Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / КУРСОВАЯ РАБОТА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Разработка технических средств уменьшения температурных погрешностей обработки на высокоскоростных токарных станках.

kisssaaa0721 552 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 46 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 18.09.2021
Курсовая работа на тему: "Разработка технических средств уменьшения температурных погрешностей обработки на высокоскоростных токарных станках."
Введение

Металлорежущие станки являются основным видом машиностроительного оборудования, предназначенным для производства современных маш ин, приборов, инструментов и других изделий. Возрастающие требования к качеству и надежности выпускаемой продукции, точности обработки значительно повысили количество используемых на предприятиях дорогостоящих станков с числовым программным управлением, обладающих широкими технологическими возможностями. Но возможность покупки такого оборудования не всегда имеется, в первую очередь из-за высокой цены. Поэтому в данной работе мы предлагаем использовать оборудование, которое уже имеется на предприятии. В ходе многочисленных исследований было выявлено, что большое влияние на точность станков оказывают температурные деформации. Для их уменьшения созданы различные методы и системы термостабилизации. Но существующие системы не могут полностью исключить тепловые погрешности станков.
Содержание

АННОТАЦИЯ 3 РЕФЕРАТ 4 ВВЕДЕНИЕ. 7 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИИ 8 1.1. Погрешности обработки на металлорежущих станках, их виды и условия возникновения 8 1.2. Мотор-шпиндель и резцовый блок как основные источники температурных погрешностей обработки на высокоскоростных токарных станках 9 1.3. Современные системы охлаждения мотор-шпинделей, их достоинства и недостатки 13 1.3.1. Система Панова и аналогичные 13 1.3.2. Система термостабилизации шпиндельного узла по патенту Я.Л.Либермана №102553 17 1.3.3. Система термостабилизации шпиндельного узла по патенту Я.Л.Либермана №116387 21 1.4. Прогрессивные конструкции токарных резцов с малой термической деформируемостью, принципы и особенности их конструирования 24 1.5. Выводы 25 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МОТОР-ШПИНДЕЛЯ ТОКАРНОГО СТАНКА 26 2.1. Построение быстродействующей системы охлаждения подшипников мотор-шпинделя станка 26 2.2. Сравнительный анализ новой системы охлаждения подшипников и наиболее прогрессивной из существующих 27 2.3. Разработка системы охлаждения двигателя станочного мотор-шпинделя 28 2.4. Исследование характеристик разработанной системы охлаждения двигателя 29 2.5. Выводы 30 3. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ С МАЛОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТЬЮ 31 3.1. Новая конструкция резца со встроенным авторегулятором охлаждения 31 3.2. Расчет разработанного резца с авторегулятором 32 3.3. Материалы, обеспечивающие малую термодеформируемость резца и разработка резца с применением инварного сплава 33 3.4. Выводы 34 4. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ, ВНОСИМЫХ В ТОКАРНУЮ ОБРАБОТКУ РАЗРАБОТАННЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ 35 4.1. Расчет погрешностей 35 4.2. Выводы 36 Заключение 37 список использованной Литературы 38 Приложение 40
Список литературы

1. В.И.Островский. Факторы, влияющие на точность горизонтально-расточных станков // Станки и инструмент. – 1964. - №10 – с.3-7. 2. Системы смазки приводов главного движения металлорежущих станков: Методические указания к самостоятельной работе при курсовом проектировании по курсам: «Конструирование, расчет и САПР станков и станочных комплексов» и «Металлорежущие станки и промышленные роботы» / Е.В.Кусова, И.М.Храмов, Н.Ш.Ардаширов. Свердловск: УПИ, 1991. - 24с. 3. К.В.Марусич. Управление термодеформационным состоянием станка на основе автоматизации прогнозирования температурных перемещений исполнительных органов. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2012. 4. А.Н.Поляков, П.И.Дьяконов. Прогнозирование теплоустойчивости станков с помощью нейросетевого подхода // Технология машиностроения. – 2003. - №6 – с.29-33. 5. А.Н.Поляков, П.И.Дьяконов. Прогнозирование температурных перемещений станка с помощью нейронных сетей // Технология машиностроения. – 2005. - №7 – с.15-19. 6. А.И.Глухенький, Н.Н.Панов, Ж.С.Равва. Стабилизация температуры в прецизионных станках с помощью полупроводниковых охлаждающих устройств // Станки и инструмент. – 1972. - №3 – с.9-10. 7. Ф.Л.Копелев. Отделочно-расточной станок с автоматической компенсацией тепловых деформаций // Станки и инструмент. – 1974. - №10 – с.14-15. 8. Я.Л.Либерман. Система термостабилизации шпиндельного узла металлорежущего станка. Авторское свидетельство № 102553 9. Я.Л.Либерман. Система термостабилизации шпиндельного узла металлорежущего станка. Авторское свидетельство № 116387 10. М.П.Белов, В.А.Новиков, Л.Н.Рассудов. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М.: «Академия», 2004. 11. Станки с числовым программным управлением (специализированные) / под ред. В.А.Лещенко. – М.: Машиностроение, 1979 . – 592 с. 12. А.С.Сандлер. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. Учеб. пособие для втузов. – М.: «Высш. школа», 1972. – 440 с. 13. Контроль и диагностика в ГПС: Практ. пособие / Под ред. В.И.Черпакова. – М.: Высш. школа, 1989. – с.83-84. 14. А.П.Сиротенко, В.А.Лизогуб. Динамометрический шпиндельный узел для адаптивной системы управления станком // Станки и инструмент. – 1978. - №4 – с.9-10. 15. И.А.Биргер. Расчет на прочность деталей машин: справочник / И.А.Биргер, Б.Ф.Шорр, Г.Б.Иосилевич. М. :Машиностроение, 1979. – 702с. 16. Расчет режимов резания при точении с учетом виброустойчивости технологической системы: Учебное пособие по курсу «Теория автоматического управления» / Я.Л.Либерман. Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2012. – 173 с.
Отрывок из работы

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИИ Погрешности обработки на металлорежущих станках, их виды и условия возникновения При механической обработке деталей на металлорежущих станках возникает ряд погрешностей, источниками которых являются станок, приспособление, инструмент и сама обрабатываемая деталь или, говоря сокращенно, система СПИД. Исходя из характера образования погрешностей обработки, их можно разделить на постоянные, функциональные и случайные. Постоянными называются такие погрешности, которые сохраняют свое значение при обработке каждой новой детали. Функциональными называются такие погрешности, величина которых закономерно изменяется при обработке каждой новой детали. Случайными называются такие погрешности, величина которых при обработке каждой новой детали может принять любое численное значение (в определенных пределах), заранее нам не известное. Причин возникновения погрешностей обработки очень много, но для каждого вида погрешностей можно установить главные или доминирующие причины. ? Мотор-шпиндель и резцовый блок как основные источники температурных погрешностей обработки на высокоскоростных токарных станках Высокоскоростным считается резание, при котором скорость возрастает в 5 и более раз по сравнению с уровнем, установившемся для данного обрабатываемого материала. В последние годы отмечается устойчивый рост интереса к этому инновационному процессу в связи с тем, что: во-первых, в современных машинах увеличивается процент деталей с пространственно-сложными поверхностями. Это связано с развитием сложной формообразующей оснастки, с оптимизацией массогабаритных показателей в авиационной и космической технике, в гоночных автомобилях. Обработка таких элементов оснастки и сложных деталей с обычными режимами резания длится несколько десяткой часов. Значительно сократить время обработки позволяет метод высокоскоростной обработки (ВСО); во-вторых, высокоскоростная обработка значительно сокращает длительность полного производственного цикла от идеи нового продукта до готовой детали, что является одним из центральных моментов сохранения конкурентоспособности предприятия; в-третьих, внедрение ВСО мобилизует предприятие на освоение сопутствующих наукоемких технологий и способов управления производством. Развитию метода высокоскоростной обработки (HSC - High Speed Cutting) послужили высокие достижения информационных технологий, и в частности создание высокотехнологичных наукоемких CAD/CAM- систем. Внедрению метода ВСО способствовали теоретические предпосылки теории резания: При повышении скорости резания происходит перераспределение тепла, образующегося при резании, в сторону тепла, уносимого стружкой (рис. 1). Доля тепла, передаваемого заготовке, понижается так, что заготовка практически не нагревается. Именно это позволяет производить обработку даже закаленных сталей, не опасаясь отпуска поверхностного слоя. Рис. 1 Диаграмма относительного распределения тепла При анализе зависимости силы резания от скорости резания (рис. 2) было отмечено, что в определенном интервале скоростей резания наблюдается значительный спад сил резания (такие зависимости за рубежом называют кривыми Соломона). Рис. 2 Кривые Соломона. Зависимость сил резания от скорости резания Проведенные исследования показали, что высокоскоростная обработка возможна на станках с ЧПУ при определенных условиях: небольшие сечения среза; малые динамические нагрузки при изменении направления движения инструмента; равномерная нагрузка на инструмент во время всего цикла обработки заготовки. Особенности ВСО предъявляют особые требования к конструкции станков, обеспечивающих этот вид обработки. Это касается не только всех элементов самого станка, но и систем и устройств, обеспечивающих его работу, а также целого ряда работ по обслуживанию станка и подготовки его к работе. В общем случае среди требований к высокоскоростному оборудованию можно отметить следующее: Конструкция станка в целом должна иметь высокую жесткость и хорошие виброгасящие и демпфирующие характеристики, что обычно обеспечивается большой массой базовых частей. Особые требования у высокоскоростного оборудования предъявляются к конструкции направляющих, которые должны обеспечить плавное безлюфтовое движение перемещающихся частей станка. Конструкция станка в процессе работы должна обеспечить всем его элементам термическую стабильность при минимальных температурных деформациям, поскольку тепловое расширение частей и элементов станка напрямую влияет на качество обработки. В современных высокоскоростных станках применяется специальная система охлаждения его основных элементов, в которой охлаждающая жидкость от специальной холодильной установки циркулирует по специальным отверстиям в шпинделе, ходовых винтах, в элементах корпуса и т.п. Также для уменьшения тепловых деформаций у станков для изготовления отдельных деталей можно использовать натуральный гранит и специальную минеральную керамику. От материала базовых элементов, особенно станин, стоек, столов, зависит не только склонность к температурным деформациям, но и целый ряд других характеристик станков – вибростойкость, прочность, электропроводность и др., многие из которых и определяют главную характеристику – точность оборудования. Высокоскоростной шпиндель - наиболее важный компонент станка для ВСО. Система ЧПУ, инструмент и все другие составляющие процесса служат единой задаче - использовать высокую частоту вращения шпинделя наиболее эффективно. Высокоскоростной шпиндель — это компромисс между силами и скоростью резания. Но наиболее критичный фактор ограничения – подшипники, долговечность которых особенно важна. В любом высокоскоростном шпинделе подшипник - первый компонент, который выходит из строя. Для высокоскоростных шпинделей используют подшипники разных типов – шариковые, гидростатические, аэростатические, электростатические и др. выбор типа подшипника зависит, естественно, от принятой для станка максимальной частоты вращения шпинделя. Современные системы охлаждения мотор-шпинделей, их достоинства и недостатки Система Панова и аналогичные Система автоматической стабилизации температуры станка была разработана за счет отвода тепла из зоны его выделения [6]. Экспериментальные исследования проводились в термостатированной лаборатории на станке мод. 16Б16П. В связи с тем, что температурные деформации влияют на точность обработки, главным образом на финишных операциях (когда силы резания малы), станок исследовался на холостом ходу. Превышение температуры в различных точках станка над температурой окружающей среды при скорости шпинделя n=890 об/мин без системы термостабилизации представлено на рис. 3. Температурные деформации ? шпинделя без системы стабилизации температуры, измеренные по схеме рис. 3, Рис. 3. Избыточные температуры при финишной обработке на станке модели 16Б16П при n=890 об/мин а показаны: на рис. 4,б при =2000 об/мин; на рис. 4,в при n=1600 об/мин; на рис. 4,г при n=890 об/мин. Рис. 4. Температурные деформации шпинделя Экспериментальные исследования показали, что полное исключение температурных деформаций при использовании масла в качестве теплоотводящей среды невозможно из-за резкого возрастания вязкости масла при снижении его температуры. Это приводит к повышенному выделению тепла в результате внутреннего трения между слоями масла при перемешивании. Наиболее эффективным для термостабилизации являются полупроводниковые охлаждающие батареи, устанавливаемые непосредственно на корпусные детали станка. Функциональная схема системы автоматической стабилизации температуры представлена на рис. 5. При повышении температуры шпиндельной бабки станка изменяется сопротивление термистора 3, установленного вблизи переднего подшипника шпинделя и являющегося одним из плеч измерительного моста 5, питающегося от источника 6. Возникающий при этом сигнал разбаланса моста после преобразования в усилителе 7 включает с помощью реле и контактора 8 блок БП питания двух полупроводниковых охлаждающих ребристых батарей 1, встроенных в бак 2 смазки шпиндельной бабки. Одновременно включается вентиль 4, пропускающий воду через горячие спаи батареи. Масло в баке охлаждается и поступает на шпиндельную бабку, а тепло от спаев батарей, большая площадь которых обеспечивает интенсивный теплообмен, отводится проточной водой. При достижении заданной температуры сигнал разбаланса моста исчезнет, реле отключает питание батарей, а вентиль 4 перекрывается. Температурные деформации ? шпинделя при включенной системе стабилизации температуры, измеренные по схеме рис. 6, а показаны: на рис. 6, б при n=2000 об/мин; на рис. 6, в при n=1600 об/мин; на рис. 6, г при n=890 об/мин. Рис. 5. Система термостабилизации шпиндельного узла по авторскому свидетельству Н.Н.Панова и др. №248435 Рис. 6. Температурные деформации шпинделя Приведенные результаты показывают, что с помощью батарей, установленных непосредственно на шпиндельной бабке станка, удается поддерживать его температуру и снизить температурные деформации до 1 мкм в горизонтальной плоскости и до 4мкм в вертикальной. У данной системы есть несколько недостатков. Первым недостатком является усложнение конструкции, удорожание за счет установки полупроводниковых охлаждающих устройств. Второй недостаток – система стабилизации температуры срабатывает, когда температура шпиндельной бабки достигает установленного порогового значения; т.е. температура не остается всегда постоянной, а наблюдаются скачки температуры, которые могут привести к тепловым деформациям. ? Система термостабилизации шпиндельного узла по патенту Я.Л.Либермана №102553 Задачей разработки устройства было повышение точности поддержания температуры подшипников на заданном уровне при высокой экономичности масляного туманообразования [8]. Достигается решение поставленной задачи за счет того, что высокоскоростной шпиндельный узел металлорежущего станка, содержащий: шпиндель, установленный в корпусе на подшипниках качения; многовходовой блок управления, первый вход которого соединен с задатчиком напряжения; электроуправляемый маслораспылитель, выходное сопло которого размещено в корпусе, а управляющий вход связан с выходом блока управления; термодатчик, соприкасающийся с наружным кольцом переднего подшипника шпинделя и соединенный со вторым входом блока управления; тензодатчик, встроенный в наружное кольцо переднего подшипника шпинделя, дополнительно снабжен формирователем импульсов и сглаживающим фильтром, входы которых соединены с тензодатчиком, частотомером, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход – к третьему входу блока управления, причем выход фильтра соединен с четвертым входом блока управления, а блок управления выполнен в виде сумматора напряжений. На рис. 7 приведена схема прилагаемого шпиндельного узла, на рис. 8 – схема расположения термодатчика и тензодатчика относительно переднего подшипника шпинделя, на рис. 9 – временная диаграмма сигналов напряжения при вращении шпинделя на выходах тензодатчика, сглаживающего фильтра и формирователя импульсов. Рис. 7. Система термостабилизации шпиндельного узла Как видно из рисунков, шпиндельный узел состоит из корпуса 1, в котором на подшипниках качения (на рисунке показан только передний Рис. 8. Схема расположения термодатчика и тензодатчика относительно переднего подшипника шпинделя Рис. 9. Временная диаграмма сигналов напряжения при вращении шпинделя на выходах тензодатчика сглаживающего фильтра и формирователя импульсов подшипник 2) установлен шпиндель 3. В корпусе 1 в соприкосновении с подшипником 2 размещен термодатчик 4, а в наружное кольцо подшипника 2 встроен тензодатчик 5. Последний установлен в кольцевой проточке 6, выполненной в наружном кольце так, как это показано на рис.15, что является типовым способом установки тензодатчиков в подобных случаях. Выход тензодатчика 5 соединен со входами формирователя импульсов 7 и сглаживающего фильтра 8. При этом выход формирователя связан со входами частотомера 9, а выход частотомера, выход фильтра 8 и термодатчика 4 соединены со входами блока управления 10, выполненного в виде четырехвходового сумматора (термодатчик соединен со вторым входом блока 10, частотомер – с третьим входом блока 10, а фильтр – с четвертым входом блока 10). К первому же входу блока 10 подключен задатчик напряжения 11, к выходу блока 10 подключен управляющий вход электроуправляемого маслораспылителя 12, а выходное сопло маслораспылителя подключено к корпусу 1 шпиндельного узла, а именно, размещен в нем. Для настройки устройства (согласования сигналов от частотомера 9, фильтра 8 и термодатчика 4) фильтр и термодатчик могут быть соединены с блоком 10 (сумматором), соответственно, через усилители 13 и 14 с регулируемыми коэффициентами усиления. Однако применение этих усилителей не обязательно – параметры выходных сигналов частотомера, фильтра и термодатчика могут быть согласованы и при изготовлении всего шпиндельного узла.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Курсовая работа, Технологические машины и оборудование, 21 страница
252 руб.
Курсовая работа, Технологические машины и оборудование, 25 страниц
300 руб.
Курсовая работа, Технологические машины и оборудование, 24 страницы
288 руб.
Курсовая работа, Технологические машины и оборудование, 22 страницы
264 руб.
Курсовая работа, Технологические машины и оборудование, 21 страница
252 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg