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.

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