Дипломная работа: Реконструкция горизонтально-расточного станка повышенной жесткости

Дипломная работа: Реконструкция горизонтально-расточного станка повышенной жесткости

Содержание

Введение

1 Обзор состояния вопроса и постановка задачи на дипломное проектирование

1.2 Горизонтально-расточные станки выпускаемые в РФ и других странах

1.3 Пути и цели модернизации станков

1.4 Постановка задачи на дипломное проектирование

2 Реконструкция горизонтально-расточного станка модели 2А622

2.1 Обоснование реконструкции станка

2.2 Компоновка станка повышенной жесткости

2.3 Обоснование повышенной производительности станка (режимы резания)

2.3.1 Выбор режимов резания

2.3.2 Определить скорость главного движения резания u (м/мин), допускаемую режущими свойствами резца по формуле

2.3.3 Составляющие силы резания

2.3.4 Мощность резания рассчитаем по формуле

2.4 Расчет коробки скоростей

2.4.1 Выбор приводного электродвигателя

2.4.2 Определение общего диапазона регулирования привода

2.4.3 Определение общего числа ступеней скорости

2.4.4 Выбор конструктивных вариантов привода

2.4.5 Определение числа возможных кинематических вариантов

2.4.6 Определение максимальных передаточных отношений по группам передач

2.5 Выбор вариантов структурной формулы

2.5.1 Выбор первого варианта

2.5.2 Выбор второго варианта

2.5.3 Выбор третьего варианта

2.5.4 Выбор четвертого варианта

2.6 Построение структурной сетки

2.7 Построение графика частот вращения

2.8 Определение передаточных отношений в группах передач

2.9 Определение чисел зубьев передач

 2.10 Определение крутящих моментов на валах коробки скоростей

2.11 Расчет прямозубой эвольвентной передачи

2.11.1 Определение модуля зубчатой передачи расчетом на контактную выносливость зубьев

2.11.2 Определение модуля зубчатой передачи расчетом на выносливость зубьев при изгибе

2.11.3 Определение стандартного модуля зубчатой передачи

2.12 Расчет и построение свертки коробки скоростей

2.13 Расчет и подбор подшипников

2.14 Расчет сечения сплошного вала

3 Проектирование шпиндельного узла

3.1 Тепловой расчет шпиндельного узла

3.2 Динамический расчет шпиндельного узла

4 Проектирование стойки станка

4.1 Компоновка стойки

4.2 Расчет направляющих

5 Проектирование шпиндельной бабки

5.1 Компоновка шпиндельной бабки

6 Статический и динамический расчет стойки и шпиндельной бабки

6.1 Статический расчет стойки и шпиндельной бабки

6.1.1 Статические характеристики

6.1.2 Динамические характеристики стойки и шпиндельной бабки

5 Расчет экономического эффекта от реконструкции горизонтально-расточного станка мод. 2А622

5.1 Снижение трудоемкости

5.2 Расчет необходимого количества оборудования и его загрузки

5.2.1 Расчетное количество рабочих мест

5.2.2 Принятое количество рабочих мест

5.3 Расчет годовой производительности единицы оборудования и ее изменения

5.3.1 Годовая производительность единицы оборудования

5.3.2 Коэффициент роста производительности оборудования

5.4 Расчет капитальных вложений в оборудование

5.5 Расчет технологической себестоимости годового выпуска изделий

5.5.1 Расчет годовой заработной платы с отчислениями

5.5.2 Расчет годовых затрат на электроэнергию

5.5.3 Расчет годовых амортизационных отчислений для оборудования

5.5.4 Расчет годовых затрат на текущий ремонт оборудования

5.5.5 Расчет годовых затрат на инструмент

5.5.6 Расчет технологической себестоимости годового выпуска изделий

5.6 Штучная технологическая себестоимость

5.7 Экономия от снижения себестоимости

5.8 Расчет приведенных затрат

5.8.1 Годовые приведенные затраты

5.8.2 Удельные приведенные затраты

5.9 Годовой экономический эффект

6 Безопасность труда

6.1 Анализ условий труда

6.2 Мероприятия по улучшению условий труда

6.3 Расчет защитного заземления

6.4 Возможные чрезвычайные ситуации

6.4.1 Расчет времени эвакуации при пожаре

Заключение

Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ Д (справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ Е (справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ З (справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ П (справочное)

Важнейшими условиями увеличения роста промышленной продукции является развитие электрификации, комплексной механизации и автоматизации, внедрение новейшего высокопроизводительного оборудования и передовой технологии, широкая замена и модернизация устаревшего оборудования.

Осуществление этих задач в машиностроительной металлообрабатывающей промышленности связанно в первую очередь с повышением производительности основного технологического оборудования - металлорежущих станков.

Работа над созданием и совершенствованием средств автоматизации должна развиваться в двух направлениях: создание средств автоматизации выпускаемого и действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности; создание новых автоматизированных технологических комплексов, где увязаны вопросы повышения производительности, надежности, точности выполнения работ, а также уровня автоматизации операций с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналадки с целью адаптации к изменяющимся производственным условиям.

Для обеспечения повышения производительности труда в машиностроении большое значение имеет более полное использование действующего парка станков, в первую очередь за счет его модернизации и реконструкции.

Работами, проведенными в промышленности в последние годы, практически доказана возможность значительного повышения эксплуатационных показателей действующих станков путем несложной их переделки.

Однако подавляющая часть работ в области модернизации оборудования проводилась только в направлении повышения быстроходности и мощности. Вопросами механизации и автоматизации рабочего цикла станков уделялось мало внимания. В результате производительность станков повысилась недостаточно, значительно возрос удельный вес затрат времени на выполнение вспомогательных и подготовительно - заключительных работ. Основным направлением модернизации действующего парка станков для обеспечения его наибольшей производительности должно явиться комплексное решение всех факторов, влияющих на производительность, и в первую очередь на повышении уровня автоматизации станков.

1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи на дипломное проектирование

Развитие технического прогресса во всех областях науки и техники связано с повышением требований к точности обработки деталей машин при высокой производительности технологического оборудования. Важно не только получить высокую начальную точность станка, но и сохранить её в течении длительного периода эксплуатации. Надёжность станка как технологической системы (технологическая надёжность) становится одной из основных характеристик его качества. Повышение технологической надёжности – одновременное повышение производительности и ресурса работы станков, повышение их эффективности использования в производстве, так как при этом сокращается число подналадок станков, уменьшается объём контрольных измерений деталей, стабилизируется величина припуска, оставляемого на окончательные операции обработки.

С распространением идей кибернетики возник новый взгляд на станки как на машины с неизбежными (естественными) погрешностями функционирования, потому что станок нельзя изолировать от среды, в которой он работает, от влияния вредных процессов, протекающих при его работе (вибраций, силовых и тепловых деформаций, износа, коробления деталей и т.д.). Основным направлением повышения технологической надёжности станков является создание саморегулируемых станков, сохраняющих показатели точности обработки при воздействии окружающей среды и указанных вредных процессов.

Степень воздействия факторов, влияющих на точность обработки, определяется особенностями конструкции станков, технологии и организации производства, используемых при их эксплуатации. Как показывают исследования, погрешности, связанные с тепловыми деформациями, соизмеримы с допусками на изготовление деталей и с требованиями к точности перемещений рабочих узлов станков, а нередко значительно их превышают.

В настоящее время уровень российского станкостроения довольно высок. Российское станкостроение представлено несколькими фирмами. Среди них 4 широко известных станкостроительных завода: Рязанский, Стерлитамакский, Нижегородский и Ивановский, также малоизвестный “Электросистема”, 2 сравнительно недавно созданных фирмы “Пумори” и “Микротехника”. Как правило, наши станки, за исключением некоторых производства Стерлитамакского завода и завода “Электросистема”, не оснащены УЧПУ и большинство из них не имеет индекса СЕ, т.е. не сертифицировано для европейского рынка. Однако это не мешает потенциальным заказчиками, в т.ч. из Европы, активно интересоваться условиями продажи этих станков, несмотря на их довольно непрезентабельный внешний вид.

Фирма “Стерлитамак М.Т.Е.”, демонстрирует широкую номенклатуру своего станочного оборудования, прежде всего многоцелевых станков (но также вертикально- и радиально – сверлильных, хонинговальных, а также прессов).

Обрабатывающий центр модели 630Н предназначен для комлексной 4-х сторонней обработки деталей из различных материалов в условиях мелкосерийного и серийного производства.

Обрабатывающий центр модели 630VH предназначен для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов с пяти сторон без переустановки в условиях мелкосерийного, серийного и крупносерийного производства.

Обрабатывающий центр модели 800VF6 предназначен для комплексной обработки деталей из различных материалов в 6 координатах управляемых ЧПУ (5 координат управляются одновременно), возможность 5-осевой обработки сложных деталей, постоянная точность обработки, длительный срок эксплуатации, возможность оснащения стандартными и специальными поворотными столами.

Постепенно возрождается Ивановский завод тяжелого станкостроения – когда-то флагман советского станкостроения, один из немногих заводов, успешно экспортировавших свои многоцелевые станки и ГПМ за рубеж. Это возрождение стало очевидным на примере развития его новейших разработок. Если на выставке “Металлообработка – 98” демонстрировался прототип станка мод. “Суперцентр ИС 630”, то спустя 2 года посетители увидели уже серийные образцы этого станка с размерами спутников 630 х 630 мм и аналогичного станка большего типоразмера – “Суперцентр ИС 800”.

Их важнейшие технические характеристики – максимальные скорости перемещения по осям координат – 60 м/мин (ИС630) и 40 м/мин (ИС 800), ускорения (8 м/с2), а также частота вращения шпинделя – 12000 об/мин. Следует также отметить, что “Суперцентр ИС 800” впервые оснащен расточной оправкой длиной 600 мм, что позволяет без переустанова обрабатывать на нем достаточно длинные детали автомобильных двигателей (блоки цилиндров, головки блоков).

Одним из самых наглядных свидетельств продолжения развития станкостроения в России стал разработанный ЛСПО “Свердлов” прототип мехатронного обрабатывающего центра мод. МС 630 ПМФ4. Этот 5- координатный прецизионный (точность линейного позиционирования ± 3мкм, углового ± 2 угл. с) обрабатывающий центр имеет необычную и в то же время рациональную компоновку и предназначен для обработки (с пяти сторон) заготовок размерами до 500 х 500 х 500 мм с поверхностями пространственно сложных форм, в частности сверления и растачивания отверстий, а также измерения этих поверхностей с записью управляющих программ для их обработки. Заготовки устанавливают на поворотном столе диаметром 630 мм и грузоподъемностью 1000 кг. Скорости линейных подач составляют 30 м/мин, угловых – до 18 об/мин, частота вращения шпинделя (от привода мощностью 20 кВт) достигает 24000 об/мин. Инструментальный магазин станка рассчитан на 12 инструментов с конусом ISO 50.

К числу российских предприятий, станки которых отличаются высоким техническим уровнем, безусловно относится и ОАО САВМА - основной поставщик станков для авиакосмической промышленности России. Его фрезерные и многоцелевые станки предназначены для обработки как чугуна и стали, так и труднообрабатываемых материалов, например, титана, а также алюминия.

Рязанский станкостроительный завод и АО “САСТА” специализируются на производстве универсальных токарных станков и станков для обработки труб нефтегазового сортамента.

И конечно же у отечественных станков есть много зарубежных конкурентов. Во главе далеко не малого списка стоят такие страны как Япония, Германия, США, Корея, Швейцария, Италия.

Эти страны по истине являются гигантами станкостроения. Объемы продаж постоянно растут, разрабатываются новые технологии, внедряются новые материалы, выявляются новые тенденции и принципы станкостроения. Каждая страна, и даже каждая фирма, стремится повысить конкурентоспособность свей продукции. Именно поэтому периодически происходит смена лидера, оставляя общее положение без изменений.

Обрабатывающий центр фирмы “CINCINNATI LAMB” идеально подходят для небольших механических цехов и учебных центров, так как сочетают в себе легкость эксплуатации, высокую производительность и низкую стоимость. Высокая точность обработки: точность позиционирования ±5 мкм, воспроизводимость ±1 мкм. Скорость быстрой подачи 20 м/мин и величина разгона - замедления привода 3 м/с2 обеспечивают максимально высокий коэффициент использования шпинделя. Функции, обычно доступные только на дорогостоящих станках, например, предварительное программирование разгона-замедления и функция цилиндрической интерполяции для обеспечения оптимальной скорости контурной обработки и точности. Конвейер шнекового типа для удаления стружки, входящий в базовую комплектацию станка, уменьшает время очистки рабочей зоны.

Вертикальные обрабатывающие центры VMC 40 и VMC 40/8 предназначены для широкого диапазона фрезерных, сверлильных, расточных и прочих операций. Концепция центров основана на продольном перемещении стола, вертикального и поперечного перемещения шпиндельной бабки. Этим обеспечивается высокая стабильность и точность при высокой производительности фрезерования. Сервоприводы соединены с точными ШВП. На станках применены направляющие качения фирмы SCHNEEBERGER. Эта комбинация обеспечивает высокую точность позиционирования наряду с высокими скоростями подач. Широкий диапазон частот вращения шпинделя позволяет обрабатывать все виды материалов.

1.3 Пути и цели модернизации станков

Повышение производительности металлорежущих станков является важной проблемой для заводов машиностроения. Производительность станков может быть повышена проведением ряда мероприятий.

В настоящее время усилия станкостроителей направлены на совершенствование узлов металлорежущих станков.

В частности, предлагаются различные системы и методы смазки подшипников. Недостатки и дороговизну гидростатических и магнитных подшипников пытаются уменьшить путём создания гибридных конструкций. Так, фирма NTN (Япония) предложила комбинацию аэростатического и магнитного подвеса, а фирма Okuma (Япония), используя этот шпиндель, получила высочайшее качество обработанной поверхности.

Повышение жёсткости и точности базирования инструмента достигается путём изменения свойств и конструкции хвостовика. Его дальнейшее совершенствование привело к замене дисковых пружин, подверженных усталости вызывающих нестабильность усилия зажима и разжима, спиральными дисковыми, а также газовым зажимом. В последнем случае механизм зажима укоротился на 50 мм.

Также созданы и применяются ШВП, рассчитанные на скорости перемещения до 200 м/мин.

Создан и стал применяться на станках линейный привод, создающий крутящий момент. К его преимуществам относят: малую нагрузку на систему привода из-за отсутствия взаимодействия между постоянным магнитом и стальным сердечником; простоту получения значительного усилия; высокую стабильность скорости в пределах 0,05 %, т.к. в двигателе отсутствует сердечник, а деформация обмотки во время работы очень мала из-за её значительной жесткости; малое выделение тепла; простоту замены; простоту сборки без регулировки зазора, т.к. эксцентриситет вала по отношению к обмотке ни на что не влияет.

Также усовершенствоваются классические шпиндели, они разрабатываются специально для высоких оборотов и высокой точности. Широкое основание, высокоточные радиально-упорные подшипники. Прямой привод обеспечивает низкий уровень шума, низкие вибрации и высочайшее качество обрабатываемой поверхности.

Развиваются и другие устройства привода подачи. Например, стандартными стали устройства охлаждения винтов ШВП. Предложены устройства, монтируемые с противоположной стороны двигателя, что упрощает монтаж.

Что касается направляющих, то их совершенствование свелось к компромиссу между применением гидростатики, востребованной в наиболее точных многоцелевых, токарных и шлифовальных станках, и сохранением силы трения, препятствующей возникновению колебаний. Чистые направляющие скольжения из-за высокой силы трения не обеспечивают достаточной точности позиционирования и вызывают проблемы при больших подачах. Направляющие качения, хотя и наиболее популярны, но обладают малой демпфирующей способностью и поэтому не гасят колебания. В результате наблюдается рост конструкций гибридного типа, и совершенствуются направляющие качения с целью повысить их демпфирующую способность.

Базовые элементы конструкций станков всё чаще изготавливают из новых материалов. Всё большую популярность завоёвывает полимербетон, обладающий следующими преимуществами в сравнении с чугуном: прекрасными демпфирующими свойствами; превосходной тепловой стабильностью, высокой химической стабильностью, отсутствием необходимости в окраске, коротким циклом производства, сокращением объёмов последующей обработки, возможностью изготовления сложных форм из нескольких простых путём склейки. Необходимость снижения массы подвижных узлов высокоскоростных станков требует применения и других конструкционных материалов. В их числе керамика, алюминиевые сплавы, упрочнение углеродным волокном, пластмасса и др.

Упорная работа ведётся по расширению технологических возможностей станка. Станок приспосабливают для выполнения более широкого круга работ в пределах его основного технологического назначения или для выполнения ранее не свойственных ему работ.

Общие тенденции развития конструкций станков сводятся к созданию многооперационных станков вместо высокоскоростных, т.к. концентрация различных операции вместо простой интенсификации рабочего процесса даёт больший эффект повышения производительности.

К такой категории станков относятся многоцелевые расточные станки. Именно в них сосредоточена наибольшая концентрация различного рода операций и именно такие станки являются базой для создания крупных обрабатывающих центров.

Значение высокоскоростной обработки и в особенности высокоскоростного фрезерования значительно возросло с появлением новых конструкций станков и инструментов, позволяющих снимать большой объем материала, что приводит к снижению времени обработки при одновременном повышении качества поверхности готовых деталей. В статье G. Warnecke , et al. «Динамика высокоскоростной обработки» отмечается, что скорости резания при высокоскоростной обработке в 2 - 3 раза превышают скорости резания при обычной. В связи с ускорением времени контакта между режущими кромками инструмента и заготовкой поведение ее материала при высокой степени деформации, высокой температуре этого материала и инструмента до конца пока неясно и не может быть точно описано обычными законами металловедения. При обычных скоростях резания с их увеличением сила резания уменьшается, а при очень высоких, благодаря силам инерции, увеличивается. Измерение этих сил затруднено вследствие ограничений, налагаемых измерительной системой. Чтобы обеспечить воспроизводимость измерений фактически действующих сил резания, например, при фрезеровании эта система должна обладать очень высокой жесткостью и иметь датчик с достаточно высокими резонансными частотами. Для увеличения диапазона скоростей, при которых могут быть измерены силы резания, можно использовать алгоритмы расчета сигнала, на который не оказывают влияния системы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8