Устройство для автоматической навивки пружин на токарно-револьверном автомате
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Тема проекта:
Устройство для автоматической навивки пружин на токарно-револьверном автомате мод. 1Б124
Студент Кудряшов Д.В.
Факультет Балашихинский
Группа БФ-2
Консультант Гапонкин В.А.
МОСКВА
1998 г.
ВВЕДЕНИЕ
Обзор специальных устройств для универсальных станков токарной группы
Станки токарной группы составляют большую часть общего выпуска станков. В основном, хотя продолжают развиваться и универсальные токарно-винторезные станки, преобладают тенденции развития специальных станков и автоматов, отвечающих задачам получения наибольшей производительности при максимальной автоматизации процесса. Тем не менее иногда возникает необходимость расширения технологических возможностей такого оборудования.
Кроме обработки заготовок точением и сверлением на токарных станках можно нарезать внутреннюю и наружную резьбу, протачивать конические поверхности, прорезать шлицы и даже фрезеровать. Для выполнения этих операций необходимы соответствующая наладка и специальные приспособления. Существуют также устройства к токарным станкам для изготовления пружин.
Известно устройство к токарным станкам для навивки пружин с переменным шагом, содержащее приводной шпиндель, привод подачи, имеющий гитару с регулируемой вращающейся кулисой, состоящей из двух эксцентричных, связанных посредством кулисного камня и передвижных одна относительно другой шестерен, кинематически связанных с приводом шпинделя и шестерней привода подачи [1]. Однако технологические возможности такого устройства ограничены.
Более широкий ассортимент пружин позволяет изготавливать устройство к токарно-винторезному станку, содержащем размещенную в патроне станка навивочную оправку, смонтированную на суппорте станка каретку, имеющую механизм подачи проволоки, средство для управления перемещением каретки и регулировочные упоры, установленные на станине с возможностью взаимодействия с переключателем [2].
После закрепления проволоки в пазу на конце оправки включают привод станка, который вращает оправку и обеспечивает поступательное движение суппорта с подачей (устанавливается сменными шестернями гитары станка), равной шагу навиваемой пружины. После навивки заданного количества витков пружины микропереключатель взаимодействует с регулировочным упором, каретка перемещается и происходит образование витков с большим шагом и т.д. По окончании навивки по всей длине оправки станок автоматически выключается и оправку снимают со станка.
В некоторых устройствах при навивании пружин из проволоки большого диаметра ее нагревают электрическим током для придания большей пластичности.
К достоинствам описанных конструкций можно отнести их относительную простоту, качество изготавливаемых пружин, легкую настройку длины и шага навиваемой пружины; существенный недостаток - низкая механизация технологического процесса (что определяется используемым оборудованием в том числе): ручная установка и съем оправки, закрепление проволоки и возврат каретки в исходное положение, отрезание и снятие навитых пружин с оправки вручную. Большое количество ручных операций существенно снижает производительность.
Токарные автоматы и полуавтоматы относятся к высокопроизводительным станкам, которые широко применяются в крупносерийном и массовом производстве. Эти станки следует рассматривать как станки с программным управлением на механической основе. Главным органом управления таких станков является распределительный вал, на котором расположены кулачки, управляющие отдельными механизмами станка, обеспечивающие надежную синхронизацию всех движений цикла работы станка. В данном случае кулачки (копиры) являются носителями программы работы автомата или полуавтомата, поэтому такие станки часто называют кулачковыми автоматами.
Токарно-револьверные автоматы в отличие от токарных и токарно-револьверных станков имеют автоматизированный цикл работы, т.е. ходы и вспомогательные движения автоматизированы и частично могут быть совмещены, следовательно, такие автоматы с устройствами для навивки пружин подобными описанным, которые используют вышеперечисленные преимущества токарных автоматов, имеют более высокую производительность.
1. Техническое задание
Разработать устройство для навивки пружин на токарно-револьверном автомате мод. 1Б124.
Устройство должно работать в замкнутом автоматическом цикле. Необходимо выбрать оптимальную скорость вращения шпинделя, отключить неиспользуемые узлы и кинематические цепи, рассчитать кулачки суппортов.
Пружина (рис. 1.1):
l=35 мм, Æ=15 мм, количество витков - 14, шаг - 0 мм.
Рис. 1.1.
2. Назначение и технические характеристики
Токарно-револьверный автомат мод. 1Б124
Одношпиндельный токарно-револьверный станок модели 1Á124 -высокопроизводительный автомат. Применяется он для массового производства деталей из круглого, квадратного или калиброванного прутка. Автомат имеет револьверную головку с шестью гнездами. Это позволяет обрабатывать деталь одновременно 12 различными инструментами. Все рабочие процессы автоматизированы, кроме загрузки прутком.
Технические характеристики
Диаметр отверстия шпинделя, мм 24
Расстояние от торца шпинделя до револьверной головки, мм
наибольшее 64
наименьшее 180
Общая подача прутка, мм 90
Общая длина протачивания, мм 80
Ход суппорта, мм
револьверного 80
поперечного переднего, заднего, вертикального 40
Число ступеней оборотов шпинделя
правый ход 13
левый ход 13
Частота вращения шпинделя, об/мин
влево 200-3150
вправо 80-1250
Мощность электродвигателей, кВт
главного вала 4,5
вспомогательного 1,0
насоса охлаждения 0,12
Частота вращения электродвигателей, об/мин
главного вала 1440
вспомогательного 1440
насоса охлаждения 2800
Габаритные размеры, мм 1870х790х1500
Масса, кг 1750
Общая компоновка
Основание станка-автомата представляет собой чугунную отливку коробчатой формы. Внутри основания помещены коробка скоростей с электродвигателем для привода шпинделя, резервуар охлаждающей жидкости и шкаф электрооборудования. Сверху основания крепится станина. На станине располагаются шпиндельная бабка с вертикальным суппортом, револьверный и поперечные суппорты, механизм выключения и переключатель скоростей. Пульт управления и переключения скоростей расположен на передней стороне основания. В левой части корпуса, в нише, закреплена коробка скоростей с электродвигателем. Натяжение ремней привода шпинделя осуществляется кронштейном с роликом. Привод шпиндельной бабки, натяжное устройство и двигатель коробки скоростей накрыты общим металлическим кожухом.
2.1.2. Кинематическая схема автомата
Кинематическая схема автомата показана на листе 3. Шпиндель V получает вращение от электродвигателя М1 (N=4,5 кВт, n=1440 об/мин) через коробку скоростей и клиноременную передачу со шкивами d>1>=212 мм и d>2>=170 мм. Коробка скоростей дает возможность получать три частоты левого и три частоты правого движения шпинделя. Необходимая частота вращения шпинделя задается переключателями пульта управления, а также сменными зубчатыми колесами a/b коробки скоростей.
Вспомогательный вал VII получает вращение от электродвигателя М2 (N=1,0 кВт, n=1440 об/мин) через редуктор с червячной парой 2/24, вал VI и муфту М>2>, которая может быть включена рукояткой 1. Вал имеет постоянную частоту вращения 120 об/мин, от него приводятся в действие все механизмы холостых ходов. На вспомогательном валу VII установлена однооборотная муфта
М>3>. При ее включении влево через зубчатые колеса 36/72 вращение получает вал VIII с барабанными кулачками 2 и 3 подачи и зажима прутка. При включении муфты М>3> вправо производится поворот револьверной головки автомата через зубчатые колеса, диск 6 и мальтийский крест 5. От вспомогательного вала VII вращение передается на распределительный вал ХIII через зубчатые колеса 29/79, гитару сменных зубчатых колес c/d e/f, вал ХII, червячную пару 1/40 и далее на распределительный вал ХIV через конические зубчатые колеса 44/44. На поперечном распределительном валу ХIII расположен дисковый кулачек 8, передающий движение револьверному суппорту через реечную передачу 7 и барабан 17 с кулачками переключения частоты вращения шпинделя. На распределительном валу установлены кулачки 12-14 подачи поперечных суппортов 9-11 и барабаны 15 и 16 с кулачками переключения однооборотной муфты М>3>. Маховиком 4 при наладке вращают вспомогательный вал VII, при этом муфта М>2> должна быть отключена.
Устройство для навивки пружин
Устройство для навивки пружин на токарном автомате мод. 1Б124 позволяет в автоматическом цикле осуществлять навивку и отрезку пружин заданного диаметра, длины, шага.
Технические характеристики
Диаметр навиваемой проволоки, мм 2,5
Диаметр пружины, мм 15
Длина пружины, мм 35
Количество витков 14
Шаг, мм 0
Производительность, шт/мин 2,33
Описание конструкции и работы устройства
Схема рабочего пространства станка 1Б124 с устройством для навивки пружин представлена на листе 1. Устройство для навивки пружин состоит из закрепленной в патроне 2 оправки 1, имеющую крючок для захвата проволоки, ножа отрезного устройства 4 и скобы снятия навитой пружины с оправки 5, закрепленных на револьверной головке 3, механизма подачи и правки проволоки 7, ответной части отрезного устройства 8, устройства отключения станка 9 после окончания проволоки в бухте, размещенных на переднем поперечном суппорте 6. Бухта с проволокой 10 расположена перед станком на высоте механизма правки проволоки 7.
Навивочная оправка изображена на листе 2. Она состоит из трубки 1 с ограничительным пазом 4 и заглушкой 3, которая зажимается непосредственно в патроне станка, и самой навивочной оправки 2, часть которой расположена внутри трубки 1 и может перемещаться, сдерживаемая пружиной. Завернутый в оправку штифт 5 ограничивает ее продольное перемещение (в пределах ограничительного паза 4) и не допускает поворот вокруг оси. На оправке 2 расположен крючок 6 для захвата проволоки.
Устройство работает следующим образом. Для навивания пружин (см. лист 1) оправка 1 установлена в патроне станка 2. Револьверный суппорт с револьверной головкой 3 находится в крайнем правом положении, передний поперечный суппорт 6 максимально отведен назад. Конец проволоки, находящейся в бухте 10, вставляют в механизм правки 7, расположенный на переднем поперечном суппорте 6, и подводят к ответной части отрезного устройства 8.
Включают привод станка, который приводит во вращательное движение оправку 1 и обеспечивает подачу переднего поперечного суппорта 6 и револьверного суппорта 3. Передний поперечный суппорт 6 подает проволоку вперед, где ее захватывает крючок оправки 1, одновременно револьверный суппорт 3 обеспечивает поступательное движение оправки с подачей равной шагу навиваемой пружины. В это время передний поперечный суппорт 6 движется назад. Величина подачи револьверного суппорта 3 установлена сменными зубчатыми колесами.
После навивки заданной длины (количества витков), нож 4 отрезает проволоку и скоба 5, снимает навитую пружину с оправки при отходе револьверного суппорта 3 назад, после чего поперечный суппорт 6 начинает движение вперед, захватывая и подавая проволку к крючку оправки 1 и рабочий цикл повторяется. При окончании проволоки в бухте станок автоматически отключается устройством 9.
Модернизация кинематики станка
Для снятия нагрузки с привода, а также для предотвращения износа неиспользуемые при работе устройства для навивки пружин узлы и кинематические цепи станка отключены, на листе 3 они отмечены звездочками. Отключены: муфта М>3>, установленная на вспомогательном валу VII, а значит исключено движение вала VIII с барабанными кулачками 2, 3 подачи и зажима прутка, мальтийский крест 5 и диск 6 поворота револьверной головки; кулачок 12 вертикального суппорта и кулачок 14 заднего поперечного суппорта; электрические цепи переключения скоростей и направления движения.
Расчет и проектирование наладок станка
Настройка привода главного движения и подачи
Принимаем, что:
навивка проволоки выполняется при n>шп>=160 об/мин, s>рс>=2,5 мм/об;
подача проволоки при n>шп>=160 об/мин, s>пс>=2,5 мм/об.
Частота вращения вспомогательного вала:
n>и>= 1440*2/24=120 об/мин
Частота вращения распределительного вала:
n>р.в.>=120*29/79*c/d*e/f*1/40=1,1*c/d*e/f*
T>ц>=60/n>р.в.>=60/1,1* d/c*f /e
Уравнение настройки:
c/d*e/f*=54,5/Т
3.3. Определение числа оборотов шпинделя за время выполнения каждого рабочего перехода
n>пер.>= l/s - число оборотов шпинделя за переход
n>пер.>= 80/2,5 = 32 об. - для револьверного суппорта
n>пер.>= 25/2,5 = 10 об. - для поперечного суппорта
Т>раб.>= 60*Sn>пер.>/n>шп> - время, затраченное на рабочие переходы
Т>раб.>= 60*(32+32+10)/160 = 27,8 с
Т>хол.>= 0 с
Т>маш.>= Т>раб.> + Т>хол.>= 27,8 с - расчетное машинное время на изготовление одной детали - время одного оборота распределительного вала станка, уточняем его по паспорту автомата 1Б124.
Ближайшие значения Т>маш.>= 27,8 с будут 27,5 с и 25,7 с, выбираем Т>маш.>= 25,7 с, ему соответствует число оборотов шпинделя равное 64, т.е. два перехода револьверного суппорта - одна навитая пружина, n>ц>= 64 об.
Из таблицы паспорта выбираем числа зубьев сменных колес:
c= 45, d= 71, e= 80, f= 27.
Цикловая производительность автомата:
Q>ц>= 1/Т>маш.>* 60 = 1*60/27,5 = 2,33 шт/мин.
Расчет кулачков
Для каждого перехода определяем начальный радиус R>н> на кулачке, откуда начинается рабочий ход, и конечный радиус R>к >, где он заканчивается, а также число сотых делений на каждый рабочий участок.
Расчет кулачка револьверного суппорта
Число сотых делений окружности кулачка:
a>пер> = a>раб >* n>пер >/ Sn>пер>
a>пер> = 100 * 32/32 =100 сотых
Т. к. на переходе 1 расстояние от торца шпинделя до револьверной головки равно минимально допустимому (64 мм), то R>к> равно максимальному радиусу R>max> заготовки кулачка, которая приведена в паспорте станка:
R>к>= R>max>= 120 мм.
R>н>= R>max>- (L - L>min>), где L - расстояние между торцом шпинделя и револьверной головкой, мм; L>min >- наименьшее значение расстояния между торцом шпинделя и револьверной головкой, мм.
R>н>= (120 - 64) - 144 = 40 мм.
Расчет кулачка поперечного суппорта
Число сотых делений окружности кулачка:
a>пер> = a>раб >* n>пер >/ Sn>пер>
a>пер пауз> = 100 * 10/32 = 31,45 = 31,5 сотых
a>пер под.> = 100 - 31,5 = 68,5 сотых
Т. к. на переходе 1 расстояние от оси шпинделя до поперечного суппорта равно минимально допустимому (10 мм), то R>к> равно максимальному радиусу R>max> заготовки кулачка, которая приведена в паспорте станка:
R>к>= R>max>= 76 мм.
R>н>= (R>max> + L>min>) - L, где L - расстояние между осью шпинделя и поперечным суппортом, мм; L>min >- наименьшее значение расстояния между осью шпинделя и револьверной головкой, мм.
R>н>= (76 + 10) - 35 = 51 мм.
Наладку токарного автомата производят в соответствии с картой наладки (табл. 1). Наладка включает в себя: подготовку; установку сменных зубчатых колес; установку и регулирование кулачков револьверного и поперечного суппортов; установку и регулирование отрезного устройства и механизма правки проволоки; проверку работы установки при навивке нескольких пружин и работу механизма автоматического отключения (блокировки).
Оснащение устройством ЧПУ
На рис. 4.1 представлена блок-схема СЧПУ. С устройства ввода программы 1 технологическая информация поступает в устройство усиления сигнала УУ, затем в блок согласования БС и на исполнительный механизм (револьверный суппорт - обеспечивает подачу оправки и отрезного устройства), отрабатывающий геометрическую и технологическую информацию. Датчик Д контролирует положение исполнительного механизма и корректирует его перемещение через блок БС. После отработки этой части программы сигнал с датчика Д исполнительного механизма поступает на датчик Д проверяющий наличие проволоки в механизме подачи. При ее отсутствии сигнал поступает в БС первого исполнительного механизма и станок отключается. Иначе сигнал поступает в блок согласования БС и привод следующего исполнительного механизма (поперечный суппорт - подает проволоку). Его работа контролируется и корректируется датчиком Д. После завершения этой части программы сигнал с датчика Д поступает в блок согласования БС первого исполнительного механизма и рабочий цикл повторяется.
Рис. 4.1.
Используется замкнутая контурная система ЧПУ, датчики обратной связи - линейные и круговой индуктоксины, привод подач - шаговый (дискретный) двигатель.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанное устройство для навивки пружин соответствует требованиям технического задания, является простым и легко настраиваемым и работает в замкнутом автоматическом цикле, допускает возможность использования ЧПУ.
ЛИТЕРАТУРА
Авторское свидетельство СССР №99454, кл. В 21 F 3/00, 1954.
Авторское свидетельство СССР №1069915, кл. В 21 F 35/00, 1984.
Паспорт станка мод. 1Б124. Л., 1963.
Батов В.П. Токарные автоматы и полуавтоматы. М., 1982.
Оганян А.А., Родинский Э.М. и др. Справочник по наладке токарных и токарно-револьверных автоматов. М., 1983.
Гусев И.Т. и др. Устройства числового программного управления. М.,1986.