Кудояров Р.Г., Дурко Е.М.Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине Конструирование мехатронных модулей
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования и науки Российской Федерации
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автоматизированных технологических систем
КОНСТРУИРОВАНИЕ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ
ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовому проектированию по дисциплине
«Конструирование мехатронных модулей»
Уфа 2004
1
Составитель: Р.Г. Кудояров
УДК 621.91.05 – 52 (07)
ББК 34.63 - 5 (Я7)
Конструирование мехатронных модулей главного движения
металлорежущих станков. Методические указания к курсовому
проектированию по дисциплине «Конструирование мехатронных
модулей» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун –т; Сост.: Кудояров Р.Г.,
Дурко Е.М. – Уфа, 2004. – 35 с.
Рассмотрены вопросы разработки структур, кинематических схем и конструкций
мехатронных модулей главного движения станков с компьютерным управлением, даны
рекомендации по выполнению отдельных этапов проектирования.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 071800
«Мехатроника».
Табл. 1. Ил. 11. Библиогр.: 37 назв.
Рецензенты: канд. техн. наук, доцент Салахутдинов Р.М.;
канд. техн. наук, доцент Акмаев О.К.
© Уфимский государственный
авиационный технический университет, 2004
2
Содержание
Введение……………………………………………………………..
5
1. Задание на проектирование модуля станка………………………
6
2. Анализ схем обработки и методов формообразования
деталей ……………………………………………………………..6
2.1. Анализ технологического назначения проектируемого
станка……………………………………………………………6
2.2. Анализ технологического процесса изготовления заданных
деталей…………………………………………………………. 7
2.3. Разработка предложений по изменению маршрутной
технологии изготовления детали-представителя…………….
7
2.4. Определение требований к операциям, для выполнения
которых предназначен проектируемый станок………………
7
2.5. Анализ схем обработки при изготовлении детали-
представителя ………………………………………………….
8
3. Разработка структуры модуля……………………………………..
8
4. Определение основных технических характеристик модуля……
9
5. Уточнение компоновок станка и модуля………………………….
9
6. Разработка кинематической схемы привода модуля главного
движения……………………………………………………………..10
7. Пример разработки кинематической схемы привода модуля
главного движения с бесступенчатым регулированием частот
вращения шпинделя………………………………………………...12
7.1. Определение исходных данных……………………………….12
7.2. Определение знаменателя ряда частот вращения и числа
ступеней для переборной коробки
……………………………13
7.3. Уточнение используемых значений частот вращения
вала электродвигателя……………………………………........14
3
7.4. Определение характерных значений частот вращения
шпинделя……………………………………………………….
15
7.5. Выбор варианта структурной формулы привода
и выполнение отдельных этапов разработки
кинематической схемы………………………………………...
15
8. Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты
деталей ………………………………………………………………
21
8.1. Уточнение к.п.д. привода модуля……………………………..
21
8.2. Уточнение номинальной мощности приводного
электродвигателя……………………………………………….
21
8.3. Определение мощности на валах привода модуля…………..
21
8.4. Определение расчетных значений частот вращения валов
и зубчатых колес……………………………………………….
22
8.5. Определение расчетных значений крутящих моментов…….
22
9. Предварительная разработка конструкции модуля………………22
10. Уточнение конструкции модуля…………………………………..
25
11. Анализ динамических показателей работы привода…………….
27
12. Оформление пояснительной записки и графической части
курсового проекта …………………………………………………30
13. Список литературы…………………………………………………30
Приложение А. Типовое задание 1………………………………..
34
Приложение Б. Типовое задание 2………………………………..
35
4
Введение
Проектирование модулей выполняется с целью закрепления
теоретических знаний и приобретения практических навыков в
области разработки станков с компьютерным управлением. Тематика
курсового проектирования охватывает разработку мехатронных
модулей на уровне элементов эскизного и технического проектов.
При создании современного станочного оборудования многими
ведущими станкостроительными фирмами используется агрегатно–
модульный принцип проектирования, который позволяет повысить
технологические возможности выпускаемого оборудования и
снизить его стоимость. Этот принцип используется при разработке
отдельных станков (в виде сочетания конструктивных модулей) и
автоматизированных комплексов (в виде технологических модулей).
«Конструктивный модуль», являющийся единицей унификации
(подсистемой, элементом) станка, представляет собой
функционально и конструктивно независимую единицу, которую
можно использовать индивидуально или в комбинации с другими
модулями 4 .
5
При проектировании модуля вначале устанавливаются
необходимые функции, компоновка станка и состав модулей. Затем
производится определение функциональных подсистем заданного
модуля, его блок-схемы, структуры, основных технических
характеристик и уточнение компоновки. На основании этого
разрабатываются кинематическая схема и конструкция модуля с
проведением необходимых проектных и проверочных расчетов.
1. Задание на проектирование модуля станка
Задание предусматривает разработку модуля
специализированного станка с компьтерным управлением для
реализации определенных технологических условий изготовления
деталей в автоматизированном производстве.
При курсовом проектировании консультантом устанавливается
тип задания (приложения А и Б) и определяются его варианты.
Первый тип задания базируется на материалах, собранных студентом
во время производственной практики, и результатах анализа
технологического процесса изготовления детали–представителя. В
этом случае в задании указывается наименование группы
изготавливаемых деталей, наибольшие и наименьшие размеры
обрабатываемых поверхностей, требуемые показатели качества
деталей (возможно по чертежу детали – представителя). В связи с
тем, что подбор группы деталей затруднен, в задании может
предусматриваться возможное изменение размеров обрабатываемых
деталей.
6
В задании второго типа указываются габаритные размеры
обрабатываемых деталей, переходы обработки, обрабатываемые
материалы, наибольшая (расчетная) глубина резания, способ
регулирования частот вращения шпинделя и компоновка привода.
Также в задании может быть указан ряд дополнительных
требований, которые необходимо учитывать при проектировании.
2. Анализ схем обработки и методов формообразования
деталей
П. 2.1, 2.2, 2.3 выполняются в случае типового задания 1.
2.1. Анализ технологического назначения проектируемого
станка
Вначале проводится анализ чертежа детали-представителя.
Рассматривается функциональное назначение детали, при этом
анализируется наличие точных поверхностей и требования к
показателям качества. Для группы типовых деталей указываются
применяемые материалы, характеристики обрабатываемости -
пределы твердости или прочности, наименьшие и наибольшие
размеры обрабатываемых поверхностей.
2.2. Анализ технологического процесса изготовления
заданных деталей
Этот этап работы выполняется на базе материалов, собранных в
период производственной практики. Рассматриваются особенности
принятых на производстве маршрутных технологий изготовления
заданных деталей, обеспечивающих достижение требуемых
показателей качества.
Также рассматриваются операции, выполняемые на
оборудовании с ЧПУ, - указываются составы переходов,
оцениваются достигаемые показатели качества и их стабильность,
приводятся основные сведения о станках. Указываются причины
брака деталей, а также факторы, ограничивающие
производительность и влияющие на повышение себестоимости
обработки.
7
2.3. Разработка предложений по изменению маршрутной
технологии изготовления детали-представителя
Эти предложения в общем случае могут быть направлены на
обеспечение стабильности (надежности) достижения требуемых
показателей качества деталей, увеличение производительности и
снижение себестоимости изготовления в условиях
автоматизированного производства.
2.4. Определение требований к операциям, для выполнения
которых предназначен проектируемый станок
Эти требования определяются с учетом задания и п. 2.3; они
могут предусматривать дифференциацию или концентрацию
выполняемых переходов.
Указываются технологические условия использования
проектируемого станка: основные переходы и характер обработки,
материалы деталей и характеристики их обрабатываемости,
материалы режущих инструментов. Намечаются особенности
выполнения переходов, которые необходимо учитывать при
разработке мехатронного станка. Например, может
предусматриваться стабилизация или изменение каких либо
параметров исполнительных движений в процессе обработки для
обеспечения определенных показателей операции.
2.5. Анализ схем обработки при изготовлении
детали-представителя
Для основных переходов приводятся эскизы схем обработки,
при этом отмечаются методы формообразования поверхностей и
составы исполнительных движений (в табличном виде). Также
указываются особенности выполнения переходов на проектируемом
мехатронном оборудовании (с учетом п. 2.4).
3. Разработка структуры модуля
8
При разработке модуля станка должны быть обеспечены
намеченные требования к выполнению переходов при изготовлении
деталей в целях повышения технологических возможностей
проектируемого оборудования.
Предварительно следует выбрать компоновку станка и
уточнить компоновку проектируемого модуля. Затем определяется
состав модулей и устанавливается конструктивный тип модуля
главного движения [5, 6].
В целях осуществления выбранных переходов обработки
следует указать (в табличном виде) шифры необходимых
функциональных подсистем модуля главного движения - для станка
с ЧПУ (прототипа) и проектируемого мехатронного станка. При этом
должна предусматриваться возможность реализации намеченных
выше особенностей переходов обработки (п. 2.4). С этой целью в
примечании для модуля мехатронного станка указываются
алгоритмы работы функциональных подсистем (например –
обеспечение повышенной скорости резания в процессе обработки с
учетом оптимальной температуры резания для достижения высокой
производительности и наименьшей себестоимости обработки).
Приводится расшифровка функциональных подсистем и
обоснование их необходимости для проектируемого модуля.
С учетом указанных функциональных подсистем модуля
разрабатывается его блок-схема и структура [5, 6].
4. Определение основных технических характеристик
модуля
Данный этап выполняется в соответствии с методикой [9]. При
выполнении типового задания 1 следует учесть размеры
обрабатываемых деталей.
5. Уточнение компоновок станка и модуля
При уточнении компоновок станка и проектируемого модуля
учитывается конструкция станков аналогичного типоразмера [1, 10,
11, 13, 14 и др.].
9
Компоновка модуля должна быть согласована с компоновкой
станка. Приводной электродвигатель целесообразно располагать с
учетом обеспечения наименьших габаритов станка.
В случае проектирования токарного станка среднего
типоразмера нормальной точности предпочтительным является
применение компоновки со встроенным приводом, что позволяет
уменьшить количество составных частей модуля. При этом
электродвигатель целесообразно расположить в станине (или в тумбе
станка), соединив его с переборной коробкой ременной передачей
(рис.1).
При повышенных требованиях к качеству деталей
предпочтение отдается компоновке модуля с разделенным приводом
(коробка передач частично или полностью удалена от шпинделя с
помощью ременной передачи), что позволяет уменьшить
температурные деформации и вибрации шпиндельного узла.
6. Разработка кинематической схемы привода
модуля главного движения
Разработка кинематической схемы привода модуля
выполняется на основе его структуры, составленной с учетом
требуемых функциональных подсистем, выбранных технических
характеристик и принятой компоновки. В частности, наличие
подсистемы ИС – изменения скорости в процессе обработки
обусловливает необходимость разработки автоматического привода
10
Рис. 1. Схема компоновки модуля со встроенным приводом:
1 – электродвигатель; 2 – ременная передача; 3 - шпиндельная
бабка с переборной коробкой; 4 – cтанина; 5 – левая тумба
станка.
2
1
3
4
5