Тематика по формированию общей концепции станка

Данная тематика, как было отмечено выше, предназначена для студентов специальности 151002, обучающихся на уровне подготовки бакалавра по направлению 150900 – «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств». Она предполагает проектирование специализированного металлорежущего станка, предназначенного для обработки детали-представителя. Чертежи этих деталей приведены в приложении 1. Вся остальная исходная информация выбирается по данным табл. 1 – 3. Вариант задания формируется на основе шифра, устанавливаемого руководителем. Он состоит из цифр в трехразрядном коде. Например, при шифре 459 из табл. 1 принимают данные четвертой колонки, а в табл. 2 и 3 выбирают значения пятого и девятого столбцов.

В задании использованы следующие условные обозначения:

1) материал детали: серый чугун – СЧ, сталь конструкционная – СК, сталь легированная – СЛ, медные сплавы – МС, алюминиевые сплавы – АС;

2) тип производства: единичное – Е, мелкосерийное – М, серий-
ное – С, крупносерийное – К.

Специфика предложенной детали состоит в том, что она имеет габариты, варьируемые в некотором диапазоне: три поверхности, отличающиеся формой, размерами и параметром шероховатости, а ее полуфабрикат изготавливают из разных материалов. При проектировании оборудования непосредственно под такое изделие следует стремиться к организации наиболее эффективного технологического цикла, обеспечивающего требуемый уровень качества.

При анализе и последующем использовании исходных данных необходимо учитывать, что:

· несмотря на многообразие марок сплавов, присущих любому материалу, во внимание принимают только те из них, которые чаще всего употребляют для деталей данного класса, основываясь при этом на рекомендациях учебной и справочной литературы [22, 35];

· тип производства косвенно характеризует целесообразную степень автоматизации оборудования;

· технический ресурс является одним из показателей надежности машин и механизмов;

· основной размерный параметр Х регламентирует максимальные габариты детали, а следовательно, и соответствующие размеры каждой поверхности. Для получения нижних предельных размеров следует воспользоваться масштабным коэффициентом – диапазоном их изменения;

Таблица 1

Исходные данные	Варианты

Номер детали
Материал детали		СЧ АС	СК СЧ	СЛ МС	СЧ СЛ	МС АС	СЛ МС	СК СЛ	АС МС	СЧ СК	СК АС
Тип производства	М	Е	С	К	К	М	С	К	М	С
Технический ресурс станка, 10³ ч

Таблица 2

Исходные данные	Варианты

Основной размерный параметр Х, мм
Вероятность обра- ботки материалов		0,8	0,5	0,9	0,4	0,7	0,2	0,3	0,6	0,1	0,5
0,2	0,5	0,1	0,6	0,3	0,8	0,7	0,4	0,9	0,5
Тип обрабатываемой поверхности		Б	А	Е	И	Д	В	Г	К	Ж	З
	И	Ж	Б	Е	А	К	В	З	Д	Г
	Г	К	З	В	Е	Д	Ж	И	Б	А
Номенклатура режущего инструмента

Таблица 3

Исходные данные	Варианты

Диапазон изменения размеров детали	2,4	1,8	2,0	1,6	2,0	2,2	1,8	2,4	2,2	1,6
Вероятность обработки поверхностей		0,5	0,4	0,6	0,4	0,5	0,6	0,4	0,3	0,3	0,3
	0,4	0,4	0,2	0,3	0,3	0,3	0,4	0,4	0,3	0,5
	0,1	0,2	0,2	0,3	0,2	0,1	0,2	0,3	0,4	0,2
Коэффициент корреляции случайных параметров	K₁	0,4	0,6	0,7	0,7	0,5	0,3	0,4	0,5	0,3	0,6
K₂	0,6	0,7	0,5	0,3	0,4	0,5	0,4	0,6	0,7	0,3

· номенклатура режущего инструмента, определяя тип накопителя, отражает в неявном виде гибкость станочного комплекса;

· вероятности обработки материалов и поверхностей характеризуют частоту повторения (воспроизводимость) конкретных технологических операций в процессе функционирования оборудования;

· коэффициент корреляции K₁ учитывает связь скорости и силы резания с диаметральными размерами обрабатываемых поверхностей заготовки или режущего инструмента, а коэффициентK₂ – между самими силовыми и скоростными факторами.

Таким образом, анализ технического задания на проектирование показывает, что в нем заложен ряд требований к станочной системе и в первом приближении конкретизированы условия ее эксплуатации. Все другие решения, выходящие за рамки задания, студенты принимают самостоятельно, однако принципиальные вопросы в обязательном порядке должны быть согласованы с руководителем.

Типовая тематика

Разработка привода главного движения как наиболее важного узла металлообрабатывающих станков и комплексов, перечень требований к которому в техническом задании на проектирование уже сформулирован и является типовой тематикой. Она ориентирована на студентов специальностей 151001 и 220301. В то же время методики выполнения типового проекта и проекта, в котором студентам специальности 151002 приходится обосновывать подобный комплекс требований, по существу идентичны.

В качестве объекта проектирования предлагаются станки с ручным и дистанционным управлением – блок исходных данных приведен в табл. 4 – 6 или станки с числовым программным управлением (ЧПУ) – комплекс данных табл. 7 – 9. В первом случае речь идет о разработке привода с дискретным (ступенчатым) регулированием скорости исполнительного органа (шпинделя), во втором – привода с плавным (бесступенчатым) регулированием.

Вариант задания формируется на основе цифрового трехразрядного кода, устанавливаемого руководителем курсового проектирования.
В частности, при шифре 754 необходимо выписать данные седьмой колонки табл. 4 (или 7), а из табл. 5 (или 8) и табл. 6 (или 9) – соответственно пятого и четвертого столбцов.

Кратко прокомментируем принятые в заданиях условные обозначения.

Табл. 4 и 7 содержат информацию о типоразмере и классе точности станка, варианте компоновки привода главного движения, а также о значении одной из эксплуатационных характеристик последнего – эффективной (номинальной) мощности на шпинделе. Заданием предусмотрено проектирование унифицированного привода с главным вращательным движением рабочего органа для двух наиболее распространенных типов металлообрабатывающего оборудования: токарного – Т и фрезерного – Ф. Основным размерным параметром для токарных станков является максимальный диаметр обрабатываемой детали над станиной, а для фрезерных – ширина стола. С учетом функционального назначения и компоновки привода, которая определяет расположение направляющих элементов несущей системы металлорежущего оборудования или положение оси шпинделя в пространстве, универсальные токарные станки подразделяются на патронные – ТП и центровые – ТЦ. Соответственно для многоцелевых токарных станков с ЧПУ, а также фрезерного оборудования предусмотрено наклонное – ТН, вертикальное – ТВ и ВФ и горизонтальное – ГФ исполнение привода. В общем случае проектированию подлежат приводы станков трех классов точности: нормального – Н, повышенного – П и высокого – В.

Таблица 4

Исходные данные	Варианты

Тип станка	ТП	ВФ	ТЦ	ГФ	ТП	ВФ	ТЦ	ГФ	ТП	ВФ
Основной параметр станка, мм
Эффективная мощность на шпинделе, кВт	1,8	6,0	2,4	8,8	3,2	2,4	6,0	3,2	4,6	4,2
Класс точности станка	В	П	П	Н	В	П	П	Н	Н	В

Таблица 5

Исходные данные	Варианты

Максимальная частота вращения, 10³ мин^–1	4,0	2,5	2,5	4,0	2,8	1,4	2,0	1,6	3,2	2,0
Общий диапазон регулирования скорости			12,5			11,2	22,4			31,5
Диапазон регулирования скорости с N=const	5,6				22,4		11,2	6,3		12,5
Допустимая потеря скорости резания, %					50*				40*

Таблица 6

Исходные данные	Варианты

Система управления приводом	Д	Р	Д	Р	Д	Р	Д	Р	Р	Д
Технический ресурс привода, 10³ ч			11,2			17,5			12,5
Режим нагружения привода /N_ном	Л	Т	С	Л	Т	С	С	Т	С	Л
Система смазывания привода	Ц	И	Ц	И	Ц	И	Ц	И	И	Ц

Таблица 7

Исходные данные	Варианты

Тип станка	ТН	ВФ	ТН	ГФ	ТВ	ВФ	ТВ	ГФ	ТН	ВФ
Основной параметр станка, мм
Эффективная мощность на шпинделе, кВт									6,8
Класс точности станка	П	В	В	П	В	П	П	В	В	П

Таблица 8

Исходные данные	Варианты

Максимальная частота вращения, 10³ мин^–1	5,0	2,8	4,5	3,2	2,0	5,6	2,5	6,0	4,0	3,6
Общий диапазон регулирования скорости
Диапазон регулирования скорости с N=const		12,5
Вид электропривода	П	А	А	П	А	П	П	А	А	П

Таблица 9

Исходные данные	Варианты

Система управления приводом	Г	Э	Э	Г	Э	Г	Э	Г	Г	Э
Технический ресурс привода, 10³ ч			11,2			17,5			12,5
Режим нагружения привода /N_ном	Л	Т	С	Л	Т	С	С	Т	С	Л

Оставшиеся таблицы включают сведения о скоростных возможностях, режиме работы привода и особенностях конструктивного исполнения его отдельных систем.

Общий диапазон регулирования отражает отношение максимальной частоты вращения шпинделя к минимальной. Диапазон регулирования с постоянной мощностью позволяет найти значение так называемой расчетной частоты вращения привода. Допустимая потеря скорости резания предопределяет величину знаменателя j геометрического ряда частот вращения привода с дискретным регулированием, причем значение потери скорости, отмеченное звездочкой, присуще большему j (структура привода с двумя знаменателями ряда). Для станков с плавным регулированием его величина, как известно, равна нулю. Поэтому для станков с ЧПУ вместо этого параметра в качестве исходного данного введено другое требование: вид электропривода (табл. 8). В этих станках бесступенчатое изменение частоты вращения шпинделя можно обеспечить путем применения электродвигателя либо постоянного тока – П, либо асинхронного с частотным регулированием – А.

Приводам станков общего назначения присущи два типа систем управления: ручной – Р и дистанционный – Д. Последняя, как и в станках с ЧПУ, конструктивно может быть выполнена на базе электрической – Э или гидравлической – Г энергий. Режим нагружения (легкий – Л, средний – С, тяжелый – Т) отражает отношение средней мощности, реализуемой в процессе эксплуатации станка, к номинальной мощности привода. Станки с универсальным характером выполняемых технологических операций оснащаются (табл. 6) двумя типами систем смазывания привода: индивидуальной – И или централизованной – Ц.

Все другие решения, выходящие за рамки технического задания, принимаются студентами самостоятельно, но наиболее принципиальные вопросы необходимо в обязательном порядке согласовать с руководителем курсового проектирования.

Объем и содержание

Специальность 151002.Поскольку проектирование сложных технических систем объективно имеет большую трудоемкость, единая по существу задача разделена на две взаимосвязанные части, каждая из которых в то же время представляет собой вполне законченный комплекс работ, выполняемых в виде самостоятельных КП.

Первый из них предполагает формирование общей концепции специализированного металлорежущего оборудования (технического предложения) и включает вопросы выбора наиболее оптимального варианта построения технологического процесса обработки детали, синтеза структурно-кинематической схемы и компоновки станка, обоснования технических характеристик. Второй проект ориентирован на разработку конструкции привода главного движения станочной системы и содержит комплекс вопросов, связанных с выполнением разного рода предварительных и окончательных расчетов всех элементов узла и принятием решений по его устройству.

Несмотря на своеобразие характера работ, выполняемых на разных этапах проектирования, требования к объему технической документации для обоих КП одинаковы: графическая часть – не более трех листов формата А1, расчетно-пояснительная записка (РПЗ) – порядка 40…50 страниц.

Графическая часть при определении общей концепции станка должна состоять из чертежа детали-представителя с цветовым выделением поверхностей, подлежащих обработке; операционных эскизов для принятых методов размерной обработки; структурно-кинематической и компоновочной схем; картины эксплуатационных характеристик.

Детальная проработка конструктивного исполнения привода главного движения осуществляется на уровне эскизного проекта с выполнением чертежа общего вида. Последний должен содержать внешний вид узла, продольный и поперечные разрезы, а также перечень составных частей, который рекомендуется помещать в приложение РПЗ.

Структура РПЗ включает титульный лист, задание, содержание (оглавление), основную часть, список литературы и приложение. Независимо от стадии проектирования в качестве образца последовательности изложения материала основной части записки можно использовать структуру настоящего пособия.

Специальности 151001 и 220301. Требования к содержанию и объему графической части и расчетно-пояснительной записки курсового проекта для этих специальностей практически идентичны требованиям, которые предъявляются к разработке конструкции привода для специальности 151002. Они изложены выше. Основное отличие непринципиального характера заключается лишь в методике выполнения проекта по типовой тематике (с изначально сформулированными исходными данными): работу над ним следует начинать с анализа конструкций привода главного движения станков-аналогов (см. разд. 3.2). Далее последовательность решения всего комплекса вопросов, связанных с проектированием привода, абсолютно одинакова.