суппорта);

• модернизировать привод подачи с разработкой индивидуальных приводов по осям х, y и др.

Допускается изменение тематики проекта по индивидуальным заданиям.

2.1 Патентно-информационные исследования

Патентный поиск проводится для освоения студентами навыка постановки задачи и определения направления поиска технических решений улучшающих показатели модернизируемой части станка.

Патентные исследования выполняются на основе анализа авторских свидетельств России и патентов США, Германии, Англии, Франции по следующим основным классам международной классификации изобретений и патентов:

• класс В4, В13, В21, В23, В29, В39;

• класс С1, С9, С19, С33;

• класс F16,

• класс Н3, Н25, Н55, Н57;

• класс Q1, Q3, Q5, Q7, Q16;

• класс G 5 и другие.

Перечень классов охватывает изобретения в различных областях машиностроительного и станкостроительного производств. В них представлены элементы или комплекс технических решений как станков в целом, так и отдельных механизмов и деталей.

Помимо в патентных исследованиях должна использоваться современная техническая информация по достижениям и разработке новых конструкций станков и оборудования, публикуемая в специальной технической литературе.

В частности, в реферативных научно – технических журналах «Технология машиностроения», «Технология и оборудование механосборочного производства», «Проблемы машиностроения и автоматизации». ООО «Рубикон» г. Ижевск выпускает иллюстрированный каталог на СD «Станки металлорежущие». Сайт каталога WWW. stanki. udm. ru и др.

Найденные технические решения анализируются с точки зрения возможности применения в разрабатываемой конструкции, выявляются достоинства и недостатки, вносятся свои предложения и формируются основные условия применения.

2.2 Направления патентных исследований

При модернизации с целью повышения точности привода главного движения рекомендуется проводить патентный поиск по усовершенствованию конструкций шпиндельных узлов (ШУ), а именно: усовершенствование способов получения и регулировки натяга подшипников; изменение конструкции опор; улучшение условий сохранения смазки за счет использования более совершенных уплотнений; применение демпфирующих устройств, снижающих вибрацию ШУ; тензометрирование ШУ для адаптивного управления режимов резания; изменение конструкции ременной передачи (ремни, натяжные устройства и др.); применение водяного или воздушного охлаждения шпинделя или гильзы ШУ и др.

Повышение точности механизма подачи может осуществляться: при использовании охлаждения ходового винта через канал, проходящий внутри винта; изменением конструкции направляющих, например, замена направляющих скольжения на гидро- или аэростатические, или комбинированные с направляющими качения; использованием покрытий, снижающих трение и повышающих плавность хода; изменением системы смазки. Повысить точность позиционирования стола, суппорта, каретки шпиндельной бабки и др. можно усовершенствованием конструкций опор ходового винта и конструкции гайки, например: замена пары винт-гайка скольжения на винт-гайку качения или на гидростатическую пару. Повысить точность обработки можно использованием в механизмах подач датчиков регистрирующих статические и динамические характеристики процесса резания для диагностики и управления процессом резания. В станках с зубчато-реечным механизмом подачи повысить точность позиционирования и плавность хода рабочего органа можно, в частности, заменой на червячно-реечный механизм скольжения или гидростатический и др.

При модернизации станка с целью повышения производительности станка основное направление поиска проведения патентных исследований это повышение КПД приводов станка, которое можно осуществить: сокращением кинематических цепей приводов за счет использования комплектных регулируемых электроприводов, или заменой регулируемого электропривода с двух-трех диапазонной коробкой скоростей на мотор-редуктор, или на мотор-шпиндель. Повышение производительности можно достигнуть: увеличением скоростной характеристики привода с одновременным усовершенствованием конструкции опор шпинделя или ходового винта и системы смазки; усовершенствованием устройства ориентации шпинделя или механизмов управления частотой вращения шпинделя.

Значительное повышение производительности станка происходит при изменении конструкции приводов подач в направлении усовершенствования электропривода, например, при замене обычных электродвигателей постоянного или переменного тока на линейные, исключающие механические преобразователи движения, при этом величина рабочих подач доходит до 30 м/мин, а быстрых до 120 м/мин.

Повышению к.п.д. станка и, следовательно, производительности способствует:

- улучшение системы смазки коробок скоростей и подач (например, замена системы смазки заливом в картер на централизированную импульсную смазочную систему с аэрозольной подачей смазочного материала в зубчатые приводы станка);

- усовершенствование конструкции зубчатых соединений и способа установки зубчатых колес на валах;

- улучшение конструкций опор валов коробок передач, способов их установки и защиты от загрязнения и др.

Повышению производительности способствует:

- использование системы охлаждения с подачей СОЖ через инструмент;

- использование многоместных инструментальных магазинов;

- усовершенствование конструкции инструментальных магазинов для сокращения временного цикла.

По результатам патентных исследований определяется направление модернизации конкретных механизмов станка базовой модели.

3 Схемотехническое проектирование привода

3.1 Определение скоростных параметров электромеханического привода

В соответствии с установленными параметрами технической характеристики станка: предельными значениями частоты вращения шпинделя и предельными значениями подач, определяются диапазоны, характер и число ступеней их регулирования.

Регулирование частот вращения шпинделя и изменение величины подачи может осуществляться ступенчато, с определенным интервалом или бесступенчато.

Приводами со ступенчатым регулированием оснащают неавтоматизированные станки с ручным управлением, автоматизированные редко переналаживаемые станки с цикловым управлением.

Бесступенчато регулируемые приводы главного движения и подач используют в станках с ЧПУ.

Частоты вращения шпинделя образуют отрезок ряда геометрической прогрессии со знаменателем φ. Такому же закону подчиняется изменение величин подач . Значения знаменателя ряда, принятые в станкостроении, стандартизованы: для бесступенчато регулируемых приводов и приводов станков автоматов, когда требуется высокая точность настройки, значение φ близко к единице: φ = 1,06 или 1,12; для ступенчато регулируемых приводов токарных, токарно-карусельных, токарных автоматов и полуавтоматов, фрезерных и продольно- шлифовальных φ = 1,26; для токарно-револьверных сверлильных, расточных, зубообрабатывающих и внутришлифовальных станков применяют значения φ = 1,41 и 1,58; φ = 2 практически не применяется, исключение составляют настольно-сверлильные станки и плоскошлифовальные с карусельным столом.

Величину знаменателя ряда скоростей станка базовой модели определяют по приведенному в технической характеристике или на графике частот вращения ряду значений, или по пределам изменения и количеству ступеней частот по ниже приведенным зависимостям[4].

Если n_min= n₁, a n_max= n_z, то геометрический ряд будет иметь вид: n₁, n₂ = n₁ φ,…, n_{3 =} n₁φ² ,…, n_z = n₁φ^z-1 .

Диапазон регулирования частотой вращения привода главного движения определяется по формуле:

R_{n = .} (6)

Число ступеней частот вращения равно:

Z = 1. (7)

Знаменатель геометрического ряда частот вращения привода главного движения:

. (8)

По такому же правилу ведется построение ряда значений подач.

Если S_min= S₁, a S_max= S_z, то геометрический ряд подач будет иметь вид: S₁, S₂= S₁ φ, S₃ = S₁ φ²…S_z = S₁ φ^z-1.

Диапазон регулирования подач:

R _s = (9)

где Z - число подач,

Z = +1. (10)

Знаменатель геометрического ряда подач:

φ = . (11)

Обычно, в технической характеристике станка базовой модели приводятся предельные значения частот вращения шпинделя, величин подач и их число в таком случае по зависимостям формул (6) и (8) или (9) и (11) определяется знаменатель требуемого ряда. Если в технической характеристике не дано число частот вращения шпинделя или число подач, то знаменатель ряда принимается по известным из практики значениям φ в зависимости от типа и размера станка. Затем по зависимости (7) или (10) находят Z. В бесступенчато-регулируемых приводах принимают φ = 1,06 или 1,12.

В существующих станках в качестве тягового механизма подач используют или винтовую пару или зубчато-реечный механизм.

В случае использования в станке базовой модели винтовой пары определяют ряд частот вращения винта или гайки, принимая значение шага винта р по модернизируемому станку:

n₁ = S₁/р, n₂ = S₂/р, …, n_z =S_z/р . (12)

Если тяговый механизм: зубчатое колесо-рейка, то по кинематической схеме станка базовой модели устанавливают число зубьев реечного колеса Z и его модуль m , затем определяют ряд частот вращения реечного колеса по зависимостям:

n₁ = , n₂ = , …, n_z = . (13)