Объяснялка
.docВашему вниманию представлена выпускная работа, выполненная на тему «Модернизация станка 1П756ДФ3 для обработки типовой детали - Стакан».
На первом этапе конструкторско-технологических работ был произведён анализ детали и поиск возможностей технологического и экономического улучшения процесса её изготовления.
Деталь представляет собой тело вращения, большинство поверхностей имеют 14 квалитет точности и шероховатость 3,2 мкм, их получение возможно механической обработкой на токарном оборудовании. Внутренняя посадочную цилиндрическая поверхность диаметром 60, торец детали и наружной цилиндрической поверхности диаметром 260 можно обеспечить на современном шлифовальном оборудовании. Хорошим вариантом модернизации является концентрации фрезерной обработки четырёх выборок, сверления 24 отверстий на торце фланца и 3 отверстий на дне стакана с нарезанием резьбы в одной токарно-фрезерной операции.
Исходя из заданной годовой программы 1000 штук было рассчитано, что имеет место среднесерийное производство. Это допускает применение специальной оснастки, такой как цанговая оправка для объедения операций.
На рынке станочного оборудования подставлены многочисленные аналоги станков различных производителей, обеспечивающих выполнение данных операций на одном рабочем месте, включая многоцелевые токарно-фрезерные обрабатывающие центры, но значительно выгоднее экономически и целесообразней продлить срок службы уже существующего оборудования. На базе не изнашиваемых и основных, но металлоёмких и дорогих в производстве нового станка частей, таких как станина, суппорт, кабинет и т.д. возможно произвести модернизацию станка. При этом, с учётом развития технологий за время эксплуатации станка, устанавливаемые и заменяемые узлы обладают улучшенными характеристиками.
Достойным вариантом для модернизации служит токарно-револьверный станок с ЧПУ 1П756ДФ3. На станке возможно выполнить черновые и чистовые токарные операции по обработке наружных, внутренних цилиндрических поверхностей, а также обработать коническую поверхность на фланце. Для этого на суппорте имеются две револьверные головки с креплениями инструментов для поверхностной и осевой обработки. Благодаря установке новой револьверной головки с приводным инструментом, оснащения передней бабки станка шпинделем полярной координаты и установке детали в цанговой концевой оправке на токарно-револьверном станке появилась возможность выполнить сверлильную и фрезерную операции.
Для возможности обработки отверстий на фланце и фрезерования выточек посредством поворота детали в шпинделе токарного станка 1П756ДФ3 вокруг своей оси произведена переработка кинематики шпиндельной бабки станка, заменена револьверная головка на современную с приводным инструментом, а также заменено устройство ЧПУ на современное, удобное и более эффективное.
Станок 1П756ДФ3 выпускался Рязанским станкостроительным заводом в 1979 году. Изнашиваемые узлы станка в местах сопряжений деталей, такие как направляющие и ШВП, устаревающие и выходящие со временем приводные двигатели можно заменить на современные аналоги, но целью данной работы является наделить станок возможностью выполнять кроме токарной сверлильные и фрезерные операции, поэтому они не учитываются.
На суппорте станка уже имеется восьмипозиционная револьверная головка и взамен неё возможно поставить необходимую с приводным инструментом. Для этого придётся доработать крепления к суппорту. Для её крепления на суппорте станка необходимо предусмотреть переходную плиту, чтобы обеспечить совпадение горизонтальной оси с осью станка. При выборе новой револьверной головки необходимо учитывать её размеры и сравнить технические характеристики с оригиналом. Выбранная револьверная головка с приводным инструментом Sauter 0.5.473.520 по всем показателям превосходит устаревший вариант. Хотя габариты новой револьверной головки с кожухом превосходят размеры аналога, для её установки хватит рабочего пространства, и она не будет мешать остальным узлам станка.
Револьверная головка предназначена для обработки деталей на переднем и обратном ходе на токарных станках. Отличительные признаки: надежная конструкция, простое управление, быстрое переключение, благодаря электромеханическому приводу для поворота и фиксации головки, не требуется дополнительных технических сред, абсолютный круговой датчик положения (не требуется выезд на референтную точку), высокая нагрузочная способность благодаря значительному усилию фиксации с применением специального тройного хиртового зубчатого зацепления, невосприимчивость к столкновениям благодаря незначительной кинетической энергии привода и надёжному крепежному кольцевому пазу инструментального диска, возможно управление непосредственно от системы управления станком или от устройства управления SAUTER EK 501, литой корпус для фланцевой установки с наибольшей жесткостью, возможность встраивания водяного охлаждения, подвод СОЖ, датчик усилия резания.
Для анализа возможности обработки на станке приводным инструментом, произведён расчет необходимой мощности при максимальных параметрах, возможных на данном оборудовании. Делаем вывод, что мощность приводного инструмента при обработке не превышает его заводских характеристик N = 8 кВт. и выбранная из конструктивных соображений револьверная головка с запасом может обеспечить обработку приводным инструментом.
В шпиндельной бабке установлен двигатель постоянного тока с трёхступенчатой автоматической коробкой передач, но нет двигателя полярной координаты, обеспечивающего точные повороты детали во время сверлильных и фрезерный операций, а также надёжной фиксации заданного положения. Современная двигательная промышленность предлагает намного более точные двигатели с датчиками поворотов и возможностью бесступенчатого регулирования скорости вращения шпинделя при тех же мощностях резания.
Для модернизации выбираю встраиваемый короткозамкнутыми асинхронными двигатель MSS312B-0035 для токарных станков с водяным охлаждением. Эти встраиваемые двигатели были специально разработаны для работы главных шпинделей с переменной скоростью на токарных станках. Выбор осуществляется по посадочному диаметру шпинделя, минимальным габаритным размерам, ввиду конструкции шпиндельной бабки станка 1П756ДФ3, и достаточной мощности (не менее 22 кВт). Технические характеристики выбранного двигателя представлены на чертеже и в пояснительной записке.
Отличительными особенностями встраиваемых двигателей являются: компактная конструкция, высокая удельная мощность в результате водяного охлаждения, отсутствие поперечных усилий привода способствует очень высокой точности, плавному движению шпинделя даже на очень низких скоростях, быстрое торможение и нарастание, полный крутящий момент при останове, простое обслуживание, увеличенная жесткость благодаря креплению между подшипниками, совместимость оси C благодаря измерительной системе с полым валом, закрепленной на шпинделе, низкий уровень шума, можно демонтировать путем впрыскивания масла под давлением без влияния на поверхность соединения, ротор с втулкой предварительно сбалансирован и окончательно обработан.
Встраиваемый двигатель устанавливается с помощью термоусадки на шпиндель станка и фиксируется от вращения под действием крутящего момента с помощью 6 винтов М6, вкручиваемых в предусмотренные изготовителем 6 отверстий на торце двигателя. Для крепления к шпиндельной бабке станка необходима переходная втулка, которая крепится к хомуту при помощи 6 болтов с шестигранной головкой М8. При условии достижения двигателем максимального крутящего момента болты рассчитаны на срез.
Одной из ответственных частей модернизации является выбор новой системы ЧПУ для станка взамен Bosch CNC System 5, виду того, что она не может обеспечить управление дополнительной полярной координатой. Хотя это и удорожает проводимую модернизацию, всё же обновление электроники станка на современную значительно снизит риск выхода её из строя, увеличит комфорт управления, уменьшится площадь, занимаемая старой электроникой.
Для наиболее полного раскрытия всех технологических возможностей станка был проанализирован рынок современных систем ЧПУ. На данный момент лидером в области систем управления станками является фирма Siemems. Она предлагает выбор из двух выпускаемых систем ЧПУ: Siemems Sinumerik 802D и Siemems Sinumerik 840D. Вторая обеспечивает максимальную производительность и гибкость при любых типах обработки, хорошо подходит для пяти координатной обработке, но экономически невыгодно на станок с тремя управляемыми осями устанавливать дорогую систему ЧПУ точно также, как и бессмысленна установка на МОЦ слабой системы ЧПУ. Учитывая, что Siemems Sinumerik 802D предусматривает возможность управления шпинделями токарных станков по скорости и положению, то на станок 1П756ДФ3 предлагается установить эту систему.
Новая система обладает рядом достоинств, таких как: смягчение рывков за счет оптимальных параметров ускорения, защита доступа к программам, активная коррекция режимов и инструмента, система аварийных и вспомогательных сообщений, функции диагностики и индикации, функция компенсации люфтов, лёгкий поиск по кадрам программы, большая память и возможность работы с современными носителями информации, большой выбор встроенных программ (поиск центра окружности, контроль зажима и т.д.), выбор системы измерения, отработка больших программ, компенсация скольжения, процентровка скорости, режим сопровождения (контроля), винтовая интерполяция для нарезки резьбы фрезой, возможность усовершенствования системы на языке высокого уровня, подключение периферийных устройств, смещение нулевой точки и т.д.
Для демонстрации возможности модернизованного станка в соответствии с дополнительным заданием в ходе выполнения данной курсовой работы был разработан технологический процесс изготовления детали «Стакан», соответствующий стандартной методике проектирования.
Прежде всего было необходимо ознакомится с назначением и принцип действия изделия, понять какую роль играет разрабатываемая деталь в его составе. Немаловажную роль в начале разработки техпроцесса сыграла оценка её технологичности.
На основании выданной программы выпуска, изучения характеристик материала детали были рассчитаны несколько вариантов изготовления заготовки и выбран оптимальный по качеству и себестоимости изготовления.
Набор методов механической обработки детали определяется исходя из качества поверхностей и точности размеров, заданных конструктором. Была достигнута выгодная, с технологической точки зрения, схема обработки детали, разработан маршрутный техпроцесс изготовления детали, рассчитаны операционные размеры для каждой операции.
Применение токарно-фрезерного станка ЧПУ позволило объединить ряд операции в одну, что повысило производительность технологического процесса, точность, т.к. уменьшилось количество переустановок. Для этого потребовалось разработать специальную оснастку - концевую цанговую оправку с пневмоприводном. Были рассчитаны габариты необходимого пневмоцилиндра, для обеспечения усилия зажима от стандартном давления магистрали 6,3 МПа. Приспособление рассчитано на точность.
Экономическая эффективность от использования модернизованного станка 1П756ДФ3 для обработки типовой детали «Стакан» составила 3 137 299 рублей по сравнению с базовым технологическим процессом, при этом модернизированный станок более конкурентоспособен, очень быстро окупится и через 20,4 месяцев своей работы начнет приносить доход при стандартных рамках окупаемости модернизации 4…5 лет.
Помимо экономического эффекта модернизация имеет и социальную эффективность: на привычном, но модернизированном оборудовании сможет работать тот же персонал; вызывает интерес с точки зрения введения новшеств в привычное оборудование; позволяет облегчить обслуживание и ремонт станка.
Таким образом проведён комплекс конструкторско-технологических работ по модернизации токарно-револьверного станка и технологического процесса с его применением для целью уменьшения себестоимости изготовления детали Стакан.
В результате выполнения работы токарный станок 1П756ДФ3 был модернизован для выполнения сверлильных и фрезерных работ. Установлена современная револьверная головка с приводным инструментом. Кинематика шпинделя была усовершенствована новым встраиваемым двигателем главного движения, имеющим функцию полярной координаты, для работы одновременно с приводным инструментом револьверной головки. Выполнено моделирование станка в SolidWorks для проверки модернизации конструкции.