Конструирование мехатронных модулей главного движения металлоре. Задание на проектирование модуля станка
 Скачать 281 Kb.
|
1 2 Рассмотрены вопросы разработки структур, кинематических схем и конструкций мехатронных модулей главного движения станков с компьютерным управлением, даны рекомендации по выполнению отдельных этапов проектирования. Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 071800 «Мехатроника». Введение Проектирование модулей выполняется с целью закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков в области разработки станков с компьютерным управлением. Тематика курсового проектирования охватывает разработку мехатронных модулей на уровне элементов эскизного и технического проектов. При создании современного станочного оборудования многими ведущими станкостроительными фирмами используется агрегатно–модульный принцип проектирования, который позволяет повысить технологические возможности выпускаемого оборудования и снизить его стоимость. Этот принцип используется при разработке отдельных станков (в виде сочетания конструктивных модулей) и автоматизированных комплексов (в виде технологических модулей). «Конструктивный модуль», являющийся единицей унификации (подсистемой, элементом) станка, представляет собой функционально и конструктивно независимую единицу, которую можно использовать индивидуально или в комбинации с другими модулями 4. При проектировании модуля вначале устанавливаются необходимые функции, компоновка станка и состав модулей. Затем производится определение функциональных подсистем заданного модуля, его блок-схемы, структуры, основных технических характеристик и уточнение компоновки. На основании этого разрабатываются кинематическая схема и конструкция модуля с проведением необходимых проектных и проверочных расчетов. Задание на проектирование модуля станка Задание предусматривает разработку модуля специализированного станка с компьтерным управлением для реализации определенных технологических условий изготовления деталей в автоматизированном производстве. При курсовом проектировании консультантом устанавливается тип задания (приложения А и Б) и определяются его варианты. Первый тип задания базируется на материалах, собранных студентом во время производственной практики, и результатах анализа технологического процесса изготовления детали–представителя. В этом случае в задании указывается наименование группы изготавливаемых деталей, наибольшие и наименьшие размеры обрабатываемых поверхностей, требуемые показатели качества деталей (возможно по чертежу детали – представителя). В связи с тем, что подбор группы деталей затруднен, в задании может предусматриваться возможное изменение размеров обрабатываемых деталей. В задании второго типа указываются габаритные размеры обрабатываемых деталей, переходы обработки, обрабатываемые материалы, наибольшая (расчетная) глубина резания, способ регулирования частот вращения шпинделя и компоновка привода. Также в задании может быть указан ряд дополнительных требований, которые необходимо учитывать при проектировании. 2. Анализ схем обработки и методов формообразования деталей П. 2.1, 2.2, 2.3 выполняются в случае типового задания 1. 2.1. Анализ технологического назначения проектируемого станка Вначале проводится анализ чертежа детали-представителя. Рассматривается функциональное назначение детали, при этом анализируется наличие точных поверхностей и требования к показателям качества. Для группы типовых деталей указываются применяемые материалы, характеристики обрабатываемости - пределы твердости или прочности, наименьшие и наибольшие размеры обрабатываемых поверхностей. 2.2. Анализ технологического процесса изготовления заданных деталей Этот этап работы выполняется на базе материалов, собранных в период производственной практики. Рассматриваются особенности принятых на производстве маршрутных технологий изготовления заданных деталей, обеспечивающих достижение требуемых показателей качества. Также рассматриваются операции, выполняемые на оборудовании с ЧПУ, - указываются составы переходов, оцениваются достигаемые показатели качества и их стабильность, приводятся основные сведения о станках. Указываются причины брака деталей, а также факторы, ограничивающие производительность и влияющие на повышение себестоимости обработки. 2.3. Разработка предложений по изменению маршрутной технологии изготовления детали-представителя Эти предложения в общем случае могут быть направлены на обеспечение стабильности (надежности) достижения требуемых показателей качества деталей, увеличение производительности и снижение себестоимости изготовления в условиях автоматизированного производства. 2.4. Определение требований к операциям, для выполнения которых предназначен проектируемый станок Эти требования определяются с учетом задания и п. 2.3; они могут предусматривать дифференциацию или концентрацию выполняемых переходов. Указываются технологические условия использования проектируемого станка: основные переходы и характер обработки, материалы деталей и характеристики их обрабатываемости, материалы режущих инструментов. Намечаются особенности выполнения переходов, которые необходимо учитывать при разработке мехатронного станка. Например, может предусматриваться стабилизация или изменение каких либо параметров исполнительных движений в процессе обработки для обеспечения определенных показателей операции. 2.5. Анализ схем обработки при изготовлении детали-представителя Для основных переходов приводятся эскизы схем обработки, при этом отмечаются методы формообразования поверхностей и составы исполнительных движений (в табличном виде). Также указываются особенности выполнения переходов на проектируемом мехатронном оборудовании (с учетом п. 2.4). 3. Разработка структуры модуля При разработке модуля станка должны быть обеспечены намеченные требования к выполнению переходов при изготовлении деталей в целях повышения технологических возможностей проектируемого оборудования. Предварительно следует выбрать компоновку станка и уточнить компоновку проектируемого модуля. Затем определяется состав модулей и устанавливается конструктивный тип модуля главного движения [5, 6]. В целях осуществления выбранных переходов обработки следует указать (в табличном виде) шифры необходимых функциональных подсистем модуля главного движения - для станка с ЧПУ (прототипа) и проектируемого мехатронного станка. При этом должна предусматриваться возможность реализации намеченных выше особенностей переходов обработки (п. 2.4). С этой целью в примечании для модуля мехатронного станка указываются алгоритмы работы функциональных подсистем (например – обеспечение повышенной скорости резания в процессе обработки с учетом оптимальной температуры резания для достижения высокой производительности и наименьшей себестоимости обработки). Приводится расшифровка функциональных подсистем и обоснование их необходимости для проектируемого модуля. С учетом указанных функциональных подсистем модуля разрабатывается его блок-схема и структура [5, 6]. 4. Определение основных технических характеристик модуля Данный этап выполняется в соответствии с методикой [9]. При выполнении типового задания 1 следует учесть размеры обрабатываемых деталей. 5. Уточнение компоновок станка и модуля При уточнении компоновок станка и проектируемого модуля учитывается конструкция станков аналогичного типоразмера [1, 10, 11, 13, 14 и др.]. Компоновка модуля должна быть согласована с компоновкой станка. Приводной электродвигатель целесообразно располагать с учетом обеспечения наименьших габаритов станка. В случае проектирования токарного станка среднего типоразмера нормальной точности предпочтительным является применение компоновки со встроенным приводом, что позволяет уменьшить количество составных частей модуля. При этом электродвигатель целесообразно расположить в станине (или в тумбе станка), соединив его с переборной коробкой ременной передачей (рис.1).  При повышенных требованиях к качеству деталей предпочтение отдается компоновке модуля с разделенным приводом (коробка передач частично или полностью удалена от шпинделя с помощью ременной передачи), что позволяет уменьшить температурные деформации и вибрации шпиндельного узла. 6. Разработка кинематической схемы привода модуля главного движения Разработка кинематической схемы привода модуля выполняется на основе его структуры, составленной с учетом требуемых функциональных подсистем, выбранных технических характеристик и принятой компоновки. В частности, наличие подсистемы ИС – изменения скорости в процессе обработки обусловливает необходимость разработки автоматического привода модуля с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя. Такой привод также необходим для многоцелевого станка в целях обеспечения его повышенных технологических возможностей. Приводы с бесступенчатым регулированием в распространенных станках с ЧПУ содержат регулируемые электродвигатели и переборные коробки. В качестве двигателяей применяются электродвигатели постоянного тока или асинхронные с частотным регулированием. Переборная коробка в таком приводе служит для расширения диапазона регулирования частот вращения шпинделя RэР, осуществляемого с постоянной мощностью. С целью уменьшения количества ступеней переборной коробки целесообразно применение электродвигателя с увеличенным диапазоном регулирования RэР. В ряде случаев это может достигаться за счет выбора электродвигателя с повышенной мощностью. Для такого двигателя при определенной номинальной частоте вращения соответственно коэффициенту повышения мощности увеличивается диапазон регулирования RэР. На рис. 2 в качества примера приведены графики изменения мощности электродвигателя и мощности на шпинделе в зависимости от частоты вращения. Вариант б) отличается от варианта а) применением электродвигателя с повышенной мощностью и более простой переборной коробки с меньшим количеством ступеней.  Более рациональное использование диапазона регулирования RэР такого электродвигателя может быть достигнуто, если наряду с повышением мощности увеличивается номинальная частота вращения его вала. В связи с тем, что повышение мощности электродвигателя может отразиться на увеличении стоимости модуля, выбор варианта привода должен сопровождаться технико-экономическим обоснованием. Разработка кинематической схемы привода главного движения модуля со ступенчатым регулированием проводится в последовательности [9]: - выбор структурной формулы привода; - составление принципиальной кинематической схемы; - построение структурной сетки; - построение графика частот вращения валов; - расчет частных передаточных отношений ременных и зубча- тых передач; - определение диаметров шкивов и чисел зубьев колес; - проверка кинематического расчета. При разработке кинематической схемы привода главного движения модуля с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя необходимо предварительно определить параметры переборной коробки – знаменатель регулирования пк и количество ступеней частот вращения zпк, а также уточнить используемые наибольшую и наименьшую частоты вращения вала электродвигателя [7, 9]. Выбор варианта структурной формулы привода следует проводить с учетом использования методов улучшения кинематики приводов станков, предусматривающих применение коробок со сложенной структурой, с частичным совпадением скоростей и со связанными зубчатыми колесами [1, 7, 9]. Для предварительно определенных вариантов структурных формул нужно построить принципиальные кинематические схемы, структурные сетки и графики частот вращения валов. На основании этого определяются обобщенные показатели вариантов привода и осуществляется выбор рационального варианта. 7. Пример разработки кинематической схемы модуля привода главного движения с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя 1 2 |