Проектування та виробництво заготовок

3.1 Опис пристрою та приводу

Лещата поворотні з нерухомою губкою (рис.3.1) застосовуються для установки заготовки на фрезерних верстатах. Сила затиску Q передається рухомою губкою 4 від пневмоприводу 1 через гвинт 3. В пазах рухомої 4 та нерухомої 2 губки закріплюються змінні накладки. Рухома губка шарнірно закріплюється на осі 5, що дає їй можливість самовстановлюватись при закріпленні заготовок з непаралельними площинами. Положення рухомої губки регулюється гвинтом 3.

Рис.3.1 Лещата поворотні з нерухомою губкою

3.2 ВИЗНАЧЕННЯ умов рівноваги заготовки при закріпленні її будь-якою силою затиску

Плече а сили Q, обирається таким чином, щоб заготовка була міцно притиснута до установчих елементів пристрою. До початку обробки, на заготовку, крім сили закріплення Q діють реакції опор R та R1, а також сили тертя F, F1, F2 (рис.3.2). Масу заготовки при цьому не враховуємо. Останні чотири сили протидіють повороту заготовки протии годинникової стрілки від дії сили Q. Прирівнявши суму моментів сил відносно точки О нулю, отримаємо:

(3.1)

З суми моментів сил відносто точки О1, рівної нулю, знайдемо:

(3.2)

Підставивши в останню формулу значення сили Q з попереднього виразу отримаємо:

(3.3)

но звідси (3.4)

Рис 3.2 Сили що виникають при закріпленні заготовки

Підставляючи вираз (3.4) в формулу (3.5) отримаємо залежність, що описує рівновагу заготовки при любому значенні сили Q:

(3.5)

При сталому процесі механічної обробки на заготовку діють сили Р1 та Р2 (рис.3.3).

Рис 3.3. Сталий процес закріплення заготовки

З умови рівноваги:

(3.6)

(3.7)

Підставивши значення коефіцієнтів тертя та довжини сил, отримаємо співвідношення сил різання та затискної сили:

(3.8)

Отже, з зазначеної формули випливає залежність при якій за будь-якої сили Q повинна виконуватись рівність для того щоб не було вивороту заготовки з лещат.

3.3. Розрахунок сили затиску на поршні та визначення параметрів поршня

Осьова сила привода, що необхідна для створення заданої сили затиску визначається з розрахункової схеми рухомої губки (рис.3.4).

Рис.3.4. Розрахункова схема рухомої губки

Розрахункова схема рухомої губки дозволяє записати:

· суму моментів, що діють на губку відносно точки О

(3.9)

де Q ? сила затискування заготовки, Н (Q = 6500); N ? нормальна сила до поверхні контакту, Н; а ? плече, на якому діє сила затиску, мм (а = 100); h ?плече, на якому діють нормальні реакції N, мм (h = 80);

Визначимо значення реакції N

Н; (3.10)

· суму проекцій сил на вісь гвинта Х

(3.11)

де W ? сила на штоці приводу, Н; Q ? сила затискування заготовки, Н (Q = 6500); F = F1 = N·f ? сили тертя, Н; f ? коефіцієнт тертя (f = 0,14); ? коефіцієнт корисної дії механізму, = 0,8;

Визначимо величину сили, що діє на шток пневматичного циліндру двосторонньої дії

Н; (3.12)

Отже привід повинен забезпечувати силу у 9912,5Н.

3.4 Розрахунок параметрів привода

Для розрахунку діаметру поршня пневмоциліндра скористаємось відомою формулою:

(3.13)

де D і d - діаметри поршня та штоку, мм (приймаємо діаметр штоку за стандартним відношенням d = 0,25D); р - робочий тиск, р = 0,63 МПа; ? коефіцієнт корисної дії пневмоциліндра, приймаємо = 0,85.

Виразимо D за залежністю:

мм. (3.14)

Вибираємо діаметр за ближчим табличним значенням D ц = 160мм.

Але виходячи з конструктивних міркувань для зменшення висоти лещат зменшимо діаметр циліндру при використанні подвійної камери.

Виконаємо перевірочні розрахунки затискної сили:

(3.15)

Як видно з розрахунків, діаметр Dц = 125 мм з подвійною камерою повністю гарантує надійне затискання заготовки.

Остаточно обираємо конструкцію пневмоциліндра зі спареними поршнями діаметрами (за стандартом) D =125 та діаметром штоку d = 32мм.

4. МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ СИСТЕМИ РІЗАННЯ

4.1 Мета роботи та вихідні дані

Ціль роботи: дослідження впливу параметрів процесу різання і САУ на її динамічні характеристики.

Таблиця. 4.1 Вихідні дані для розробки засобів автоматизації

Друга цифра шифру	Зміст завдання	Примітка
0	Моделювання САУ процесом різання	Залежність якості регулювання від коефіцієнту підсилювача зворотного зв'язку. Прикладна програма LAB7

Таблиця 4.2 Вихідні дані

Перша цифра шифру	Діаметр деталі, мм D	Жорсткість ТОС, Н/мм Су	Маса, кг М	Коеф. В'язкого тертя ?	Швидкість різання, м/хв. V	Головний кут різця в плані, град FI	Коеф. передачі динамом., В/Н	Тиристорний перетворювач	Двигун
								Куп	Кдв	Тя, с	Тм, с
6	80	23000	30	700	110	60	0.007	80	0.7	0.006	0.02

4.2 Теоретична частина

Система автоматичного управління (САУ) поздовжньою подачею при точінні призначена для стабілізації або управління силою різання.

Відомо, що на точність обробки має великий вплив сила різання. Внаслідок випадкових коливань припуску, твердості заготовки, затуплення ріжучого інструменту та інших факторів (збурень) сила різання змінюється, що приводить до модифікації пружних деформацій ТОС і утворенню похибки обробки. Значно підвищити точність обробки можна за рахунок стабілізації чи управління силою різання.

Функціональна схема САУ, що використовує сигнал тензометричного динамометру в якості зворотного зв'язку, показана на рис.4.1.

Рис.4.1. Функціональна схема САУ

напругу Uдв живлення двигуна Д. Двигун Д, через редуктор Р визначає величину поздовжньої подачі так, щоб звести помилку до мінімуму.

Як об'єкт, що управляється, до САУ входить процес різання, який відбувається в замкненій технологічній оброблюваній системі.

Математична модель САУ складається з математичних моделей елементів, що входять до системи. Підсилювач-перетворювач описується диференційним рівнянням першого порядку, але його характеристика не лінійна типу “насичення” (рис. 4.2):

(4.1)

, якщо Uдв>Umax

де kпп, Тпп - коефіцієнт підсилення та постійна часу підсилювача-перетворювача; Umax - напруга насичення.

Двигун постійного струму описується диференційним рівнянням другого порядку:

(4.2)

де kдв, Те, Тм - коефіцієнт передачі, постійні часу (електромагнітна та механічна) двигуна.

Редуктор, тензометричний динамометр і електронний підсилювач описуються лінійними рівняннями, що відповідають безінерційним елементам з відповідними коефіцієнтами передачі: kр, kтд, kп.

Еквівалентні пружні системи (ЕПС) за відповідними осями координат можуть бути представлені диференційними рівняннями другого порядку, як для одномасових систем:

(4.3)

де m - маса супорту; ? - коефіцієнт в'язкого тертя (сила тертя пропорційна швидкості); Сх, Су - жорсткість за відповідною координатою.

З урахуванням наведених вище рівнянь (4.3)-(4.4) і зв'язків функціональної схеми за рис. 9.17, математичну модель всієї САУ можна представити у вигляді:

(4.4)

(4.5)

4.3 Практична частина

Математична модель (4.4) є ядром прикладної програми LAB7, за допомогою якої виконується ця частина ДР. Можна виконувати цю роботу також і використовуючи пакет MATLAB (SIMULINK), але в такому разі треба, на основі функціональної схеми (рис. 4.1) і математичної моделі (4.4), розробити структурну схему САУ. Практичні рекомендації по використанню пакету MATLAB наведені в [18].

Рис.4.2. Інтерфейс прикладної програми моделювання САУ

При виконанні програми LAB7 на екрані монітору ПЕОМ з'являється зображення САУ, на якому задаються вихідні дані системи у відповідності до завдання (рис. 4.5).

Після появи на екрані монітору перехідної характеристики процесу регулювання, за методикою, наведеною в 9.3 (розділ - практична частина), визначити динамічні характеристики за складовою Рz сили різання. Крім того, занотувати точність регулювання, яка визначається помилкою ?Р (рис. 4.3).



Рис.4.3. Обробка результатів моделювання

Обираючи крок зміни заданого параметру, провести експерименти на всьому діапазоні зміни цього параметру, визначити необхідні (див. вище) динамічні характеристики і побудувати графіки залежності від заданого параметру.

Примітка:

- коефіцієнт і показники степеню силової залежності для всіх варіантів:

Ср=3000, хр=0.9, ур=0.75, n=- 0,1;

- діапазон зміни жорсткості (Н/мм) 18000?Сх?50000;

- діапазон варіювання коефіцієнту підсилювача 5?kу?55;

- діапазон зміни коефіцієнту передачі редуктора (мм/рад) 0,2?kр?0,05.

Оскільки вихідні дані задаються випадково, не виключається ситуація, коли САУ виявляється не сталою, тобто зовсім не придатною до функціонування. Повідомлення про це, в такому випадку, з'являється на екрані монітору під час моделювання.

Рекомендації для вирішення такої проблеми - діяти в наступній послідовності:

1) змінювати параметр, в функції якого аналізується динамічна якість САУ в діапазоні, що зазначений в завданні;

2) Якщо в результаті виконання п.1 не вдається забезпечити сталість САУ, зменшувати коефіцієнт передачі прямого каналу САУ за рахунок зменшення коефіцієнту підсилення транзисторного (тиристорного) перетворювача куп. Отриманий таким чином новий коефіцієнт затвердити у керівника ВАР відповідною зміною вихідних даних в завданні.

Рис.4.4. Структурна схема процессу різання

4.4 Результати експерименту

Варіюючи коефіцієнтом підсилювача зворотнього зв'язку kп було проведено ряд дослідів (вид екрану монітору при проведенні досліду показано на рис. 4.3.) і досліджено вплив параметрів процесу різання і САУ на її динамічні характеристики. Всі параметри експерименту зведено в табл.4.3.

Табл. 4.3

№ Досліду	kпп	дРуст	дРmax	ДР	tп	А
1	5	200	550	175	0,56	98
2	15	200	700	250	0,7	175
3	25	150	550	266	0,7	186,2
4	35	150	450	200	0,63	126
5	45	150	400	166	0,63	104,58
6	55	150	300	100	0,63	63

ВИСНОВОК

Процес різання (на прикладі точіння) завжди відбувається в замкненій пружній технологічній оброблюваній системі (ТОС). На процес різання діють різні впливи, серед яких режими різання, в основному, обумовлюється трьома: фактичною глибиною різання Нф, швидкістю різання V, фактичною подачею Sф. Сила різання, що виникає діє на еквівалентну пружну систему ТОС, зокрема складова Ру - на ЕПСу, за координатою у, складова Рх - на ЕПСх за координатою х, внаслідок цього виникає похибка обробки. Проаналізувавши графік залежності показника динамічної якості системи від коефіцієнту підсилювача зворотного зв'язку, отриманий в результаті експерименту, можна сказати, що зі збільшенням коефіцієнту підсилювача зворотного зв'язку, показник динамічної якості системи - зменшується. Найкращий режим обробки проходить при коефіцієнті підсилення 15 ? 25, коли показник динамічної якості системи 1,5.

ЛІТЕРАТУРА

1. Н.Ф. Киркач, Р.А. Баласанян “Расчет и проектирование деталей машин”- Х.: Основа 1991. - 276с.

2. “Справочник технолога машиностроителя”. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова - М.: Машиностроение 1985, 496с.

3. Методичні вказівки до лабораторних робіт та самостійної роботи з дисципліни “Проектування та виробництво заготовок”. Частина 2. Розробка технології виготовлення та креслення штампованої заготовки / Укл. С.С. Добрянський- К. :НТУУ “КПІ”,1998. 60с.

4. Прейскурант 25-01 Оптовые цены на отливки,поковки, штамповки- М.: Прейскурант 1991.

5. Методичні вказівки до виконання курсової та дипломної роботи з дисципліни “Проектування та виробництво заготовок” /Укл. С.С. Добрянський - К.: НТУУ “КПІ”, 1998. 42с.

6. А.И. Астахов, С.В. Бояршинов и др. “Станочные приспособления”. справочник в 2т.- М.: Машиностроение.

7. Хаскин А.М. “Черчение ” М.- 4-е изд. -К.:Вища школа 1985- 447с.

8. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р. Байков А.Н. «Оснастка для станков с ЧПУ» - Справочник, 2е издание. - М.: Машиностроение 1990.