Автоматизация технологического процесса изготовления детали «ВАЛ»

 

Проанализировав достоинства  и недостатки рассмотренных загрузочных  устройств, можно увидеть, что наибольший интерес представляет устройство № 1, так как в нем наиболее оптимально сочетаются технико-экономические  критерии. Данное устройство наиболее надежно и просто в эксплуатации.

 

5. Конструктивные расчеты загрузочного устройства

При конструктивных расчетах уточняются некоторые параметры, найденные ранее ориентировочно и определяются дополнительные параметры, влияющие на производительность, и общую работоспособность загрузочного устройства.

Выполним некоторые расчеты для выбранного загрузочного устройства, согласно формулам, приведенным в [3].

1. Расчет ширины лотка  из условия незаклинивания:

Ширина лотка:

 

(4.5)

где d_ф = 40 мм - наибольший диаметр детали;

l_дет = 285 мм - длина детали;

µ = 0,02 - коэффициент трения.

Получаем:

 

2. Для магазинных устройств, следует рассчитать длину магазина L_м и

сравнить ее с допустимой:

L_м ≤ (500...2000) мм [1, стр.42]; (3.3)

Тогда L_м = 48 ∙ 32 = 1536 мм < 2000 мм – условие выполнено.

 

Определим жесткость, пружины, используемой в механизме захвата

основываясь на расчетной схеме (рис 3.3):

На схеме показаны:

G = 5 ∙ 1,53 ∙ 9,8 = 75 H – сила тяжести заготовок;

F = G ∙ cos46º = 75 ∙ 0,69 = 52 H - сила, действующая на захват со стороны

заготовки;

F_ПР = сила, действующая на захват со стороны пружины.

Определим F_ПР из условия равновесия захвата:

М₁ = М₂

F ∙ cos14º ∙ L₁ = F_ПР ∙ L₂ ∙ cos4º

Рис.5.1

 

Отсюда

Найдем жесткость пружины, учитывая, что F_ПР = k ∙ x, где

k - жесткость пружины;

x – перемещение

Найдем х из уравнения:

 

где а = 3 мм – линейное перемещение точки соприкосновения захвата с заготовкой.

В нашем случае это уравнение верно, так как угол поворота захвата небольшой (порядка 2º)

 

Тогда жесткость пружины  равна:

 

Следует подобрать пружину  с жесткостью, не более найденной, но достаточной для удержания  заготовки при повороте сектора.

Выбираем пружину ГОСТ 13766-86 из материала Кл.1 ГОСТ 9389-75.

3. Расчет гидроцилиндра  произведем на основе уравнения  статического равновесия силового  исполнительного органа, т.е. гидроцилиндра  для поступательного движения  и гидромотора для вращательного движения.

Цель расчета – определение  диаметра поршня. Расчетная схема  гидропривода

Поступательного движения приведена на рис.5.2.

Рис.5.2.

 

По схеме (см.рис.3.4.) условие статического равновесия системы:

P_F – P_пр ∙ F' = R + R_п + R_ш + R_н   (4.4), где

P – давление в рабочей полости цилиндра;

P_пр – давление в сливной полости цилиндра, вызванное потерями в сливных магистралях и сопротивлением управляющих элементов;

F,F' – эффективные площади двух сторон поршня;

R – полезная нагрузка;

R_п – сила трения в поршне;

R_ш – сила трения на штоке;

R_н – сила трения в направляющих;

G – сила веса рабочего органа.

В нашем случае полезная нагрузка R, это нагрузка от трения гидроцилиндра о направляющие.

R = G ∙ f = 150 ∙ 0,1 = 15 H, где

f = 0,1 – коэффициент трения;

G = 150 Н – сила тяжести действующая на гидроцилиндр.

Уравнение (4.4) является статически неопределимым, т.к. для определения  сил сопротивления необходимо знать  параметры цилиндра.

Потому предварительный  расчет ведется исходя из расчетной  схемы сопротивления в зависимости  от типа нагружения.

R_расч = (1,25…1,5) ∙ R, примем R_расч = 1,5 ∙ R = 1,5 ∙ 15 = 22,5 Н

Зададим давление на входе  [стр.8]: p=0,25 Мпа. Тогда исходное уравнение примет следующий вид:

P_F = R_расч (4.5);

Диаметр поршня определим  по формуле:

  (4.6);

Подставляя  F в (4.6), получаем:

 

По конструктивным соображениям выбираем гидроцилиндр с большим  диаметром.

По ГОСТ 12447 – 80 [4, стр.8]:

D = 90 мм. F = 6362 мм²

Выбираем гидроцилиндр по ОСТ Г21 – 1 – 73 с односторонним  штоком на p_ном = 0,25 Мпа [4, стр.48]. Уплотнение поршня по диаметру D обеспечивается с помощью чугунных поршневых колец (СЧ20 ГОСТ 1412 – 85), а уплотнение штока по диаметру d = 40 мм – с помощью шевронных уплотнений, т.о. выбираем гидроцилиндр D = 99 мм: 1-90×200.

4) Рассчитаем массу лотка:

M = M_заг ∙ n, где

М_заг = 1,53 кг – масса одной заготовки;

n = 59 шт – количество заготовок, умещающихся в лотке.

M = 1,53 ∙ 59 = 90,27 кг

5) Рассчитаем время работы  станка без дозагрузки:

t = T ∙ n, где

Т = 25,444 с – время одного цикла;

n = 59 шт – количество заготовок, умещающихся в лотке.

t = 25,444 ∙ 59 = 1501,2 c = 25,02 мин

 

6. Построение циклограммы.

 

В общем случае за время  цикла работы автоматического устройства осуществляется ряд действий: отсекание  отделителя при перемещении заранее  ориентированной (вручную) заготовки  питателя; перемещение заготовки  питателем в рабочую зону; закрепление  заготовки зажимным механизмом; холостые (ускоренные) перемещения рабочих  органов станка; обработка заготовки; удаление обработанной детали из рабочей  зоны.

В курсовой работе необходимо определить наиболее рациональные последовательность и время действия отдельных механизмов. Для этого разрабатываем циклограмму. Она дает графическое изображение  рабочего цикла во времени.

При составлении циклограммы  следует тщательно проанализировать работу всех механизмов загрузочного устройства и станка для того, чтобы  правильно выбрать последовательность их движений.

При разработке циклограммы  следует стремиться к уменьшению времени цикла, что можно достигнуть путем сокращения длины ходов, а  также за счет совмещения движений.

 

Определим продолжительность  отдельных движений:

Перемещение сектора

Зададимся условной скоростью  вращения вала:

ω = 3 об/мин = 0,315 рад/с

 

Угол поворота сектора:

φ = 35º = 0,612 рад

 

Тогда время перемещения  сектора:

 

 

Время перемещения  пиноли задней бабки

Зададимся начальным перемещением:

s = 600 мм/мин

L = 30 мм

 

Тогда время перемещения  пиноли задней бабки:

 

Время зажима-разжима цанги: 0,5 с

 

Время обработки: T_и = 11,44 с

Время перемещения  призмы (гидроцилиндра)

Произведем этот расчет, основываясь на максимальном расходе  для выбранной гидростанции Q_{px max} = 7,63 л/мин. Объем гидроцилиндра равен

 

V = 90 ∙ 500 = 45000 м³ = 0,45 л

 

 Тогда время перемещения  призмы:

 

 

 

Схема рабочих органов  станка приведена на рис. 3.4.

 

Схема станка (вид  спереди)

Рис.3.4.

 

Циклограмма нагружения рабочих органов станка приведена на рис.3.5.

 

Рис.3.5.

 

Вывод по результатам  работы.

Предложенное решение  автоматизации технологической  операции позволило повысить уровень автоматизации с

α₁ = 0,22 (низкий уровень) до

α₁ = 9,6 / 25,444 = 0,378 (средний уровень)

Это говорит о целесообразности применения данного загрузочного устройства на данной операции.

Таким образом автоматизация загрузки и разгрузки оборудования позволяет не только изменить процесс труда с точки зрения повышения безопасности и коэффициента использования оборудования, но и значительно увеличивает производительность производственных процессов.

 

Список  литературы

 

1. Слатин В.И. «Методическое руководство к курсовому проекту по механизации и автоматизации технологических процессов в машиностроении» - СПб., «Нестор», 2000. -50с.

2. Азаров А.С. «Механизация и автоматизация технологических процессов

в машиностроении» - 1963 Л.: ГН-ТИМЛ. 414с.

3. Рабинович А.П. «Автоматическое ориентирование и загрузка штучных деталей» Киев, 1968г.

4. Медвидь М.В. «Автоматические ориентирующие загрузочные устройства и механизмы» Москва, 1963г.

5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986г., 656 с., ил.