7256

Конструирование мехатронных модулей главного движения металлорежущих станков

Книга

Производство и промышленные технологии

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, обучаю...

Русский

2013-01-20

281 KB

77 чел.

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».

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.

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.

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.

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

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.].

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 модуля с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя. Такой привод также необходим для многоцелевого станка в целях обеспечения его повышенных технологических возможностей.

Приводы с бесступенчатым регулированием в распространенных станках с ЧПУ содержат регулируемые электродвигатели и переборные коробки. В качестве двигателяей применяются электродвигатели постоянного тока или асинхронные с частотным регулированием. Переборная коробка в таком приводе служит для расширения диапазона регулирования частот вращения шпинделя RэР, осуществляемого с постоянной мощностью.

С целью уменьшения количества ступеней переборной коробки целесообразно применение электродвигателя с увеличенным диапазоном регулирования RэР. В ряде случаев это может достигаться за счет выбора электродвигателя с повышенной мощностью. Для такого двигателя при определенной номинальной частоте вращения соответственно коэффициенту повышения мощности увеличивается диапазон регулирования RэР. На рис. 2 в качества примера приведены графики изменения мощности электродвигателя и мощности на шпинделе в зависимости от частоты вращения. Вариант б) отличается от варианта а) применением электродвигателя с повышенной мощностью и более простой переборной коробки с меньшим количеством ступеней.

Более рациональное использование диапазона регулирования RэР такого электродвигателя может быть достигнуто, если наряду с повышением мощности увеличивается номинальная частота вращения его вала.

В связи с тем, что повышение мощности электродвигателя может отразиться на увеличении стоимости модуля, выбор варианта привода должен сопровождаться технико-экономическим обоснованием.

Разработка кинематической схемы привода главного движения модуля со ступенчатым регулированием проводится в последовательности [9]:

- выбор структурной формулы привода;

- составление принципиальной кинематической схемы;

- построение структурной сетки;

- построение графика частот вращения валов;

- расчет частных передаточных отношений ременных и зубча-

 тых передач;

- определение диаметров шкивов и чисел зубьев колес;

- проверка кинематического расчета.

При разработке кинематической схемы привода главного движения модуля с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя необходимо предварительно определить параметры переборной коробки – знаменатель регулирования пк и количество ступеней частот вращения zпк, а также уточнить используемые наибольшую и наименьшую частоты вращения вала электродвигателя [7, 9].

Выбор варианта структурной формулы привода следует проводить с учетом использования методов улучшения кинематики приводов станков, предусматривающих применение коробок со сложенной структурой, с частичным совпадением скоростей и со связанными зубчатыми колесами [1, 7, 9]. Для предварительно определенных вариантов структурных формул нужно построить принципиальные кинематические схемы, структурные сетки и графики частот вращения валов. На основании этого определяются обобщенные показатели вариантов привода и осуществляется выбор рационального варианта.

7. Пример разработки кинематической схемы модуля

   привода главного движения с бесступенчатым

   регулированием частот вращения шпинделя

7.1. Определение исходных данных

Исходные данные определяются на основании предыдущего материала. Например:

- тип проектируемого мехатронного станка – токарный с ЧПУ;

- диапазон регулирования привода Rn  = 250;

- наибольшая частота вращения шпинделя nmax   = 2500 об/мин;

- регулирование частот вращения шпинделя  - бесступенчатое;

- номинальная и наибольшая частоты вращения электродвигате-  

 ля nэном  = 1000 об/мин,  nэmax  = 3500 об/мин;

- компоновка модуля - с встроенным приводом.

Разработка кинематической схемы модуля ведется с учетом рекомендаций [1, 7, 8, 9].

 

7.2. Определение знаменателя ряда частот вращения и числа

      ступеней для переборной коробки

Для отсутствия разрывов при регулировании частот вращения шпинделя необходимо обеспечить выполнение условия

пк   RэР (не менее, чем на 5 %),                             (1)

где пк - знаменатель ряда частот вращения, обеспечиваемых пере-

        борной коробкой;

RэР – диапазон регулирования частот вращения вала электродвигателя

        с постоянной мощностью.

Вначале определяются диапазоны регулирования частот вращения шпинделя с постоянной мощностью RnР и с постоянным моментом RnT. Они находятся с учетом степенных зависимостей, рекомендуемых для конкретных типов проектируемых станков [7, 9]

,                                                (2)

,                                                  (3)

где Rn = , b  = 4 для токарных, фрезерных и многоцелевых стан-

      ков, b = 3 для сверлильных и расточных станков.

При этом

                                             (4)

Для рассматриваемого примера при b = 4 диапазоны регулирования имеют значения: RnР = 62,8;  RnT = 3,98.

Вначале знаменатель ряда пк принимается с учетом диапазона  регулирования  частот  вращения  вала электродвигателя, осуществля-

емых c постоянной мощностью

пк = 0,95  R эР,                                      (5)

где , для выбранного электродвигателя RэР = 3,5,

      пк = 3,32.              

Расчетное число ступеней переборной коробки zпк определяется по формуле

.                                            (6)

Для рассматриваемого примера zпк = 3,5. Это значение округляется в большую сторону и принимается равным 4.

Значение знаменателя ряда частот вращения уточняется с учетом принятого числа ступеней переборной коробки по формуле

.                                         (7)

Для рассматриваемого примера пк = 2,81. При уточнении данного знаменателя выдерживаются условия (1) и , где ст - значение знаменателя стандартного ряда чисел [25], m – целое число. В данном случае пк=  1,43   =  2,8.

Диапазоны регулирования привода уточняются с учетом принятого значения знаменателя

,                                            (7)

.                                           (8)

Для рассматриваемого примера = 61,2,  = 4,09.

7.3. Уточнение используемых значений частот вращения

      вала электродвигателя

Значения наибольшей и наименьшей частот вращения вала электродвигателя уточняются по формулам

,                              (9)

.                                            (10)

При этом значение наибольшей частоты вращения шпинделя может быть уточнено по формуле

,                                       (11)

где np – расчетная частота вращения шпинделя, .

Для рассматриваемого примера = 245 об/мин, = 2830 об/ мин, nр = 40 об/мин, nmax = 2515 об/мин.

7.4. Определение характерных значений частот вращения

      шпинделя

Эти значения находятся с целью построения графика частот вращения валов. Наименьшая частота вращения nmin принимается соответственно исходным данным, частоты вращения в диапазоне n1   nz определяются по геометрическому ряду со знаменателем пк , при этом n1 = np, наибольшая частота nmax определяется по формуле (11).

Данные частоты вращения округляются до ближайших стандартных значений, которые учитываются в последующих расчетах. Для рассматриваемого примера характерные значения частот вращения шпинделя составляют: 10; 40; 112; 315; 900; 2500 об/мин.

 

7.5. Выбор варианта структурной формулы привода

      и выполнение отдельных этапов разработки

      кинематической схемы

Для принятой компоновки модуля со встроенным приводом определяются варианты структурной формулы. В рассматриваемом случае возможны варианты: c нормальной множительной структурой (вариант 1), со сложенной структурой, включающей две дополнительные структуры (вариант 2), а также другие.

Отобранные для анализа варианты должны отвечать принципам обеспечения наименьших габаритов привода: количество передач в группе Pi = 2 или 3; конструктивный порядок - с учетом условия  Pn , где P1 – количество передач в первой конструктивной группе, P2 – во второй группе и т. д.; кинематический порядок групп передач - последовательный (при отсутствии двух связанных колес), при этом х1  х2  х3 хn, где х1 – характеристика первой конструктивной группы передач, х2 – второй группы и т.д.

Структурные формулы привода модуля для рассматриваемого примера:

по варианту 1

1 211  222 = 4,                                         (12)

где первый индекс означает конструктивный порядок группы пере

     дач, второй индекс – кинематический порядок;

по варианту 2

1 211·(1 + 1 1) = 4.                                       (13)

С целью подробной оценки вариантов составляются принципиальные кинематические схемы привода, структурные сетки и графики частот вращения валов (ниже показано для приведенных вариантов, см.  рис. 3 8).

Построение графиков частот вращения валов для обеспечения наименьших габаритов привода должно производиться с выполнением условий: 2  ii  0,25;    imin1    imin2   imin3  ;    ni   nmax  или nэ max (при nэ max  nmax), где ii – частное передаточное отношение (желательно обеспечивать отсутствие предельно допустимых величин); imin1 - наименьшее частное передаточное отношение первой конструктивной группы передач; imin2   - второй конструктивной группы и т.д.; ni – частота вращения промежуточного вала.

Для вариантов кинематики привода определяются обобщенные показатели, к  которым относятся: кв - количество валов; кзк - зубчатых колес; кпб - передвижных блоков; км – муфт; ккц - передач короткой цепи и  кс - обеспечиваемых скоростей этой цепью; B - осевые габариты. Также находится max - наибольший возможный знаменатель регулирования частот вращения шпинделя, обеспечиваемый коробкой передач по условию ограничения частных передаточных отношений передач .

Анализ показывает (табл.1), что для рассматриваемого примера целесообразно применение привода с кинематикой по варианту 1, который отличается рядом лучших показателей по сравнению с вариантом 2.

                                    

 

 


 

К некоторым недостаткам этого варианта относится использование предельно допустимых частных передаточных отношений передач, что может отразиться на повышенных радиальных габаритах модуля. Поэтому при углубленной проработке следует продолжить поиск наиболее выгодного варианта.

При выполнении дипломного проекта поиск варианта кинематики привода модуля целесообразно осуществлять с учетом проверки возможности применения привода с регулируемым двигателем повышенной мощности, что позволяет уменьшить количество ступеней переборной коробки (см. п. 6). В качестве критерия выбора варианта привода в данном случае может быть принято обеспечение требуемых габаритов модуля с учетом его наименьшей стоимости.

                                                                                         Таблица 1

Обобщенные показатели вариантов кинематики

привода модуля

Обобщенные

показатели

Варианты

1

2

        кв

3

4

        кзк

8

10

        кпб

-

2

        км

4

2

        ккц

-

2

        кс

-

2

        B

4b +2bм

7b +bм

        max

1,25

2

На следующем этапе расчета для выбранного варианта структурной формулы с помощью построенного графика частот вращения валов производится определение частных передаточных отношений [9]. Далее кинематический расчет привода продолжается по обычной методике (см. п. 6).

Проверка правильности кинематического расчета привода с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя проводится на основании выполнения условия (1).

8. Определение расчетных нагрузок и проектные расчеты

   деталей

8.1. Уточнение к.п.д. привода модуля

 

При проектировании модуля главного движения станка нормальной и повышенной точности к.п.д. механической части привода уточняется по формуле  

,                                       (14)

где рп  - к.п.д. ременной передачи (для поликлиновой передачи –

      0,98); зп  - к.п.д. зубчатой передачи (для цилиндрической прямо-

      зубой передачи - 0,99); п  - к.п.д. подшипника (для подшипника

      качения - 0,997); m, n, e – показатели степени, соответствующие

      количеству передач и подшипников, участвующих в получении

      расчетных частот вращения валов (см. п. 8.4).

При проектировании прецизионных станков классов В, А и С к.п.д. механической части привода определяется с учетом мощности холостого хода и динамических потерь.

 

8.2. Уточнение номинальной мощности приводного

                электродвигателя

 

Расчетное значение номинальной мощности приводного электродвигателя уточняется по формуле

,                                          (15)

где Рэф – эффективная мощность резания, кВт.

Номинальная мощность электродвигателя принимается с округлением в большую сторону по справочным данным [8].

 8.3. Определение мощности на валах привода модуля

 Мощность на валах привода определяется по формуле

,                                         (16)

где  - к.п.д. участка кинематической цепи, определяется по

формуле (14), с учетом элементов, участвующих в передаче движения.

8.4. Определение расчетных значений частот вращения

      валов и зубчатых колес

На графике частот вращения валов (рис. 5) выделяется двойными линиями расчетная цепь, которая показывает наиболее нагруженные варианты работы передач, участвующие в получении расчетной или более высокой частоты вращения шпинделя.

Для рассмотренного примера расчетные обороты валов: np = nэном  ip; np = np  i1; np = np  (см. п. 7.3).   Расчетными являются передачи iр, i1, i2 с указанными вариантами работы.  

Далее находятся значения расчетных частот вращения шкивов и зубчатых колес. Например, для передачи i1 (рис. 5) расчетная частота вращения шестерни составляет 450 об/мин, колеса - 160 об/мин.

 

8.5. Определение расчетных значений крутящих моментов

 

Расчетные значения крутящих моментов деталей привода определяются по формуле

, нм.                                   (17)

где Рip – расчетное значение мощности на валу, определяется анало-

      гично Рi  (16) при условии передачи расчетных частот вращения.

9. Предварительная разработка конструкции модуля

Определение требований к проектируемому модулю. В общем случае необходимо учитывать обеспечение:

- рациональных нагрузок элементов привода;

- наименьших радиальных и осевых габаритов;

- удобной сборки и регулировки;

- технологичности конструкции (за счет стандартизации, нормализации, унификации и упрощения конструкции нестандартных дета-

лей);

- возможности компенсации температурных деформаций валов и шпинделя,

- наименьшей себестоимости изготовления модуля.

При конструировании следует учитывать известные методики поиска технических решений и опыт проектирования аналогичных устройств [1, 2, 3, 14, 15, 17 и др.].

Вначале рекомендуется выполнить предварительную разработку конструкции модуля. К этапам этой работы относятся (рис. 9):

- проектные расчеты валов, зубчатых передач и определение их геометрических размеров); разработка компоновки развертки валов c учетом наименьших радиальных габаритов привода, условием проектирования является обеспечение наименьших радиальных зазоров 1 между вращающимися валами и деталями соседних групп передач; при этом возможна коррекция сумм зубьев групп передач, чисел зубьев и размеров зубчатых колес;

- корректировка компоновки развертки валов для достижения наименьших или рациональных радиальных и осевых габаритов привода; при необходимости производится изменение чисел зубьев колес с учетом обеспечения расчетных значений передаточных отношений;

- cоставление эскизов валов c указанием диаметров их поверхностей и корректировка компоновки развертки валов с учетом обеспечения удобной сборки привода и технологичности изготовления его деталей;

- выбор варианта компоновки развертки валов модуля; данный этап осуществляется с учетом комплексной оценки предыдущих вариантов, в качестве которой могут быть использованы обобщенные показатели вариантов и сравнительная себестоимость изготовления модуля; при выполнении этого этапа по указанию консультанта может проводиться поиск варианта с улучшенными динамическими характеристиками (см. п. 11);  

- предварительная разработка подробной конструкции развертки валов; этот этап рекомендуется выполнять с использованием подсистем САПР «Шпиндельный узел» [12, 16].

При выполнении этапов 1 4 (рис. 9) рекомендуется проектирование производить в уменьшенном масштабе, а для этапа 5 – в масштабе 1:1.


На чертеже конструкции должны быть указаны размеры и посадки для основных сопряжений деталей, расстояния с допусками между осями валов, а также осевые габариты  модуля.  

10. Уточнение конструкции модуля

Уточнение конструкции развертки валов модуля проводится в последовательности (рис. 10):

- на основании предварительно разработанной конструкции модуля составляется схема свертки валов; при этом учитываются компоновки станка и разрабатываемого модуля, направление и величина силы резания, расположение двигателя и механизмов управления; для обеспечения плотной свертки валов должны выдерживаться радиальные зазоры между деталями соседних групп передач, близкими к наименьшим допускаемым значениям; на схеме свертки валов указываются направления вращения валов и действующие силы при условии передачи расчетных крутящих моментов;

- составляются расчетные схемы валов с указанием сил, действующих в горизонтальной и вертикальной плоскостях, эти схемы сопровождаются эпюрами крутящих и изгибающих моментов;  

- проверочные расчеты деталей привода [16, 18, 19, 20 и др.]; для валов проводятся расчеты на выносливость, при этом определяются коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям, определяются общие коэффициенты запаса прочности, которые сравниваются с наименьшими допускаемыми значениями, также выполняются проверочные расчеты шлицев и шпонок;

для шпиндельного узла проводится расчет на жесткость [1, 16 и др.], при этом деформации шпинделя сравниваются с допускаемыми значениями; на основе этого расчета может проводиться оптимизация размеров шпиндельного узла;  

для зубчатых колес находятся изгибные и контактные напряжения, производится их сравнение с допускаемыми напряжениями, уточнение материала колес и их ширины; при выполнении расчетов передач с поликлиновыми ремнями определяются начальное напряжение и натяжение ремня, сила, действующая на вал (или стакан, связанный с корпусом модуля); эта сила сравнивается с допускаемым значением по условию обеспечения работоспособности модуля;


для передачи с зубчатым ремнем определяется действующее в ремне напряжение сдвига, проводится расчет по выполнению условия сохранения зацепления в передаче, при этом определяется предельно допустимая окружная сила, также определяется сила предварительного натяжения ремня, действующая на вал (или стакан); значения напряжения и сил сравниваются с допускаемыми значениями;   

при выполнении расчетов подшипников определяется их динамическая грузоподъемность с учетом долговечности (не менее 12000 часов), которая сравнивается с нормативными значениями для выбранных типоразмеров подшипников;

при курсовом проектировании допускается расчеты проводить только для одного наиболее нагруженного вала и связанных с ним деталей;

- корректировка конструкции развертки валов модуля производится с учетом обеспечения рациональных значений запасов прочности деталей, при этом уточняются применяемые материалы, размеры деталей и их конструкция, типы и размеры подшипников; существенное превышение запасов прочности в сравнении с допускаемыми значениями должно быть обосновано;

- разработка подробной конструкции модуля; при этом показываются необходимые сечения и виды с проработкой элементов управления и базирования (по указанию консультанта);

- cоставление спецификации; эта работа проводится для выполняемой конструкторской разработки, при этом необходимо учитывать требования стандартов [35, 37].  

11. Анализ динамических показателей работы привода

Данный этап выполняется по заданию консультанта в целях улучшения показателей динамики привода модуля. При этом составляется динамическая модель привода в виде системы с сосредоточенными массами, соединенными между собой упругими и демпфирующими связями. Для анализа показателей модуля рекомендуется использовать методику имитационного моделирования [22], которая предусматривает определение физического взаимодействия звеньев модели, построение графа связей, структурной модели и определение общей передаточной функции модели.

Для анализа передаточных функций частей модели и общей передаточной функции целесообразно применение программы визуального моделирования Simulink, входящей в состав пакета MATLAB. Эта программа позволяет осуществлять в автоматическом режиме построение графиков, характеризующих переходные процессы модели и ее отдельных частей. При этом появляется возможность сравнения отдельных вариантов компоновки привода по динамическим показателям.

На рис. 11 показана обобщенная модель привода модуля главного движения в виде двухмассовой системы (анализу могут подвергаться и другие модели привода).

Приведенный момент инерции

,                                   (18)

где Ij – момент инерции вращающейся детали или части привода [8, 23, 24];  - передаточное отношение привода на участке от двигателя до j-го элемента.

Приведенный момент сопротивления

,                             (19)

где Мс – момент резания; Mтр j – приведенный момент трения для j–го элемента,.

Эквивалентная податливость Пэкв с учетом приведенной жесткости k*

                                       (20)

или

,                    (21)

где kjпр –приведенная жесткость j–го элемента, поэтому

.                                  (22)

С учетом этого приведенная жесткость

.                                     (23)

Приведенный коэффициент демпфирования

,                                  (24)    

где hj – коэффициент демпфирования упругого элемента (части привода).

Для вариантов компоновки привода модуля с различным расположением масс на валах и распределением моментов инерции вращающихся частей определяются показатели переходного процесса, что позволяет определить наиболее рациональный вариант компоновки валов на этапе предварительного проектирования.

После корректировки конструкции модуля, проведенной с учетом проверочных расчетов, проводится уточнение показателей переходного процесса. Также может предусматриваться построение амплитудно-фазово-частотной характеристики и определение виброустойчивости привода [24].

 

12. Оформление пояснительной записки и графической

     части курсового проекта

Пояснительная записка включает титульный лист, задание на

курсовой проект, материалы по определению технических характеристик модуля и выбору его компоновки, разработке структуры и кинематической схемы, результаты проектных и проверочных расчетов деталей модуля, результаты моделирования и оптимизационных  расчетов, список использованной литературы.

Графическая часть курсового проекта содержит:

- таблицы с результатами анализа методов формообразования поверхностей заданной детали и определения функциональных подсистем, блок-схему и структуру модуля (1лист ф. А1);

- общий вид модуля в виде развертки валов (1 лист ф. А1).

Графическую часть рекомендуется выполнять с помощью программ Auto CAD, или КОМПАС. Разработка конструкции модуля должна сопровождаться использованием современных методов поиска технических решений и патентных исследований. Обязательным условием выполнения курсового проекта является соблюдение требований стандартов.

При курсовом проектировании рекомендуется использовать указанную литературу, а также подсистемы автоматизированного проектирования и пакеты прикладных программ.

Список литературы

1. Станочное оборудование автоматизированного производства. /Под редакцией В.В. Бушуева. - М.: Издательство "Станкин". Т. 1, 1993 – 582 с., Т. 2, 1994 – 656 с.

2. Бушуев В.В. Основы конструирования. Москва. Издательство «Станкин», 1995 – 520 с.

3. Кутин А.А. Создание конкурентноспособных станков. - М.: Изд-во «Станкин», 1996. - 202 с.

4. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1987. –232 с.

5. Кудояров Р.Г. Точность деталей машин при алмазном хонинговании. /Под ред. В.Ц. Зориктуева. – М.: Изд-во МАИ, 2002. – 170 с.

6. Кудояров Р.Г. Функционально-структурное построение мехатронных станочных модулей. Учебное пособие. – Уфа.: УГАТУ, 2000.- 60 с.

7. Куликов С.И., Дурко Е.М. Металлорежущие станки и станочные системы. Свердловск: Изд-во Уральского университета, 1988. – 272 с.

8. Методическое руководство к проектированию приводов станков с ЧПУ (материалы к курсовому и дипломному проектированию). /Дурко Е.М., Галеев С.М. Уфа: УАИ,1980. – 54 с.

9. Методические указания к практическим занятиям по курсу "Промышленное оборудование автоматизированного производства". /Куликов С.И., Кудояров Р.Г., Дурко Е.М., Совин В.П. Уфа: УГАТУ, Уфа, 1989. – 42 с.

10. Методические указания к лабораторным работам «Металлорежущие станки с ЧПУ» по курсу «Оборудование машиностроительного производства» для специальности 071800 /Кудояров Р.Г., Евсеев Ю.М., Муратов Б.С. – Уфа: УГАТУ, 2000. –52 с.

11. Металлорежущие станки и автоматы. Учебник для машиностроительных втузов. /Под ред. А.С. Проникова М.: Машиностроение, 1981. – 479 с.

12. Методические указания по автоматизированному проектированию шпиндельных узлов станков (к курсовому и дипломному проектированию). /Куликов С.И., Акмаев О.К., Киселева Л.Н. Уфа: УАИ, 1986. - 33 c.  

13. Модзелевский А.А., Соловьев А.В., Лонг В.А. Многооперационные станки. М.: Машиностроение, 1981. – 215 с.

14. Многоцелевые станки с ЧПУ. Учебное пособие /Кудояров Р.Г., Зориктуев В.Ц., Евсеев Ю.М., Жаринов В.Н., Михайловский А.И. Уфа: УГАТУ, 1995. – 98 с.

15. Основы общей методики конструирования. Учебное пособие. /Акмаев О.К. Уфа: УГАТУ, 1993. – 110 с.

16. Пакеты прикладных программ к подсистемам САПР металлорежущих станков. ЭНИМС, СТАНКИН. М. 1985 – 2002.

17. Приводы металлорежущих станков. Процедура и технологические основы проектирования. Учебное пособие. /Ризванов Ф.Ф. Уфа: УГАТУ, 1994. – 122 с.

18. Расчет и проектирование деталей машин. Учебное пособие для втузов. /Жуков К.П., Кузнецова А.К., Масленникова С.И. и др. под ред.  Г.Б.  Столбина  и К.П. Жукова.  М.: Высшая школа, 1978. – 247 с.

19. Свирщевский Ш.И., Макайчик Н.Н. Расчет и конструирование коробок скоростей и подач. Минск: Высшая школа, 1976. - 590 c.  

20. Справочник конструктора - машиностроителя. В 3-ех томах./Анурьев В.И. Под ред. И.Н. Жестковой. 8-ое изд. М.: Машиностроение. 2001. Т1 - 920 с. Т2 - 912 с.

21. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. /Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. 5-е изд. М.: Машиностроение. Т.1 – 2001.- 912 с., Т.2 – 2001. – 994 с.

22. Имитационное моделирование узлов металлорежущих станков на ЭВМ. Учебное пособие. /Чикуров Н.Г., Куликов С.И. –Уфа: УАИ, 1988, 101 с.

23. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. Учебник для вузов. – М: Машиностроение. 1990 – 304 с.

24. Орликов М.Л. Динамика станков. 2-е изд. – К.: Выща шк. 1989. – 272 с.

25. ГОСТ 8032-84. Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел.

26. ГОСТ 2.701-84. Правила выполнения кинематических схем.

27. ГОСТ 2.770-68. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики.

28. ГОСТ 18097-88Е. Станки токарные и токарно- винторезные. Основные размеры.

29. ГОСТ 1227-79. Станки вертикально-сверлильные. Основные размеры.

30. ГОСТ 1165-81. Станки фрезерные консольные. Основные размеры.

31. ГОСТ 9405-73. Станки шлифовально-притирочные, хонинговальные).

32. ГОСТ 12593-93. Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу и фланцы зажимных устройств.

33. ГОСТ 12595-85. Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевого типа А.

34. ГОСТ 2701-72. Концы шпинделей сверлильных и расточных станков.

35. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.

36. ГОСТ 2.109-73. Основные требования к чертежам.

37. Стандарт предприятия. Графические и текстовые конструкторские документы. СТП УГАТУ 002 – 98. Уфа: УГАТУ. 1998. – 81 с.

 


Приложение А

Типовое задание 1

УГАТУ

Кафедра АТС

ЗАДАНИЕ

к курсовому проекту по дисциплине

«Конструирование мехатронных модулей»

студенту гр.________   ___________________

Выполнить разработку элементов эскизного и технического проекта станочного модуля                                      станка с компьютерным управлением.

Исходные данные:

сведения об обрабатываемых деталях

____________________________________________________________________

сведения о выполняемых операциях

____________________________________________________________________

проектирование модуля  ____________________________________________________________________

дополнительные условия

____________________________________________________________________

Содержание и этапы курсового проектирования:

1) определение технологического назначения станка, анализ схем обработки и методов формообразования поверхностей деталей - 10%;

2) определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка  кинематической структуры - 5%;

3) определение основных технических характеристик модуля  - 5%;

4) составление компоновки станка и модуля - 5%;

5) разработка кинематической схемы модуля - 10%;

6) расчет и проектирование модуля с применением ЭВМ - 20%;

7) оформление расчетно-графической части

- сведения о функциональных подсистемах, блок схема и структура

  модуля (1л. ф.А1) - 10%,

- общий вид модуля (развертка валов) (1 л. ф. А1) - 25%;

8) cоставление пояснительной записки (30 40 л. ф. А4) - 10%.

В пояснительной записке привести схемы обработки поверхностей, эскизы компоновок проектируемого модуля и станка, структурную схему модуля  станка, расчетные схемы, сведения о выполненных расчетах и обоснование принятых решений.

Консультант________________________

Дата выдачи задания                                                 Срок выполнения

Приложение Б

Типовое задание 2

УГАТУ

Кафедра АТС

ЗАДАНИЕ

к курсовому проекту по дисциплине

«Конструирование мехатронных модулей»

студенту гр.________   ___________________

Выполнить разработку элементов эскизного и технического проекта модуля главного движения токарного станка с компьютерным управлением.

Исходные данные (учесть подчеркнутое):

наибольший диаметр обрабатываемой детали 250, 320, 400, 530 мм;

переходы обработки - токарные, сверлильные, резьбонарезные;

обрабатываемые материалы – конструкционные стали HB  150, 160 – 260,

260 – 320;

наибольшая глубина резания (при токарной обработке) 1, 2, 3, 4 мм;

регулирование частот вращения шпинделя – ступенчатое, бесступенчатое;

компоновка привода – встроенная, разделенная;

дополнительные условия         ________________________________________________________________

Содержание и этапы курсового проектирования:

1) определение технологического назначения станка, анализ схем обработки и методов формообразования поверхностей деталей - 10%;

2) определение функциональных подсистем проектируемого модуля и разработка  кинематической структуры - 5%;

3) определение основных технических характеристик модуля  - 5%;

4) составление компоновки станка и модуля - 5%;

5) разработка кинематической схемы модуля - 10%;

6) расчет и проектирование модуля с применением ЭВМ - 20%;

7) оформление расчетно-графической части

- сведения о функциональных подсистемах, блок схема и структура

  модуля (1л. ф.А1) - 10%,

- общий вид модуля (развертка валов) (1 л. ф. А1) - 25%;

8) cоставление пояснительной записки (30 40 л. ф. А4) - 10%.

В пояснительной записке привести схемы обработки поверхностей, эскизы компоновок проектируемого модуля и станка, структурную схему модуля  станка, расчетные схемы, сведения о выполненных расчетах и обоснование принятых решений.

Консультант________________________

Дата выдачи задания                                          Срок выполнения


   

          Составители: КУДОЯРОВ Ринат  Габдулхакович,

                                         ДУРКО Евгений Маркович

КОНСТРУИРОВАНИЕ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проектированию по дисциплине

«Конструирование мехатронных модулей»

Подписано к печати 30.06.2004. Формат 60х84  1/16.

Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Таймс New Roman Cyr. Усл. печ. 2,2.  Усл. кр. - отт. 2,2.  Уч. - изд. л. 2,1.

Тираж 100 экз. Заказ №

Уфимский государственный авиационный технический университет.

Центр оперативной полиграфии УГАТУ

450000, Уфа, центр, ул. К. Маркса, 12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27152. Принципы построения систем, ориентированных на анализ данных 52.16 KB
  Принципы построения систем ориентированных на анализ данных Модели данных используемые при построении Хранилищ Данных В настоящее время наибольшее распространение получили три вида моделей хранилищ данных: многомерная реляционная и комбинированная. Измерения играют роль индексов используемых для идентификации конкретных значений данных. Вращение изменение порядка измерений; обычно для двухмерных сечений остальные фиксированные для приведения данных к форме удобной для восприятия; Свертка замена одного из значений измерения другим ...
27153. Формат BluRay 2.09 MB
  Приведены основные технические характеристики BDдиска. Это и гибридный лазер способный генерировать излучение трех длин волн: 780 нм 650 нм и 405 нм объектив с изменяемой числовой апертурой SONY голографический оптический элемент LG дифракционный оптический элемент Matsushita высокопрочное защитное покрытие поверхности диска DURABIS2 TDK регистрирующие материалы для записываемых дисков – органический Fuji и неорганический TDK новейшие технологии мастеринга новых дисков – с использованием термохимической реакции в материале...
27154. Магнитофоны форматов ADAT и DTRS 520 KB
  ADAT Магнитофоны формата ADAT разработаны фирмой Alesis что и отражено в аббревиатуре его названия ADAT Alesis Digital Audio Tape. Для своих магнитофонов фирма Alesis разработала специальный оптический интерфейс ADI Alesis Digital Interface с помощью которого можно по одному оптоволоконному кабелю передавать восемь звуковых каналов с разрешением до 24 разрядов. показан образец магнитофона формата ADAT Alesis M20. 2 представлена модель Alesis XT20 которая обладает теми же функциональными возможностями что и М20 но кроме того...
27155. DASH 486.5 KB
  В 1988 году появился 48дорожечный магнитофон РСМ3348 в котором также используется полудюймовая лента и который обеспечивает полную взаимозаменяемость со своим предшественником РСМ3324 благодаря тому что 24 дополнительные дорожки здесь записываются в промежутках между дорожками предыдущего формата рис. Дополнительная дорожка 2 служит для записи временного кода по стандарту SMPTE а дополнительная дорожка 3 – для записи сигналов управления. Канал управления Данные записываемые на дорожку управления дополнительная дорожка 3 на рис. При...
27156. Канальное кодирование (модуляция) 137 KB
  Канал Q Канал Q содержит данные хронирования содержимого диска и нужен для обеспечения функций поиска заданного фрагмента повтора воспроизведения по программе а также обеспечивает возможность индикации текущего времени как на диске в целом так и на каждой дорожке в отдельности. Одновременно с этим в графе Начало музыкального фрагмента записывается время соответствующее началу – в минутах секундах и блоках одна секунда 75 блокам номера от 00 до 74 по шкале времени исчисляемому от начала программной зоны диска начало первого...
27157. История цифровой звукозаписи 84 KB
  А первая публичная демонстрация цифровой звукозаписи состоялась в 1967 году. После столь блистательного дебюта цифровой звукозаписи работы в этом направлении начались и на других фирмах. Поэтому внедрение результатов работ по цифровой звукозаписи происходило исключительно в студиях где размеры создаваемых систем и их стоимость существенной роли не играли.
27158. Производство компакт-дисков 125.5 KB
  На поверхность основы дискаоригинала которая при этом должна быть идеально плоской наносится тонкий слой светочувствительного материала – фоторезиста. Структурная схема установки записи дискаоригинала показана на рисунке. Излучение лазера воздействует на фоторезист покрывающий поверхность вращающегося дискаоригинала и оставляет на нем зоны засветки соответствующие единицам цифрового кода.
27159. Световые волны и оптические системы 184.5 KB
  Кроме того колебания векторов Ē и Н происходит строго синхронно и во взаимно перпендикулярных направлениях рис. Поперечные волны обладают изначальным по самой природе им присущим свойством называемым поляризацией. Если на этой плоскости выбрать произвольно некоторую систему координат XY то линейно поляризованный свет будет иметь вид отрезка прямой под определенным углом α к одной из выбранных осей рис. Однако линейная поляризация монохроматической волны наблюдается только тогда когда разность фаз φ между составляющими X и Y суммарного...
27160. Выделение цифрового сигнала и импульсов тактовой синхронизации 192 KB
  Среди таких причин можно назвать следующие: нестабильность мощности записывающего лазера вызывающая разброс размеров длины и ширины формируемых пит; нестабильность мощности воспроизводящего лазера; ограниченность и нелинейность амплитудночастотной характеристики тракта оптического воспроизведения; нелинейность фазочастотной характеристики тракта; неравномерность распределения мощности света в пределах пятна; наличие дифракции на питах; ограниченность апертуры входного зрачка объектива; неравномерность толщины...