Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам

Основными критериями работоспособности шпиндельных узлов являются:

1. геометрическая точность,

2. жесткость,

3. быстроходность,

4. долговечность,

5. динамические характеристики.

Точность вращения шпинделя оценивается величиной радиального или торцевого биения его базовых поверхностей.

Величина этого биения зависит от класса точности станка и регламентируется соответствующим ГОСТ. Так, например, для токарных станков нормальной точности допуск радиального и торцевого биения составляет 5…8 мкм.

Жесткость шпиндельного узла определяется упругими перемещениями переднего конца шпинделя под действием сил резания и также регламентируется ГОСТ. Нормативное значение жесткости для станков классов "Н" и "П" составляет (50…70) н/мкм. Максимальное значение жесткости шпиндельного узла в основном определяется податливостью его опор.

Быстроходность шпинделей оценивается произведением диаметра шпинделя d в передней опоре на частоту вращения n. Для шпиндельных узлов на подшипниках качения показатель быстроходности d×n составляет (2,5…3) 106 мм×об/мин.

Долговечность шпиндельных узлов оценивается ресурсом работы в часах без потери первоначальной геометрической точности.

Динамические характеристики шпинделей оцениваются амплитудами вибраций на потенциально-неустойчивых формах колебаний. Устойчивость динамической системы шпиндельного узла тем выше, чем выше первая собственная частота колебаний. Частоты собственных колебаний шпинделей изменяются в широких пределах (100…600)Гц и приводят к возбуждению автоколебаний при резании. Поэтому для обеспечения устойчивого резания приходится умышленно снижать режимы и производительность резания.


 

23. Анализ приводов манипуляторов ПР и их сравнительная оценка.

Ответ: Промышленные роботы оснащаются электрическими, пневматическими и гидравлическими приводами.

В ПР, оснащаемых позиционными, контурными, а также комбинированными УЧПУ, используют электроприводы, которые обеспечивают соответствующее управление по отдельным осям координат с позиционированием в любой точке рабочей зоны и включают в себя шаговые электродвигатели либо двигатели постоянного тока. Часто применяются комплектные шаговые электроприводы с гидроусилителем, реже - следящие гидроприводы.

Приводы ПР делятся на следующие группы:

1. нерегулируемые, обеспечивающие движение звеньев механизма с одной рабочей скоростью;

2. регулируемые, обеспечивающие сообщение изменяемой или неизменяемой скорости звену механизма, причем параметры привода могут меняться под воздействием управляющих устройств;

3. следящие, автоматически обеспечивающие отработку перемещения с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

4. адаптивные, автоматически избирающие параметры управления при изменении условий работы в целях выработки оптимального режима.

К приводам ПР предъявляются следующие требования:

§ обеспечение постоянной частоты вращения двигателя при изменении внешней

§ нагрузки;

§ поддержание постоянного момента на валу двигателя во всем диапазоне частот

§ вращения;

§ обеспечение процесса регулирования двигателя, без колебаний;

§ обеспечение высокой точности отработки двигателем управляющих воздействий.

Важным, с точки зрения обеспечения безопасности при эксплуатации ПР, является включение в состав комплектного привода электромагнитного тормоза для фиксации положения вала двигателя при случайных перерывах в питании.


 

24. Линейная и круговая интерполяция. Понятие оценочной функции.

Ответ:


 

25. Определение количества станков в поточном производстве механического цеха

Ответ: В поточном массовом производстве расчет ведут:

или ,

где - количество j- оборудования для выполнения k- операции;

- штучное время выполнения k- операции;

- количество деталей по годовой программе;

- действительный годовой фонд времени работы оборудования;

- такт выпуска i детали:

.

По принятому количеству оборудования определяют коэффициент загрузки j оборудования.

Общее количество оборудования в цехе или на участке вычисляют:

Для многономенклатурных поточных линий:

,

где - коэффициент, учитывающий долю затрат времени на наладку и подналадку линии. Коэффициент загрузки оборудования определяется аналогично первому случаю.


26. Система вала и особенности образования посадок в ней.

27. Система отверстия и особенности образования посадок в ней.

Ответ на вопросы №26, 27:

Посадки всех трех групп с различными зазорами и на­тягами можно получить, изменяя положения полей допу­сков обеих сопрягаемых деталей (рис. 4.10, а). Однако удобнее в технологическом и эксплуатационном отноше­ниях получать разнообразные посадки, изменяя положе­ния поля допуска только вала (рис. 4.10, б) или только отверстия (рис. 4.10, е). Например, все посадки, рассмо­тренные в примерах 4.8—4.10 (см. рис. 4.5, 4.8 и 4.9), образованы изменением положения полей допусков вала при постоянных полях допусков отверстий (ES = 15 мкм; EI = 0). Деталь, у которой положение поля допуска не зависит от вида посадки, называют основной деталью системы. Это может быть отверстие или вал, имеющие любое основное отклонение. В системе допусков н посадок СЭВ основными деталями служат отверстия или валы, име­ющие основное отклонение, равное нулю.

Таким образом, основная деталь — это деталь, поле допуска которой является базовым для образования посадок, установленных в данной системе допусков и по­садок. Основное отверстие — отверстие, нижнее отклоне­ние которого равно нулю EI = 0 (см. рис. 4.7, а и 4.10, б). У основного отверстия верхнее отклонение всегда положи­тельное и равно допуску ES — 0 = ТО; поле допуска расположено выше нулевой линии и иаправлено в сторону увеличения номинального размера. Основной вал — вал, верхнее отклонение которого равно нулю es = 0 (см. рнс, 4.7, а и 4.10, е). У основного вала Td = О — (—ei) = = |е/|, поле допуска расположено ниже нулевой линии н направлено в сторону уменьшения номинального размера.

В зависимости от того, какая из двух сопрягаемых деталей является основной, системы допусков и посадок включают два ряда посадок: посадки в системе отверстия— различные зазоры н натнт получаются соединением раз­личных валов с основным отверстием (см. рис. 4.10, б); посадки в системе вала— различные зазоры н натяги по­лучаются соединением различных отверстий с основным валом (см. рис. 4.10, б).

Нужные зазоры и натяги получают, изменяя основные Отклонения неосновных деталей: валов в системе отвер­стия и отверстий в системе кала. Основные отклонения неосновных детален системы изменяются по абсолютной величине и могут быть положительными, отрицательными и рапными нулю. В последнем случае (см. рис. 4,7, а) получается посадка с зазором, образованная основным отверстием и основным валом.

Валы различной точности (даже высокой) можно обра­батывать и измерять универсальными инструментами — резцам», шлифовальными кругами, микрометрами и т. я. Для обработки и измерения точных отверстии применяют специальные, дорогостоящие инструменты (зенкеры, раз­вертки, протяжки, калибры-uptjfjhii). Число комплектов таких инструментов, необходимых для обработки отвер­стий с одинаковым номинальным размером, зависит от ра шообризия предельных отклонений, которые могут быть назначены. Допустим, требуется изштовить три ком­плекта деталей одинаковых номинальных размеров и оди­наковой точности для получения посадок с зазором, на­тягом и переходной. В системе отверстия предельные, раз­меры отверстий одинаковы для ьсех трех посадок (см. рис. 4.10, (5), и для обработки потребуется только один комплект специальных инструментов. В системе вала пре­дельные размеры отверстий для каждой посадки различны (см. рис. 4.10, в), и для обработки потребуется три комплек­та специальных инструментов.

Благодари тому, что для получения разнообразных посадок в системе отверстия требуется значительно меньше специальных инструментов для обработки отвер­стий, эта система в машиностроении имеет преимуществен­ное применение.

 


 

28. Системы автопрограммирования операций обработки на станках с ЧПУ.

Ответ:

5.2. САП, СТРУКТУРА, КЛАССИФИКАЦИЯ

Автоматизированную подготовку УП можно проводить в различ­ных режимах в зависимости от организации работы ЭВМ, от уровня самой ЭВМ, состава внешних устройств и возможностей конкретной САП.

5.2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ САП

Системы автоматизации программирования различны по назначе­нию, области применения, уровню автоматизации, форме записи ис­ходной информации, параметрам используемых ЭВМ и режимов их работы при подготовке УП. Их можно классифицировать по разным признакам.

По наличию в системе средств и возможностей автоматизации подготовки технологических процессов: с автоматизацией разработки технологии, без автоматизации разработки технологии.

По назначению: специализированные, универсальные, комплекс­ные. Специализированные САП разрабатывают для отдельных классов деталей, уникальных станков или автоматизированных участков. Уни­версальные САП предназначены для различных деталей, изготовляе­мых на станках с ЧПУ отдельных технологических групп. Комплекс­ные САП объединяют ряд специализированных и универсальных сис­тем для различных технологических групп станков с ЧПУ на базе еди­ного входного языка и общих блоков САП для решения идентичных задач. В особую группу комплексных САП можно выделить САП, по­строенные на базе CAD/САМ систем; они позволяют не только полу­чать УП на обработку самых сложнейших трехмерных поверхностей, но и конструировать - проектировать эти объекты производства, раз­рабатывать соответствующую технологическую оснастку, прорабаты­вать варианты технологических процессов, оптимизировать схемы об­работки и т.д.

По области применения: для обработки плоскостей, параллельных координатным плоскостям; 2,5, 3 или 5 — координатные для фрезер­ной обработки, для обработки на электроэрозионных станках и газоре­зательных машинах; для обработки контуров и поверхностей на мно­гокоординатных фрезерных станках; для обработки тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилями на токарных станках, для

обработки отверстий на сверлильных станках с позиционным управле­нием; для комплексной обработки корпусных деталей на сверлиль-но-расточных станках и многоцелевых станках.

По уровню автоматизации: САП низкого, среднего и высокого уровней. Уровень автоматизации САП характеризуется решаемыми на ЭВМ задачами подготовки УП (рис. 5.3).САП низкого уровня решают на ЭВМ в основном геометрические задачи (определение координат опорных точек траектории инструмента по заданным в исходной ин­формации построительным геометрическим характеристикам ее участ­ков) и реализуют подробные указания о составе УП. САП среднего уровня позволяют решать на ЭВМ технологические задачи выбора по­следовательности проходов по заданным обобщенным технологиче­ским схемам обработки отдельных участков заготовки. В САП высоко­го уровня предусматривается проектирование на ЭВМ плана операции, инструментальной наладки и последовательности переходов по описа­нию детали и условий ее изготовления.

По форме записи исходной информации: с табличным входом; язы­ковые и с электронным вводом всей информации. Каждая из них име­ет свои преимущества и недостатки, при оценке которых необходимо учитывать трудоемкость подготовки исходной информации, назначе­ние и область применения САП, а также сложность разработки транс­лятора — блока вычислительных программ для преобразования запи­санной на входном языке САП исходной информации в канонический вид, удобный для переработки информации в ЭВМ.

Табличная запись данных весьма лаконична и при использовании специальных бланков довольно наглядна. Эта форма записи принята в основном в специализированных САП, узкая ориентация которых по­зволяет использовать при задании исходной информации характерные особенности конфигурации деталей конкретных классов.

Словарная запись данных свободным текстом служит для задания групп параметров обработки и указаний ЭВМ в виде произвольной по­следовательности фраз, структура которых подчиняется синтаксису принятого проблемно-ориентированного входного языка.Эта форма за­писи исходной информации позволяет оперировать широким набором понятий, используемых в универсальных САП. Недостатками записи свободным текстом являются большое число правил, которые необхо­димо усвоить технологу программисту для записи различных по структуре фраз, громоздкость записи и сложность транслятора для пе­реработки текста исходной информации. Для уменьшения объема за­писи применяют аббревиатуры и сокращенные обозначения, которые часто превращают текст исходной информации в трудновоспринимае-мую зрительно последовательность букв, знаков и чисел, что усложня­ет ее контроль. Для сокращения объема записи в ряде случаев гораздо эффективнее применять специальные бланки, графы которых отобра­жают структуру фраз данного входного языка. Применение таких бланков позволяет исключить в тексте названия наиболее часто ис­пользуемых параметров и упорядочить запись. Упорядоченная словар­ная запись короче и нагляднее свободного текста и уменьшает вероят­ность пропуска необходимых данных в процессе подготовки исходной информации.

Электронный ввод информации наиболее прост и эффективен. Ис­пользуя периферийные устройства ЭВМ или специальное оборудова­ние, например сканер, измерительную машину, можно быстро и точно ввести в ЭВМ любой сложный профиль, сложнейшую трехмерную мо­дель, определив тем самым задачи подготовки УП. Ввести данные по объекту производства можно, конечно, и с любого электронного про­граммоносителя, например с дискеты или с CD (или с другой ЭВМ).

5.2.2. СТРУКТУРА САП

Основные блоки САП. С определенной точки зрения формирование УП блоками САП можно рассматривать как процесс переработки ин­формации. При этом исходная программа обработки детали является для САП входной, а УП — выходной информацией. Обычно УП в САП формируется в два этапа.

На первом этапе процессор ЭВМ (см. рис. 5.2) перерабатывает введенную информацию с помощью программного блока САП, пред­ставляющего собой элемент ПМО. Этот программный блок, так же как и вычислительный блок ЭВМ, называется процессором. Он позволяет выполнять на ЭВМ комплекс геометрических, а в некоторых системах и технологических расчетов, решая задачу безотносительно к конкрет­ному сочетанию система управления — станок. Результатом работы процессора является полностью рассчитанная траектория движения инструмента. Эти данные вместе со сведениями о технологических ре­жимах обработки процессор выводит на внешний носитель ЭВМ — дискету или записывает во внутреннюю память самой ЭВМ.

Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Су­ществуют, однако, рекомендации ИСО по логической структуре пред­ставления промежуточных данных. Эта форма представления данных носит название CLDATA (от англ. CATTER Location Data — данные о положении инструмента) и представляет собой определенный вид про­межуточной информации «процессор — постпроцессор» на определен­ном промежуточном языке.

В общем случае процессор САП состоит из трех последовательно работающих частей: блока трансляции, геометрического блока и блока формирования CLDATA. Процессор системы, в функции которой вхо­дит автоматизация построения технологического процесса обработки детали, содержит также технологический блок.

Блок трансляции, называемый часто также препроцессором или блоком ввода и декодирования, выполняет следующие функции:

1) считывание исходной программы обработки детали с внешнего носителя:

перфоленты, перфокарты, дискеты; возможен ввод информации и с клавиатуры ЭВМ;

2) вывод введенной программы обработки детали на печать или на экран монитора;

3) синтаксический анализ операторов входного языка исходной программы и вывод (печать) сообщений об ошибках (при их наличии);

4) преобразование информации, записанной в исходной программе, из символьной формы во внутримашинное представление. Числа пере­водятся из символьной в действительную или целую форму, ключевые слова заменяются соответствующими кодами, данные о геометриче­ских элементах контура и о направлении движения инструмента орга­низуются в специальные массивы. Целью этих действий является под­готовка данных для работы других блоков процессора.

Геометрический блок процессора решает .разнообразный круг за­дач, связанных с построением траектории движения инструмента:

1) приведение описания всех заданных геометрических элементов к канонической форме;

2) нахождение точек и линий пересечения различных геометриче­ских элементов;

3) аппроксимация различных кривых с заданным допуском;

4) аппроксимация таблично заданных функций;

5) диагностика геометрических ошибок (пример такой ошибки — попытка определить точку, являющуюся результатом касания прямой и окружности, которые не имеют общих точек);

6) построение эквидистантного контура с учетом заданного на­правления и радиуса инструмента.

Технологический блок (при его наличии) наиболее зависим от об­ласти применения САП, так как различные классы деталей и разные виды обработки требуют своей технологии. В общем случае техноло­гический блок автоматически разделяет область, которая должна быть обработана, на ряд последовательных проходов, определяет последова­тельность отдельных переходов, рассчитывает оптимальные режимы резания. При этом учитывается ряд ограничений, связанных со стойко­стью инструмента, характеристиками обрабатываемого материала, мощностью привода шпинделя станка, процессом образования струж­ки и т. д. Результатом оптимизации обычно являются вычисленные значения подач и скоростей резания, глубина обработки, а в ряде слу­чаев и оптимальные углы заточки инструмента.

Блок формирования CLDATA использует информацию, подготов­ленную к моменту начала его работы другими блоками процессора, и формирует данные для работы постпроцессора. Данные CLDATA раз­мещаются в памяти ЭВМ, оттуда впоследствии считываются постпро­цессором. При наличии специального запроса (в тексте исходной про­граммы) данные CLDATA выводятся или на печать, или на экран мо­нитора. По этим данным может быть получена разработанная ЭВМ траектория движения центра инструмента, выведена на графопострои­тель или на экран монитора.

Результаты работы процессора обрабатываются другим программ­ным блоком САП-постпроцессором, который непосредственно форми­рует УП. Постпроцессор реализует второй этап переработки информа­ции и ориентирован, в отличие от процессора, на конкретное сочета­ние система управления (данная модель УЧПУ) - данная модель стан­ка. Вызов того или иного постпроцессора осуществляется автоматиче­ски по указанию, данному технологом-программистом в тексте исход­ной программы. Обычно САП содержат набор постпроцессоров, кото-

рые обеспечивают формирование УП для определенного парка обору­дования с ЧПУ.

Преимущества двухэтапного построения работы САП очевидны. Технолог-программист на базе одной и той же исходной информации на одном конкретном языке САП, имея данные CLDATA и используя различные постпроцессоры, может получить УП для различных стан­ков и моделей УЧПУ. Кроме того, для включения в состав оборудова­ния, обслуживаемого на базе САП, нового сочетания система управле­ния — станок не требуется исправлять какие-либо блоки САП. Доста­точно разработать постпроцессор и подключить его к САП.

Функции, выполняемые постпроцессором, весьма многообразны и выходят далеко за рамки простого кодирования информации. К типо­вым функциям постпроцессора можно отнести следующие:

1) считывание данных, подготовленных процессором;

2) перевод их в систему координат станка;

3) проверка по ограничениям станка;

4) формирование команд на перемещение с учетом цены импульса СЧПУ;

5) формирование команд, обеспечивающих цикл смены инстру­мента;

6) кодирование и выдача в кадр значений подач и скоростей шпин­деля;

7) выдача команд на включение охлаждения, команд зажимов-раз­жимов и др.;

8) назначение подач с учетом ограничений, связанных с характе­ром движения, допустимым диапазоном подач станка, особенностями реализации режимов разгона-торможения в УЧПУ;

9) формирование команд, обеспечивающих коррекцию с помощью корректоров системы ЧПУ;

10) развертывание операторов ЦИКЛ;

11) выдача управляющей перфоленты или УП на дискете и лис­тинга (распечатки) управляющей программы;

12) диагностика ошибок;

13) выполнение ряда сервисных функций: вывод траектории дви­жения инструмента на графопостроитель или графический монитор; подсчет времени обработки детали на станке, длины перфоленты (объ­ема УП на дискете), продолжительности работы отдельных инструмен­тов и другие сведения, необходимые для нормирования и организации работы станка с ЧПУ. В некоторых случаях совместно с постпроцессо­ром организуется работа с программным блоком «редактор», позво­ляющим редактировать УП, выведенную на экран монитора.

В типовой структурной схеме САП наряду с препроцессорами, процессором и постпроцессорами содержится блок «сервис», перераба­тывающий постоянную информацию о станках, инструментах и мате­риалах. Постоянная информация подготовляется в анкетных формах и вводится в ЭВМ, составляя в нем своеобразную электронную библио­теку. Блок "сервис" систематизирует и записывает эту информацию в долговременную память ЭВМ в виде таблиц параметров, обращение к которым ведется по указьгеаемым в исходной информации названиям станков, инструментов и материалов заготовки.


 

29. Расчет трудоемкости и станкоемкости механической обработки.

Ответ: Существует 5 методов определение станкоемкости:

1. по технологическому процессу

2. методом сравнения

3. по данным заводов

4. по деталям представителям

5. методом укрупненного нормирования

2.1 Определение станкоемкости (трудоемкости) по технологическому процессу Норму времени на операцию в общем виде определяют по следующим формулам: Для единичного и мелкосерийного производства:

(1)

Для крупносерийного и массового производства:

, (2)

где -штучно-калькуляционное время;

- штучное время;

- подготовительно-заключительное время;

- основное время на операцию;

- вспомогательное время на операцию;

- дополнительное время;

- количество деталей в партии.

(3)

где - время технологического обслуживания;

- время на организационное обслуживание рабочего места;

- время на перерывы для отдыха и естественные надобности.

2.2 Определение станкоемкости (трудоемкости) методом сравнения. Для определения станкоемкости одной детали, когда известна станкоемкость другой, геометрически подобной детали, а также массы двух сравниваемых деталей, пользуются формулой:

,

где - искомая станкоемкость обработки первой детали;

- известная станкоемкость второй детали; и - массы первой и второй детали.

Для более точного сопоставления при определении станкоемкости пользуются коэффициентом приведения с учетом коэффициентов по массе, серийности и сложности

, где - общий коэффициент приведения.