Министерствовысшего образования
ИжевскийГосударственный Технический Университет
Воткинскийфилиал
Кафедра: «Технологиямашиностроения и приборостроения»
КУРСОВОЙПРОЕКТ
По курсу: «Автоматизацияпроизводственных процессов»
На тему: «Автоматизацияпроцесса заточки угла в плане сверл с подробной разработкой принципиальнойструктурной схемы и конструкции устройства шпиндельного узла»
Выполнил: студентгр.Т-911
ЛаптеваН.В
Проверил:ИвановВ.В.
Воткинск 2011/>
Содержание
Введение
Анализавтоматизируемого технологического процесса
Разработкаперечня основных функций устройства. Функциональный анализ
Выборисполнительных механизмов
Выборприводов исполнительных механизмов и датчиков
Циклработы устройства
Описаниеработы автомата для заточки угла в плане спиральных сверл
Расчетусилия закрепления сверла в цанговом патроне
Заключение
Литература
Введение
Автоматизацияпроизводственных процессов есть комплекс мероприятий по разработке новыхпрогрессивных технологических процессов и проектированию на их основевысокопроизводительного технологического оборудования, осуществляющего рабочиеи вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.
Автоматизация— это комплексная конструкторско-технологическая задача создания принципиальноновой 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, еслибы человек по-прежнему оставался непосредственным участником технологическогопроцесса.
Любуюпродукцию, для получения которой известны методы и маршруты обработки, наиболеепросто можно получить на универсальном неавтоматизированном оборудовании сручным управлением при непосредственном участии человека. Автоматизацияпроизводственных процессов имеет цель — повышение производительности и качествавыпускаемой продукции, сокращение количества обслуживающих рабочих по сравнениюс неавтоматизированным производством.
Засчет реализации этих факторов обеспечивается экономический эффект и окупаемостьзатрат на автоматизацию. При этом важнейшим определяющим фактором успешноговнедрения является надежность автоматизированного оборудования. Если показателинадежности оказываются низкими, сложнейшие и технически совершенныеавтоматические системы машин становятся менее производительными, чемнеавтоматизированное оборудование; число же рабочих после автоматизации несокращается, а возрастает. Поэтому важнейшим требованием к специалистам,работающим в области автоматизации машиностроения, является умение правильнооценивать 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; поэтомуво всех вузах созданы специальные курсы по автоматизации производственныхпроцессов.
Уровень и способы автоматизации зависят от видапроизводства его серийности, оснащенности техническими средствами.
Автоматизацияи механизация получили наибольшее распространение в массовом и крупносерийномвидах производства.
Анализавтоматизируемого технологического процесса
Целью данного КПявляется разработка автоматизированного процесса заточки угла в плане сверл сподробной разработкой шпиндельного узла.
/>
Длязаточки сверл существуют абразивные и безабразивные методы. К безабразивнымотносятся анодно-механические, электроискровые и ультразвуковые.
Анодно-механическаяобработка основана на снятии слоя, образующегося в электролите на поверхностисверла, включенного в качестве анода. Недостаточная технологическая изученностьэтих процессов на первых стадиях внедрения в промышленность привела к появлениюнеправильных представлений об их технологических возможностях, затруднивраспространение этих прогрессивных методов. Недостатками обычнойанодно-механической заточки являлось возникновение сетки трещин на затачиваемыхинструментах при высокопроизводительных режимах обработки и невозможностьполучения наиболее высоких классов чистоты поверхности.
Приэлектроискровом способе заточки затачиваемый инструмент подключен к одномуполюсу, а вращающийся диск — к другому. Диск и сверло помещают в ванну сдиэлектриком (минеральное масло с температурой вспышки не ниже 180°) илидиэлектрик подается в место их контакта. Диск делается из меди, латуни иличугуна. Источником служит генератор постоянного тока, заряжающий обкладкиконденсатора. При сближении диска и сверла между их выступающими частямипроисходят электрические разряды за счет запасенной в конденсаторе энергии, врезультате чего выступы (шероховатости) затачиваемой поверхности постепенноразрушаются. Электроискровая обработка не нашла широкого применения при заточкеинструмента из-за сложности оборудования.
Впроцессе ультразвуковой обработки поверхностного слоя материала происходит егопластическое деформирование при высокочастотном виброударном воздействииинструмента, который движется вдоль поверхности. При этом изменяется какгеометрия (чистота) самой поверхности, так и структура тонких поверхностных иприповерхностных слоев материала, в которых возникают слои упорядоченныхнаноструктур. Существующие технологии ультразвуковой обработки материаловоказываются малоэффективным из-за высокой энергоемкости, малых скоростейобработки и других факторов.
Вданном курсовом проекте будет рассмотрен способ заточки сверл эльборовымикругами формы ПП по ГОСТ 2424-83.
Разработкаперечня основных функций устройства. Функциональный анализ
Произведем составлениеперечня основных функций устройства, необходимых для реализации техническогопроцесса. Для каждой функции формулируются требования, предлагаются ирассматриваются варианты устройств, позволяющих наиболее рациональноосуществить 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 исполнительныхмеханизмов
В результатепроведенного функционального анализа, производится окончательный выборисполнительных механизмов.
1. Сверла помещаются иориентируются в специальный магазин вручную по 50 штук.
2. Подача сверла измагазина на рабочую позицию осуществляется толкателем.
3. Закрепление деталина рабочей позиции производится в цанговом патроне, оснащённом механизмомавтоматического зажима-разжима.
4. Заточка сверлосуществляется специальной заточной головкой, оснащённой устройством рабочейподачи.
5. Эвакуация заточенныхсверл производится автоматически толкателем на ленточный конвейер.
Выбор приводовисполнительных механизмов и датчиков
Для каждого механизма,в соответствии с условиями его работы, выбираются соответствующие приводы.
1) Для механизмаразжима сверла выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимое усилиезакрепления детали (закрепление в патроне осуществляется за счёт упругих силпружины).
2) Для привода вращенияшпинделя выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель, т.к. он обеспечиваетнеобходимые величины крутящего момента и частоту вращения шпинделя.
3) Для приводаконвейера выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель, т.к. онобеспечивает необходимые величины крутящего момента и скорость перемещения ленты.
4) Для приводатолкателя выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимое усилиеперемещения шибера.
5)Для привода рабочейподачи заточной головки выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимыескорость и усилие подачи.
6) Для привода упоравыбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимую скорость перемещенияупора.
Датчики
1) х1, х2 – датчикначального и конечного положений толкателя деталей.
2) х3, х4 — датчикиначального и конечного положения механизма закрепления деталей.
3) х5, х6 – датчикиначального и конечного положения упора.
4) х7, х8 – датчикиначального и конечного положения привода рабочей подачи заточной головки.
5) х9 – датчик вращенияшпинделя.
6) х10 – датчиквращения круга заточной головки.
7) х11 – датчик наличиядеталей в магазине.
8) х12 – датчикперемещения 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) – постоянновращается.
Циклработы:
/>
Циклограммаработы автомата.
/>
Описаниеработы автомата для заточки угла в плане спиральных сверл
Автомат состоит измагазина с толкателем, шпинделя, оснащённого цанговым патроном, заточнойголовки, подводимого упора.
Сверла устанавливаютсяи ориентируются в магазине вручную по 50 штук.
Подача из магазинаосуществляется специальным ножевым толкателем, который захватывает только односверло (остальные скатываются). Магазин установлен под углом. После того каксверло подведено к выходному окну магазина, оно под действием силы тяжестисоскальзывает с призмы ножа и перемещается в направляющий рукав, по которомускатывается в шпиндель. Сверло останавливается в цанговом патроне после касаниявершиной поверхности упора, в которой установлен специальный датчик, по сигналукоторого продолжается цикл обработки.
Цанговый патронсжимается (специальный толкатель отводит наконечник от тяги в виде кольца).После того, как сверло зажато в цанговом патроне, подводимый упор отводится израбочей зоны.
Включается вращениешпинделя с цанговым патроном.
После того, каквращение сверла включено, производится рабочая подача заточной головки. Поокончании рабочего хода заточная головка отводится в начальное положение;вращение шпинделя (сверла) отключается. Цанга разжимается и заточенное сверловыскальзывает из цанги и перемещается в рукав, ведущий к бункеру готовыхдеталей (заточенных сверл).Цикл обработки повторяется.
Расчёт усилия закреплениясверла 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*106кгс/см2 – модуль упругости стали, идущей на изготовление цанги;
l– расстояние от плоскости задела лепестка цанги до середины зажимающего конусацанги;
f– стрела прогиба лепестка, f=δ=0,2мм;
δ – зазор междуцангой 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 известныепараметры в формулы, получаем:
/>
/>676 Н.
/>С учетом коэффициента запаса позакреплению к=2,5, потребное усилие закрепления Q составит: />. Наосновании полученного значения «затягивающей силы» подбираем пружину,обеспечивающую это усилие.
Заключение
Всоответствии с целями и задачами в процессе выполнения работы был проведенанализ автоматизируемого технологического процесса. Затем был произведенфункциональный анализ, т.е. разработка перечня основных функций будущегоустройства. С помощью анализа были выбраны исполнительные механизмы и датчики сподробным описанием их действия.
Вдальнейшем был разработан цикл работы устройства и циклограмма работы автомата,с помощью которых была определена цикловая производительность.
Вовторой части работы был спроектирован цанговый патрон, произведён расчётпотребного усилия закрепления сверла в нём, на основании которого выбранапружина, обеспечивающая это усилие. Были проанализированы основные схемыустройства, произведен расчет привода и был разработан сборочный чертеж.
Разработанаи проанализирована принципиально – структурная схема автоматического устройстваи автоматизируемого процесса заточки спиральных сверл, которая осуществляетсяна основе компоновки проанализированных и выбранных исполнительных механизмов,приводов и датчиков контроля состояния исполнительных механизмов и параметровтехнологического процесса, и составлено описание цикла работы.
Литература
1. АнсеровМ.А. «Приспособления для металлорежущих станков» 1975 г.
2. КосиловаА.Г. «Справочник технолога-машиностроителя»1985 г.
3. КузнецовМ.М. «Автоматизация производственных процессов» 1978г.
4. КузнецовМ.М. «Проектирование автоматизированного производственного оборудования»1987 г.
5. Автоматизацияпроизводственных процессов. Справочник. Под ред. Лебедовского