Файл: С.А. Рябов Металлорежущие станки и промышленные роботы. Методические указания к выполнению курсового проекта.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлорежущих станков и инструментов

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальностей 120100 «Технология машиностроения» заочной формы обучения, 120200 « Металлорежущие станки и инструменты» дневной формы обучения

Составитель С. А. Рябов

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 4 от 19.04.00

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 120200 Протокол № 7 от 28.05.00

Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2002

1

I. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект для студентов специальностей – 120100 «Технология машиностроения» заочной формы обучения, 120200 «Металлорежущие станки и инструменты» дневной формы обучения. Курсовой проект способствует закреплению и углублению теоретических знаний, полученных при изучении ряда специальных дисциплин (металлорежущие станки, теория резания металлов, детали машин, основы взаимозаменяемости и технические измерения и др.), и использованию этих знаний при решении конкретной инженерной задачи - проектирование металлорежущего оборудования.

Спроектированный станок должен находиться на уровне современных требований к металлорежущим станкам по производительности, степени автоматизации, технологичности изготовления и сборки, регулировке, техническому обслуживанию.

В процессе выполнения курсового проекта должны решаться следующие задачи:

-комплексное применение общеинженерных и специальных знаний при проектировании металлорежущих станков, привлечение средств вычислительной техники;

-развитие навыков работы с учебной и научно-технической литературой, в том числе и с иностранной, со стандартами, периодическими изданиями и другими источниками, критической оценки известных технических решений и поиска новых технических решений на уровне последних мировых достижений;

-приобретение опыта расчетно-конструкторской работы;

-развитие самостоятельности, инициативы;

-выработка навыков регулярной и ритмичной работы.

2. ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Тематика курсового проекта по металлорежущим станкам (МРС) предусматривает:

-проектирование станков с различным уровнем автоматизации, станков с ЧПУ, многооперационных станков, станочных модулей;

-проектирование оборудования для гибкого автоматизированного производства (в том числе автоматизированных систем транспортирования и складирования);

-модернизацию существующих станков.

2

3. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Тема курсового проекта выдается консультантом, преподавателем кафедры МСиИ студентам дневного обучения при прохождении технологической практики после третьего курса обучения, вечернего обучения - на практическом занятии 1-2-й недели десятого семестра обучения, заочного обучения - на установочном занятии по выполнению курсового проекта в конце сессии девятого семестра обучения.

Предпочтение отдается темам, при разработке которых используются производственный опыт и навыки, приобретенные студентом на практике. При выдаче задания студентам вечернего и заочного обучения учитывается специфика их работы. Тема проекта может быть определена и по профилю работ, выполняемых кафедрой.

Руководитель проекта устанавливает конкретное содержание проекта и перечень выполняемых работ, которые оформляются в виде задания. Задание является социальным документом, в соответствии с которым студент выполняет курсовой проект и представляет его к защите на комиссии.

Задание на проект должно предусматривать разработку основных узлов станка, определяющих его производительность, точность, надежность и долговечность (привод главного движения и подач, шпиндельные узлы, тяговые устройства приводов подач, приводы быстрых и малых перемещений и их механизмы, суппорты, столы, делительные механизмы, механизмы периодического движения, направляющие, механизмы автоматической смены инструментов и обрабатываемых деталей, средства защиты к компенсации износа деталей станка и инструмента и т.д.), и отражать вопросы художественной отработки узлов и машины в целом.

В задании конкретизируется решение основных выше указанных задач. Характеризуется объект производства и технические требования к нему, перечисляются конструктивные особенности и характеристики узлов, в том числе оригинального, который следует разработать в проекте, требования, предъявляемые к ним, особенности проектируемого станка. В задании должны быть указаны объем и содержание проекта, расчетно-исследовательские задачи, решаемые студентом, а также приведен перечень основной литературы и руководящих материалов, на основе которых проектируется станок, выполняется оригинальная

3

часть проекта, дается анализ, вариантность конструктивных решений или обоснование конструкций.

Из задания должно быть ясно основное содержание проекта и его оригинальной части.

4. ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из взаимосвязанных частей:

-графической части, отражающей конструкторские разработки проекта;

-расчетно-пояснительной записки.

4.1. Графическая часть Объемы графической части проекта - 4 листа формата А1 (ГОСТ

2301-68). Конкретное содержание графической части определяется его темой. Однако при распределении материала по листам следует придерживаться определенного соотношения:

-кинематические, гидравлические, пневматические или электрические схемы - I лист;

-свертка и развертка либо коробки скоростей, либо коробки подач - I лист;

-чертеж оригинальной сборочной единицы проектируемого станка - I лист;

-схема системы управления станком, компоновка проектируемого станка - I лист.

4.2. Расчетно-пояснительная записка Расчетно-пояснительная записка содержит следующие основные

части и разделы:

Титульный лист (приложение I). Задание на проектирование. Содержание.

4.2.1. Введение.

4.2.2. Определение числа и характера исполнительных движений. Разработка структурной схемы проектируемого станка.

4.2.3. Определение и обоснование технических характеристик станка.

4.2.4. Компоновка станка.

4.2.5.Кинематический расчет приводов главного движения и по-

дач.

4

4.2.6.Выбор и расчет опор валов приводов главного движения и подачи. Расчет валов.

4.2.7.Конструирование и расчет шпиндельного узла.

4.2.8.Расчет тягового устройства привода подач.

4.2.9.Проектирование гидропривода станка.

4.2.10.Конструирование и расчет направляющих.

4.2.11.Разработка сборочной единицы оригинальной конструк-

ции.

4.2.12.Проектирование привода быстрых перемещений.

4.2.13.Расчет основных базовых деталей станка.

4.2.14.Проектирование системы управления.

4.2.15.Системы смазки станка и подачи СОД.

4.2.16.Автоматизация загрузки и разгрузки обрабатываемых деталей и смены инструмента.

4.2.17.Установка станка.

4.2.18.Техника безопасности при работе на спроектированном

станке.

4.2.19.Общие положения по эксплуатации и проверке станка.

Конкретное содержание расчетно-пояснительной записки зависит от темы проекта. Общий объем расчетно-пояснительной записки должен составить 50-55 страниц формата А4 (ГОСТ 2.301-68). При разработке кинематики и гидравлики проектируемого станка общий объем этих разделов должен сохраниться.

В зависимости от особенностей задания отдельные разделы допускается объединять или исключать, а также вводить новые. Изменение объема или содержания курсового проекта обязательно согласуется с руководителем.

Требования к выполнению графической части проекта и оформлению пояснительной записки приведены в учебном пособии по курсовому и дипломному проектированию по металлорежущим станкам [19], а также в литературе [32] .

5. ПОДГОТОВКА К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Подготовительный этап проектирования включен в программу технологической практики студентов 4-го курса.

Этап позволяет представить состояние дел в соответствующей области, подготовить основы выработки проектных решений.

5

Для достижения указанной цели необходимо провести подборку и анализ литературы по тематике КП, в котором особое внимание необходимо уделить компоновке, конструктивным решениям в разработке основных узлов станков, кинематике и системе управления, а также ознакомиться с работой аналогичного оборудования на предприятии и собрать материал, касающийся операций технологического процесса, выполняемых на этом оборудовании, компоновки, из паспортов станков перечертить кинематическую, гидравлическую и другие схемы, сделать эскизы основных сборочных единиц станков (шпиндельного узла, развертки и свертки коробок скоростей и подач, тягового устройства, базовых деталей станка).

На основании анализа существующих конструкций, патентного поиска, анализа литературы предлагаются новые технические решения, которые могут быть применены при проектировании оборудования.

Данный материал приводится в отчете по практике.

6. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО СТАНКА

В КП по МРС после уточнения служебного назначения станка, разработки технологических процессов обработки деталей на станке, определения числа и характера исполнительных движений приступают

кпостроению структурной схемы станка. Методика построения, способы соединения кинематических групп, типовые кинематические структуры станков, анализ вариантов размещения органов настройки приведены в литературе [5, с. 482-507].

Построение нужно начинать с внутренней кинематической связи,

ккоторой от источника движения подводится внешняя связь так, чтобы основной поток мощности не проходил через органы настройки параметров движения внутренней связи.

Установка органов настройки параметров исполнительных движений должна подчиняться следующим условиям:

-во внутренней кинематической связи можно устанавливать орган настройки траектории движения;

-во внешней кинематической цепи устанавливают органы настройки других параметров пути, исходного положения, направления и скорости движения;

-размещение органов настройки в кинематических цепях должно быть таково, чтобы настройка каждого параметра могла выполняться

6

одним органом и воздействие на него не требовало бы перестройки других органов.

Для станков с ЧПУ типовые схемы приводов главного движения приведены в литературе [34] , структурные схемы электроприводов подач - в литературе [18].

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКА

Основными техническими характеристиками станка, определяющими его производственные возможности, являются: предельные значения частот вращения шпинделя (чисел двойных ходов столов и nmin, nmax и подач Smin, Smах; их промежуточные значения между nmin и nmax и Smin и Smах; эффективная мощность, затрачиваемая на реза-

ние; габаритные размеры заготовки.

Обоснование технических характеристик универсальных, специальных и специализированных станков выполняется после тщательного анализа всех возможных вариантов обработки путем назначения режимов резания с использованием типовых нормативов [22] и рекомендаций, приведенных в литературе [33].

Особенности определения основных технических характеристик автоматизированных станков и станочных систем приведены в литера-

туре [19].

Для станков с ЧПУ рекомендуемые характеристики приводов главного движения токарных, токарно-карусельных, координатносверлильных, горизонтально-расточных, сверлильно-фрезерно-рас- точных, сверлильно-фрезерных, продольно-фрезерных и вертикальнофрезерных станков приведены в литературе [34].

8. КОМПОНОВКА СТАНКА

Исходными данными для выбора варианта компоновки станка являются требования технологического процесса обработки деталей, указанных в задании, либо принятых типовых представителей, разработанные технологические характеристики и структурная схема станка.

На основании структурных схем определяют необходимый состав рабочих движений и их взаимосвязь, вспомогательные и устано-

7

вочные движения, число шпинделей, число рабочих и загрузочных позиций и другие данные.

Выбор варианта компоновки в КП необходимо проводить после анализа компоновок станков - аналогов. Выбранный вариант компоновки должен обеспечить требования технологического процесса обработки детали на станке, технологичность конструкции самого станка, обеспечить наименьшую его металлоемкости, занимаемую площадь и т.д.

Рекомендации по выбору компоновок станков различных групп,

атакже станочных систем приведены в литературе [19, 27].

9.КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ И ПОДАЧ СТАНКОВ

Кинематический расчет привода главного движения выполняется на базе следующих исходных данных: максимальная и минимальная частоты вращения выходного вала (числа двойных ходов), структурная схема станка, число скоростей привода, знаменатель ряда скоростей привода.

На основе анализа выбирается структура привода и записывается лучший вариант структурной формулы [19, 33], которая определяет число групп передач, число передач в каждой группе, последовательность переключения передач для получения геометрического ряда, порядок конструктивного расположения различных групп в приводе, характеристику каждой группы передач.

Рекомендуемые множительные и сложенные структуры приводов главного движения и подач для станков общего назначения приведены в литературе [9], а для станков с ЧПУ - в работе [34]. В автоматизированных приводах главного движения станков токарной, сверлиль- но-расточной и фрезерной групп, а также в станках с ЧПУ применяют унифицированные автоматические коробки передач серии АКС. Конструкции, кинематические данные, габаритные размеры АКС и рекомендации по их применению приведены в работах [18, 35].

Для выбранной структуры чертят кинематическую схему, рассчитывают коэффициент полезного действия привода.

На следующем этапе выбирают двигатель привода с учетом режима его работы в приводе. Рекомендации по выбору двигателей приводов главного движения и подач станков приведены в литературе [10, 18, 19, 33].

8

Согласно структурной схеме привода и кинематической схеме строят структурную сетку и график чисел оборотов (чисел двойных ходов), по которому определяют передаточные отношения групп передач с учетом ограничений [33, 19] (для привода главного движения 1/4≤ i ≤ 2, для привода подачи 1/5 ≤ i ≤ 2,8).

На следующем этапе кинематического расчета проводят расчет чисел зубьев передач привода. Расчет проводится аналитическим [4, 5, 19, 28, 33] или табличным [20, 24] методами.

После расчета числа зубьев передач проводят проверку соответствия действительного числа оборотов стандартным значениям (нормаль Н-I I-1) [33]. Полученные значения не должны отклоняться от

табличных более чем на +− 10 (φ - 1)% [31]. Результаты проверки сво-

дятся в таблицу.

Вычерчивают кинематическую схему согласно условным обозначениям (ГОСТ 2.770-68) с учетом требований ГОСТ 2.701-76, 2.70368, 2.721-77, намечаются места установки тормоза и элементов привода системы смазки, выявляется возможность уменьшения размеров привода.

В дальнейшем кинематическая схема дополняется данными, полученными в результате расчета ременной и др. передач по методике, приведенной в литературе [13, 25, 31, 32] .

Кинематический расчет привода подачи аналогичен.

10. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Исходными данными при расчете являются передаточные отношения всех передач, графики частот вращения и подач, обеспечиваемые заданными структурами, максимальные нагрузки, действующие на конечное звено привода.

Рекомендуется следующий порядок проектирования зубчатых передач [19].

1.Определение максимальных крутящих моментов на всех валах коробки передач.

2.Предварительный расчет диаметров валов, исходя из прочности материалов на кручение и модулей всех групп передач.

3.Нахождение межосевого расстояния между валами групп передач. Для передачи с наименьшим передаточным отношением по модулю из таблиц [Н 21-5] подбирается сумма чисел зубьев, соответст-

9

вующая межосевому расстоянию. Рекомендуется минимальное число зубьев некоррегированного зубчатого колеса принимать не менее 18.

4.Определяют основные конструктивные параметры передачи: делительный диаметр, диаметр окружности впадин, размеры ступицы и т.д.

5.Вычерчивают все зубчатые колеса, муфты и другие механизмы без подробной проработки конструкции.

6.Вычисляют межосевое расстояние валов следующей группы передач и повторяют приведенные выше операции.

Методика расчета зубчатых передач станков отличается от методики аналогичного расчета других машин следующими особенностями:

1.В коробке передач станков в каждой кинематической группе применяются передачи с одинаковым модулем и неизменным межосевым расстоянием. Модуль для всей группы передач определяют исходя из условия ограниченной долговечности работы зубчатых передач, ограниченной скорости вращения и полученных при кинематическом расчете передаточных отношений и числа зубьев шестерен [13, 27, 28];

2.Расчет крутящих моментов на валах коробок передач производится по расчетному числу оборотов [24, 28, 33];

3.Переменность режима работы передачи учитывается путем введения в расчетные формулы соответствующих коэффициентов [24, 28].

Расчет модуля зубчатых колес необходимо выполнять в два эта-

па (ГОСТ 21354-75).

На первом этапе выполняется проектировочный расчет модуля на контактную выносливость по диаметру шестерни с минимальным числом зубьев. Для обеспечения изгибной прочности зубьев с упрочненной поверхностью (цементация, азотирование и т.п.) рассматривают также минимально допустимый модуль на выносливость по изгибу. Больший модуль из расчета на контактную и изгибную прочность округляют до ближайшего большего стандартного.

На втором этапе выполняется проверочный расчет, где при известных параметрах передачи и условиях ее работы определяют изгибные и контактные напряжения и сравнивают их с допустимыми по выносливости материала. В результате уточняются размеры передачи, материал и термохимическая обработка зубьев колес.

Методика подробно изложена в литературе [20].