Автоматизация процесса заточки угла в плане сверл с подробной разработкой принципиальной структурной схемы и конструкции устройства шпиндельного узла
Министерство
высшего образования
Ижевский
Государственный Технический Университет
Воткинский
филиал
Кафедра:
"Технология машиностроения и приборостроения"
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
По курсу:
"Автоматизация производственных процессов"
На тему:
"Автоматизация процесса заточки угла в плане сверл с подробной разработкой
принципиальной структурной схемы и конструкции устройства шпиндельного
узла"
Выполнил:студент гр.Т-911
Лаптева Н.В
Проверил: Иванов В.В.
Воткинск 2011
Содержание
Введение
Анализ
автоматизируемого технологического процесса
Разработка
перечня основных функций устройства. Функциональный анализ
Выбор исполнительных механизмов
Выбор приводов исполнительных механизмов и датчиков
Цикл работы устройства
Описание работы автомата для заточки угла в плане спиральных
сверл
Расчет усилия закрепления сверла в цанговом патроне
Заключение
Литература
Введение
Автоматизация производственных процессов есть комплекс
мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и
проектированию на их основе высокопроизводительного технологического
оборудования, осуществляющего рабочие и вспомогательные процессы без
непосредственного участия человека.
Автоматизация - это комплексная
конструкторско-технологическая задача создания принципиально новой техники на
базе прогрессивных технологических процессов обработки, контроля, сборки. Она
включает создание таких методов и схем обработки, конструкций и компоновок
машин и систем машин, которые были бы невозможны, если бы человек по-прежнему
оставался непосредственным участником технологического процесса.
Любую продукцию, для получения которой известны методы
и маршруты обработки, наиболее просто можно получить на универсальном
неавтоматизированном оборудовании с ручным управлением при непосредственном участии
человека. Автоматизация производственных процессов имеет цель - повышение
производительности и качества выпускаемой продукции, сокращение количества
обслуживающих рабочих по сравнению с неавтоматизированным производством.
За счет реализации этих факторов обеспечивается
экономический эффект и окупаемость затрат на автоматизацию. При этом важнейшим
определяющим фактором успешного внедрения является надежность
автоматизированного оборудования. Если показатели надежности оказываются
низкими, сложнейшие и технически совершенные автоматические системы машин
становятся менее производительными, чем неавтоматизированное оборудование;
число же рабочих после автоматизации не сокращается, а возрастает. Поэтому
важнейшим требованием к специалистам, работающим в области автоматизации
машиностроения, является умение правильно оценивать целесообразную степень
автоматизации в данных конкретных условиях, выбирать и рассчитывать оптимальные
варианты построения машин и систем машин. Это не может быть правильно выполнено
без наличия специальных знаний, которые, как правило, не даются в общих курсах
по технологии и конструированию; поэтому во всех вузах созданы специальные
курсы по автоматизации производственных процессов.
Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства его
серийности, оснащенности техническими средствами.
Автоматизация и механизация получили наибольшее распространение в
массовом и крупносерийном видах производства.
Анализ автоматизируемого технологического процесса
Целью данного КП является разработка автоматизированного процесса заточки
угла в плане сверл с подробной разработкой шпиндельного узла.
Для заточки сверл существуют абразивные и безабразивные методы. К
безабразивным относятся анодно-механические, электроискровые и ультразвуковые.
Анодно-механическая обработка основана на снятии слоя, образующегося в
электролите на поверхности сверла, включенного в качестве анода. Недостаточная
технологическая изученность этих процессов на первых стадиях внедрения в
промышленность привела к появлению неправильных представлений об их
технологических возможностях, затруднив распространение этих прогрессивных
методов. Недостатками обычной анодно-механической заточки являлось
возникновение сетки трещин на затачиваемых инструментах при
высокопроизводительных режимах обработки и невозможность получения наиболее
высоких классов чистоты поверхности.
При электроискровом способе заточки затачиваемый инструмент подключен к
одному полюсу, а вращающийся диск - к другому. Диск и сверло помещают в ванну с
диэлектриком (минеральное масло с температурой вспышки не ниже 180°) или
диэлектрик подается в место их контакта. Диск делается из меди, латуни или
чугуна. Источником служит генератор постоянного тока, заряжающий обкладки
конденсатора. При сближении диска и сверла между их выступающими частями
происходят электрические разряды за счет запасенной в конденсаторе энергии, в
результате чего выступы (шероховатости) затачиваемой поверхности постепенно
разрушаются. Электроискровая обработка не нашла широкого применения при заточке
инструмента из-за сложности оборудования.
В процессе ультразвуковой обработки поверхностного слоя материала
происходит его пластическое деформирование при высокочастотном виброударном
воздействии инструмента, который движется вдоль поверхности. При этом
изменяется как геометрия (чистота) самой поверхности, так и структура тонких
поверхностных и приповерхностных слоев материала, в которых возникают слои
упорядоченных наноструктур. Существующие технологии ультразвуковой обработки
материалов оказываются малоэффективным из-за высокой энергоемкости, малых
скоростей обработки и других факторов.
В данном курсовом проекте будет рассмотрен способ заточки сверл
эльборовыми кругами формы ПП по ГОСТ 2424-83.
Разработка перечня основных функций устройства.
Функциональный анализ
Произведем составление перечня основных функций устройства, необходимых
для реализации технического процесса. Для каждой функции формулируются
требования, предлагаются и рассматриваются варианты устройств, позволяющих
наиболее рационально осуществить заданную функцию, производится анализ их
относительных преимуществ.
Этап процесса, функция
|
Требования
|
Предлагаемые варианты, способы
|
Подача детали
|
Автоматическая или ручная
|
1) Вручную 2) Автоматически толкателем 3) Автоматически
манипулятором
|
Зажим детали на рабочей позиции
|
Обеспечить неизменное положение детали при обработке
|
1) Цанговый патрон 2) Трехкулачковый патрон 3) Специальное
зажимное устройство
|
Обеспечение зажимного усилия
|
Обеспечить требуемое усилие закрепления
|
1) Пневмопривод 2) Гидропривод 3) Пружина
|
Привод вращения шпинделя
|
Обеспечить необходимые скорость "резания" и
крутящий момент (n=100 об/мин)
|
1) Трёхфазный асинхронный элктродвигатель 2) Гидромотор 3)
Пневматический привод
|
Привод рабочей подачи заточной головки
|
Обеспечить необходимые подачу и усилие резания
|
1) Электродвигатель через пару винт - гайка 2) Пневмопривод
3) Гидропривод
|
Удаление с рабочей позиции заточенных сверл
|
Обеспечить надёжную эвакуацию заточенных сверл, исключающую
их повреждение
|
1) вручную 2) манипулятором 3) толкателем
|
шпиндельный узел цанговый патрон сверло заточка
Выбор
исполнительных механизмов
В результате проведенного функционального анализа, производится
окончательный выбор исполнительных механизмов.
1. Сверла помещаются и ориентируются в специальный магазин вручную по 50
штук.
. Подача сверла из магазина на рабочую позицию осуществляется толкателем.
. Закрепление детали на рабочей позиции производится в цанговом патроне,
оснащённом механизмом автоматического зажима-разжима.
. Заточка сверл осуществляется специальной заточной головкой, оснащённой
устройством рабочей подачи.
. Эвакуация заточенных сверл производится автоматически толкателем на
ленточный конвейер.
Выбор приводов исполнительных механизмов и датчиков
Для каждого механизма, в соответствии с условиями его работы, выбираются
соответствующие приводы.
) Для механизма разжима сверла выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает
необходимое усилие закрепления детали (закрепление в патроне осуществляется за
счёт упругих сил пружины).
) Для привода конвейера выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель,
т.к. он обеспечивает необходимые величины крутящего момента и скорость
перемещения ленты.
) Для привода толкателя выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает
необходимое усилие перемещения шибера.
)Для привода рабочей подачи заточной головки выбираем гидропривод, т.к.
он обеспечивает необходимые скорость и усилие подачи.
) Для привода упора выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает
необходимую скорость перемещения упора.
Датчики
1) х1, х2 - датчик начального и конечного положений толкателя деталей.
) х3, х4 - датчики начального и конечного положения механизма закрепления
деталей.
) х5, х6 - датчики начального и конечного положения упора.
) х7, х8 - датчики начального и конечного положения привода рабочей
подачи заточной головки.
) х9 - датчик вращения шпинделя.
) х10 - датчик вращения круга заточной головки.
) х11 - датчик наличия деталей в магазине.
) х12 - датчик перемещения сверла на рабочую позицию (в упоре).
Цикл работы устройства
Исходное положение:
(1) - в крайнем нижнем.
(2) - в крайнем нижнем (разжат).
(3) - в крайнем правом.
(4) - в крайнем правом.
(5) - выключен.
(6) - постоянно вращается.
Цикл работы:
Циклограмма работы автомата.
Описание работы автомата для заточки угла в плане спиральных
сверл
Автомат состоит из магазина с толкателем, шпинделя, оснащённого цанговым
патроном, заточной головки, подводимого упора.
Сверла устанавливаются и ориентируются в магазине вручную по 50 штук.
Подача из магазина осуществляется специальным ножевым толкателем, который
захватывает только одно сверло (остальные скатываются). Магазин установлен под
углом. После того как сверло подведено к выходному окну магазина, оно под
действием силы тяжести соскальзывает с призмы ножа и перемещается в
направляющий рукав, по которому скатывается в шпиндель. Сверло останавливается
в цанговом патроне после касания вершиной поверхности упора, в которой
установлен специальный датчик, по сигналу которого продолжается цикл обработки.
Цанговый патрон сжимается (специальный толкатель отводит наконечник от
тяги в виде кольца). После того, как сверло зажато в цанговом патроне,
подводимый упор отводится из рабочей зоны.
Включается вращение шпинделя с цанговым патроном.
После того, как вращение сверла включено, производится рабочая подача
заточной головки. По окончании рабочего хода заточная головка отводится в
начальное положение; вращение шпинделя (сверла) отключается. Цанга разжимается
и заточенное сверло выскальзывает из цанги и перемещается в рукав, ведущий к
бункеру готовых деталей (заточенных сверл).Цикл обработки повторяется.
Расчёт усилия закрепления сверла в цанговом патроне
Осевая сила Q, необходимая для
затягивания цанги с обеспечением надёжного закрепления сверла, подвергаемого
осевой нагрузке Р определяется выражением:
, где
- сила,
Р - осевая сила, возникающая при заточке сверла, Р=200 Н;
-
половина угла конуса цанги;
φ - угол трения, φ=arctgf1;
f1 - коэффициент трения конусной поверхности;
Е=2,1*106
кгс/см2 - модуль упругости стали, идущей на изготовление цанги;
l - расстояние
от плоскости задела лепестка цанги до середины зажимающего конуса цанги;
f - стрела
прогиба лепестка, f=δ=0,2 мм;
δ - зазор между цангой и сверлом (до начала зажима);
z - число
лепестков цанги;
- момент
инерции в сечении заделанной части лепестка.
b -
"ширина" сектора лепестка цанги;
h -
толщина лепестка цанги.
Подставляя известные параметры в формулы, получаем:
676 Н.
С
учетом коэффициента запаса по закреплению к=2,5, потребное усилие закрепления Q
составит: . На основании полученного значения "затягивающей
силы" подбираем пружину, обеспечивающую это усилие.
Заключение
В соответствии с целями и задачами в процессе
выполнения работы был проведен анализ автоматизируемого технологического
процесса. Затем был произведен функциональный анализ, т.е. разработка перечня
основных функций будущего устройства. С помощью анализа были выбраны
исполнительные механизмы и датчики с подробным описанием их действия.
В дальнейшем был разработан цикл работы устройства и
циклограмма работы автомата, с помощью которых была определена цикловая
производительность.
Во второй части работы был спроектирован цанговый
патрон, произведён расчёт потребного усилия закрепления сверла в нём, на
основании которого выбрана пружина, обеспечивающая это усилие. Были
проанализированы основные схемы устройства, произведен расчет привода и был
разработан сборочный чертеж.
Разработана и проанализирована принципиально - структурная схема
автоматического устройства и автоматизируемого процесса заточки спиральных
сверл, которая осуществляется на основе компоновки проанализированных и
выбранных исполнительных механизмов, приводов и датчиков контроля состояния
исполнительных механизмов и параметров технологического процесса, и составлено
описание цикла работы.
Литература
1. Ансеров М.А.
"Приспособления для металлорежущих станков" 1975 г.
2. Косилова А.Г.
"Справочник технолога-машиностроителя"1985 г.
. Кузнецов М.М.
"Автоматизация производственных процессов" 1978г.
. Кузнецов М.М.
"Проектирование автоматизированного производственного оборудования"
1987 г.
5. Автоматизация
производственных процессов. Справочник. Под ред. Лебедовского