верстатобудування

Вступ

Одну з головних ролей у розвитку машинобудування займає верстатобудування. Темпи його розвитку у багатьох випадках визначають промисловий потенціал тієї чи іншої країни та характеризують рівень її машинобудування.

На верстатах можна оброблювати навіть деталі які складають дуже складні поверхні й при цьому досягається висока точність обробки.

Усе частіше у верстатобудуванні використовується автоматизація, яка позволяє точніше забезпечити здійснення вимог, що пред’являються до металорізальних верстатів. Підвищення рівня комплексної механізації та автоматизації веде до підвищення: безпеки та легкості обслуговування, точності роботи, експлуатаційної надійності та технологічності.

Основні вимоги, які пред’являються до сучасного металорізального верстата:

• безпека та легкість обслуговування;

• висока точність роботи;

• висока експлуатаційна надійність;

• можливо мала матеріалоємність та габарити;

• можливо низька початкова вартість;

• технологічні конструкції, тобто простота виготовлення усіх окремих частин верстата та простота збору.

1

1 ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ СТРУКТУРНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОЕКТУВАННЯ ВЕРСТАТА

Будь-яка реальна поверхня деталі, що оброблюється, може бути розгляненою як деяка поверхня, тому технологічний процес утворення реальної поверхні представляє собою процес утворення відповідної геометричної поверхні.

Будь-яка геометрична поверхня може бути отримана як слід залишаємий однією довільною лінією, яку називають виробляючою, її рух по іншій довільній лінії – направляюча. Таким чином для отримання геометричної поверхні необхідна наявність двох довільних ліній: виробляючої та направляючої.

1. Короткий опис основних структур проектування верстата

Верстат моделі 5Д32 зубофрезерний верстат на якому можна вести обробку усіх циліндричних прямозубих та черв’ячних зубчастих колес методом тангенціальної та радіальної подачі. На цих верстатах також можна обробляти багатогранних та коротких шліцевих валів.

Принцип роботи зубофрезерного верстата який має звичайні черв’ячні пари. При цьому роль черв’яка виконує фреза із К – заходами. Необхідно обробити пряме зубчате колесо методом тангенціальної подачі. В якості ріжучого інструменту виконуємо черв’ячну фрезу, необхідно розробити структурну схему верстата для нарізання даного колеса.

Для нарізання прямозубих зубчатих коліс методом тангенціальної подачі, для нарізання під деяким кутом (), так щоб напрям зуб’їв фрези співпадало з напрямом нарізання колеса, це дотягнеться тоді, коли кут () дорівнює куту( ), а кут () - це кут під’єму вінтової лінії зуб’їв фрези.

2

Аналізуємо ряд оброблювальної поверхні та ріжучого інструменту, визначаємо виробляючи лінії.

Перша виробляюча лінія це виробляюча лінія євольвентно зуба (1), друга довільна лінія це ширина зубчатого колеса (2).

Рис1.1.

Рис 1.2 Оброблювана поверхня

Визначаємо виробляючи лінії:

В1 – обертальний рух фрези;

В2 – обертальний рух заготівки;

П3- поступовий рух.

3

1.2 Визначення виробляючих ліній та методи їх отримання

Аналізуючи оброблювану поверхню та різальний інструмент, визначаємо виробляючі лінії:

Рис 1.3.

Для створення цієї поверхні необхідні виробляючі лінії, отримання яких здійснюється формотворчими рухами, склад яких залежить від методів отримання виробляючих ліній.

Виробляюча лінія 1 - євольвентно зуба, отриманим методом обкату.

Метод обкату має один формоутворюючий рух: Фv (B1,B2).

Виробляюча лінія 2 - метод дотичних, цей метод має два формоутворюючих рухів.

1. Обертальний рух Фv (B1);

2. Поступовий рух Фs(П3)

Таким чином формоутворюючий рух Фv (B1) своїм повним складом входить у формоутворюючий рух Фv (B1,B2).

Рис 1.4 4

2 ПОБУДОВА ТА АНАЛІЗ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ВЕРСТАТА

Роздивившись методи отримання виробляючих ліній та руху, якими забезпечується процес їх утворення, необхідно тепер встановити структуру механізму, утворюючого кожний окремо формоутворюючий рух, а потім структуру верстата. Для кожного виконавчого руху показати побудову кінематичної групи з оцінкою внутрішнього та зовнішнього зв’язку, кількість налаштованих параметрів та органів налаштувань. Визначити вміст усіх структурних кінематичних ланцюгів.

Рис. 2 - Структурна схема верстата

Будуємо кінематичні групи забезпечуючи ці формоутворюючі рухи, розглянемо формоутворюючий рух Фv(В1,В2) так як В1 створюється обертальною кінематичною парою шпиндель (3), опора(4).

В2 також обертальна кінематична пара, вал (5), опора (6).

Для обертання траєкторії профілю зуба необхідно В1 з’єднати із В2 цей зв’язок представимо крапками (7) та (8).

Щоб отримати сам рух необхідно джерело руху, в якості джерела руху використовується електродвигун(Д). Для передачі руху від джерела руху . 5

необхідно крапку(9), зв’язати з будь якою крапкою внутрішнього зв’язку, припустимо з крапкою (10).

Щоб формоутворюючий рух здійснювався заданими параметрами, необхідно налаштувати органи налаштування. Кількість налаштованих параметрів 3, рух складний, замкнутий. Вважаємо, що напрям обертається, забезпечується двигуном, швидкість забезпечується органом налаштуванням iv та ix.

Таким чином отримали кінематичну групу забезпечуючи формо утворений рух (В1,В2).

Запишемо структурне керування для:

Внутрішнього зв’язку: В1 →7→10→ix→8 →В2

Зовнішнього зв’язку:Д→9→iv→10→іх→8→В2

Розглянемо формоутворюючий рух для Фs(П3). Для нього будуємо кінематичні групи. В простому формоутворюючому руху внутрішній зв’язок забезпечується кінематичною парою: супортом (11) та направленою (12).

В якості джерела рухів використовуємо крапку 13. Для передачі руху в джерело руху необхідно зв’язати з будь якою крапкою внутрішнього зв’язку, наприклад з крапкою 14.

Щоб формоутворюючий рух здійснювався заданими параметрами необхідно скласти органи налаштувань: шлях та вихідне положення не зазначені.

В результаті отримана кінематичного зв’язку забезпечуємо даним формоутворюючим рухом.

Для цього запишемо кінематичні зв’язки внутрішнього та зовнішнього зв’язка:

Внутрішній зв’язок : 11→12.

Зовнішній зв’язок: Д→9→iv→10→ix→13→is→14→t→П3.

В результаті отримана структурна схема зубофрезерного верстату для обробки поверхні профілю зуба(рис 2). Цей верстат за змістом формотворчої структури відноситься до класу К23.

6

3 РОЗРОБКА КІНЕМАТИЧНОЇ СХЕМИ ВЕРСТАТА

Кінематична схема верстата – це сукупність конкретних схематичних зображень механізмів, з’єднаних послідовно та забезпечуючи необхідні рухи.

Основою для розробки кінематичної схеми верстата є отримана структурна схема. Умовні кінематичні зв’язки, виконані пунктирними лініями, на схемі необхідно замінити реальними механізмами, послідовно з’єднаними у кінематичні ланцюги.

Механізм головного руху згідно виду структурної схеми повинен містити двигун Д (реверс здійснюється двигуном) та орган настроювання i_v. Орган настроювання i_v повинен бути зображений коробкою швидкостей, яка має структурну формулу 8=2x2х2, тобто яка містить три групи передач та яка забезпечує отримання восьми ступенів частот обертання шпинделя.

Передбачаючи можливість автоматичного керування циклом роботи верстата, розробляємо автоматичну коробку швидкостей обертання шпинделя в якому це здійснюється електромагнітними муфтами.

В якості джерела руху приймаємо електродвигун Д. Для передання обертання від двигуна до коробки швидкостей використовується постійна передача /.

Таким чином, отримана кінематична схема привода головного руху (мал.3.1), яка забезпечує отримання шести ступенів частот обертання шпинделя

7

Рисунок 3.1. Кінематична схема верстата

Розробимо кінематичну схему верстата забезпечуючи формоутворюючий рух Фv(В1, П3).

Зв’язок між крапками 10 та 13 замінюємо сукупністю зубчатих коліс z1-z12. В якості органів налаштувань може бути використаний різнорідні механізми в якості органів налаштувань їх використовуємо однопарну гітару. Передаточне відношення гітари змінних коліс визначають як відношення ведучого колеса до відомого, тобто:

.

В якості органів налаштувань iv. Використовуємо ременеву передачу, а реверс вважатимемо, забезпечується від двигуна.

В результаті отримали кінематичну схему верстата, яка забезпечує обробку зуба. На основі отриманої кінематичної схеми верстата запишемо структурне рівняння кінематичних ланцюгів для внутрішнього та зовнішнього зв’язку.

Внутрішній зв’язок:В→Z1/Z2 →Z3/Z4→Z5/Z6→Z7/Z8→Z9/Z10

→Z11/Z12

Зовнішній зв’язок:Д→d1/d2→ /

Таким чином, отримана кінематична схема привода головного руху, яка забезпечує отримання дванадцяти ступенів частот обертання шпинделя.

9

4 КІНЕМАТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ПРИВОДА ГОЛОВНОГО РУХУ

Привод головного руху – це сукупність механізмів, які забезпечують кінематичний зв’язок (передавання руху) від джерела руху до виконавчої ланки, яка виконує головний рух. Привод головного руху складається з джерела руху, органів настроювання та виконавчої ланки. Привод повинен бути максимально простим, містити мінімальну кількість механізмів і при цьому всі вали повинні бути паралельними один до одного.

У верстатобудуванні існує два методи розрахунку передаточних відношень коробки швидкостей: аналітичний та графоаналітичний. На практиці використовується графоаналітичний метод, тому що він простий та має більшу наглядність, але його розуміння витікає із аналітичного методу.

10

4.1Графоаналітичний метод розрахунку привода головного руху.

Коробка швидкостей має структурну формулу приводу 8=2х2х2 і таким чином забезпечує вісім частот обертання шпинделя.

Знаменник ряду швидкостей φ=1,26.

Позначимо передаточні відношення всіх передач наступним чином:

постійна передача ;

1 група ; ; 2 група ; ;

3 група ; .

Проведемо аналіз можливих варіантів порядку переключення передач для послідовності отримання значень частот обертання шпинделя. Визначаємо кількість можливих варіантів

В=m!=3!=1х2х3=6 11

де m – число груп передач. Для коробки швидкостей, яка має три групи передач, можливі шість варіантів переключення передач, які забезпечують послідовність отримання заданого ряду частот.

Для кожного з цих варіантів запишемо розгорнуті структурні формули:

1В 8 = 2 [1] x 2[2] x 2 [4]

2В 8 = 2 [1] x 2[4] x 2 [2]

3В 8 =2 [2] x 2 [1] x 2[4]

4В 8 = 2 [4] x2[1] x2[2]

5В 8 = 2 [2] x2[4] x2[1]

6В 8 = 2 [4] x2[2] x2[1]

Будуємо структурні сітки для кожного варіанту та проводимо повний аналіз на виконання двох умов:

1. Конструктивного здійснення, тобто

2. Можливість отримання мінімальних габаритів за можливістю конструктивного здійснення: .

Діапазон змінювання передаточного відношення для кожного варіанта.

Визначаємо за формулою:

(Ді)і =

1)

2)

3)

12

4)

5)

6)

Перевіряємо на виконання двох умов:

1 варіант:

а) умова виконується

б) умова виконується

2 варіант:

а) умова виконується

б) умова не виконується

3 варіант:

а) умова виконується

б) умова не виконується

4 варіант:

а) умова виконується

б) умова не виконується

5 варіант:

а) умова виконується

б) умова не виконується

6 варіант:

а) умова виконується

б) умова не виконується

Аналіз отриманих даних показує, що перший варіант краще, тому що він повністю задовольняє обидві вище вказані умови.

13

Так як найліпшим вважається 1й варіант, то саме для нього будуємо графік частот.

При налаштуванні графіка частот приймаємо положення в точці n0 при вищих ступенів із цілю отримання мінімальних габаритів та забезпечується швидкохідної проміжків валів, а також визначаємо загальне мінімальне передаточне відношення коробки швидкостей, дорівнює добутку мінімальних передаточних відношень кожної групи передач.

Отримана степінь при φ розбиваємо між мінімальними передаточних відношень так щоб задовольняло обидва умовам.

І к. с.= i1 x i3 x i5=1/

1) ; ;

2) >>

n0–n8 Графік частот будується по структурній сітці, також в логарифмічному масштабі і відрізняється від структурної сітки тим, що порушується симетрія розташування променів, але кількість променів, що виходить з однієї точки і відстань між точками перетину відповідних валів, залишаються точно такими ж. Кожна вертикаль відповідає певній частоті обертання шпинделя.

При будуванні за початкову точку беремо у границях вищих ступені

з метою отримання мінімальних габаритів та забезпечення швидкості проміжних валів. Потім визначаємо загальне min передаточні відношення коробки швидкостей, яке рівняється:. Отриману міру при φ розбиваємо між min передавальними стосунками так, щоб задовольняли двом вимогам:

1., ;

2.

На основі отриманого графіка частот запишемо передаточне відношення усіх передач по групам:

1 гр. i1 = i2 =

2 гр. i4 = 1

3гр. i5 = і6=

Таким чином отримані передаточні відношення які задовольняють вище зазначеним вимогам.

16

4.2 Визначення чисел зуб’їв коліс усіх передач коробки швидкостей.

Розрахунок чисел зуб’їв коліс коробки швидкостей робимо за групами:

1 гр. i1 = i2 =

За умови паралельності валів I-II можна записати:

Задаємось значенням чисел зуб’їв ведучого колеса для першої групи в межах від 18 в нашому випадку. Розв’язуємо систему рівнянь.

; ;

2 гр. i4 = 1.

За умови паралельності валів II-III можна записати :.

Задаємось значенням чисел зуб’їв ведучого колеса для другої групи в межах від 20 в нашому випадку . Розв’язуємо систему рівнянь.

3гр. i5 = і6=

За умови паралельності валів III-IV можна записати :.

Задаємось значенням чисел зуб’їв ведучого колеса для другої групи в межах від 22 в нашому випадку . Розв’язуємо систему рівнянь.

17

Отримані значення заносимо у таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 Число зуб’їв зубчастих коліс коробки швидкостей

Z1	Z2	Z3	Z4	Z5	Z6	Z7	Z8	Z9	Z10	Z11	Z12
18	25	20	23	20	32	26	26	22	48	37	33

18

4.3 Розрахунок параметрів усіх передач приводу головного руху

Визначаємо параметри постійної передачі . Для цього складаємо рівняння кінематичного балансу для першої ступені ряду частот:

Приймаємо та розраховуємо =. Таким чином

=.

Визначивши параметри усіх передач приводу головного руху дійсний (розрахунковий) ряд частот обертання шпинделя та порівняймо його зі стандартним.

Для цього складаймо та розв’язуємо рівняння кінематичного балансу для кожної ступені частот обертання шпинделя:

Відхилення розрахункового значення від стандартного повинно бути не більш , тобто у нашому випадку:

Визначаємо відхилення кожного розрахункового значення:

та порівняймо з допустимим:

;

= 0.048;

;

20

5 МЕХАНІЗМ КЕРУВАННЯ ПРИВОДУ ГОЛОВНОГО РУХУ

Механізм керування приводу головного руху повинні забезпечуватися керування циклу роботи верстата: це пуск, зміни напряму обертання напряму обертального шпинделя. Вмикає необхідні ступені частот та інше. Ці механізми дуже різноманітні та їх можна звести до наступної структурі:

Структура механізму керування

Механічне керування повинна відповідати наступним основним вимогам:

1. Швидкодію

2. Безпечне керування

3. Надійність керування

4. Легкість керування

5. Не складність керування

Ручне керування вмикае багаторукоятні та однорукоятні керування. Багаторукоятне керування передбачає кількість окремого механізму для керування своїм керуючим органом. Багаторукоятні керування є найбільш простим та частіше використовувальним механічні системи. Її зручно застосовувати тоді, коли число керувань органів незначні. При багаторукоятному керуванні положення рукояток повинні співпадати прийнятому порядку переключення передач.

21

Однорукояточне керування представляе кількість однорукоятного для виконання зазначеного циклу роботи верстата(рукоятка для керування коробки швидкостей. Однорукоятні керування поділяються на: механічні, послідовні включенні,на механічно виморочного включення).

Механізм послідовного вмикання.

Основним елементом цих механізмів є кулачки маючу відповідно профіль та забезпечуючи при однорукоятній вмикання необхідних ступенів в відповідальності із прийнятим порядком переключення передач.

До автоматичного керування входить кнопочне керування. Кнопочне керування передбачає вплив на стан електричних ланцюгів та їх зміна відповідно з заданим циклом керування.