Курсовая работа: Автоматизация процесса заточки угла в плане сверл с подробной разработкой принципиальной структурной схемы и конструкции устройства шпиндельного узла
Курсовая работа: 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.
2. Подача сверла из
магазина на рабочую позицию осуществляется толкателем.
3. Закрепление детали
на рабочей позиции производится в цанговом патроне, оснащённом механизмом
автоматического зажима-разжима.
4. Заточка сверл
осуществляется специальной заточной головкой, оснащённой устройством рабочей
подачи.
5. 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.
1) Для механизма
разжима сверла выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимое усилие
закрепления детали (закрепление в патроне осуществляется за счёт упругих сил
пружины).
2) Для привода вращения
шпинделя выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель, т.к. он обеспечивает
необходимые величины крутящего момента и частоту вращения шпинделя.
3) Для привода
конвейера выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель, т.к. он
обеспечивает необходимые величины крутящего момента и скорость перемещения ленты.
4) Для привода
толкателя выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимое усилие
перемещения шибера.
5)Для привода рабочей
подачи заточной головки выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимые
скорость и усилие подачи.
6) Для привода упора
выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимую скорость перемещения
упора.
Датчики
1) х1, х2 – датчик
начального и конечного положений толкателя деталей.
2) х3, х4 - датчики
начального и конечного положения механизма закрепления деталей.
3) х5, х6 – датчики
начального и конечного положения упора.
4) х7, х8 – датчики
начального и конечного положения привода рабочей подачи заточной головки.
5) х9 – датчик вращения
шпинделя.
6) х10 – датчик
вращения круга заточной головки.
7) х11 – датчик наличия
деталей в магазине.
8) 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.
3.
Кузнецов
М.М. "Автоматизация производственных процессов" 1978г.
4.
Кузнецов
М.М. "Проектирование автоматизированного производственного оборудования"
1987 г.
5.
Автоматизация
производственных процессов. Справочник. Под ред. Лебедовского
|