работа по дисциплине «Контроль и автоматизация» на тему: «Автоматизация привода подачи стола вертикально-сверлильного станка модели 2А150»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра физико-химических процессов и технологий

Курсовая работа

по дисциплине «Контроль и автоматизация»

на тему: «Автоматизация привода подачи стола вертикально-сверлильного станка модели 2А150».

Выполнила: студентка гр. 430141

Макарова А.С.

Проверил: к.т.н., доц.

Коробочкин А.И.

Тула 2008

Содержание

Введение	3
Общие сведения	4
Вертикально-сверлильный станок 2А150 описание	6
Кинематическая схема	7
Автоматизация привода. Кинематическая схема	13
Электрическая схема модернизированного станка	15
Заключение	16
8. Библиографический список	17

Введение

Высокие требования, предъявляемые к точности и качеству деталей машин, а также применение труднообрабатываемых материалов в машиностроении приводят все больше к автоматизации и модернизации станков.

Металлорежущие станки, наряду с прессами и молотами, представляют собой тот вид оборудования, который лежит в основе производства всех современных машин, приборов, инструментов и других изделий для промышленности, транспорта, сельского хозяйства.

Основные требования, которые предъявляются к современному металлорежущему станку, можно формулировать следующим образом:

максимально возможная производительность при обеспечении необходимой и достаточной точности формы и размеров обработанного на станке изделия, необходимого и достаточного качества поверхности;

простота и легкость обслуживания;

высокая производительность на единицу веса станка и единицу занимаемой им площади;

технологичность конструкции, т. е. простота изготовления всех отдельных частей станка и простота сборки.

Выполнение всех этих важнейших требований представляют нередко сложную задачу, для решения которой в современном станкостроении широко используются разнообразные средства не только механики, но также и электротехники, гидравлики, пневматики.

Общие сведения

Сверлильные и расточные станки предназначены для обра­ботки отверстий. В различных отраслях промышленности находят применение сверлильные станки следующих типов: одношпиндельные верти­кально-сверлильные; радиально-сверлильные; многошпиндельные сверлильные; горизонтально-сверлильные для глубокого сверле­ния; центровальные для получения центровых отверстий; агрегатные сверлильно-расточные; настольно-сверлильные и специали­зированные сверлильные.

Расточные станки бывают как общего назначения (универсаль­ные), так и специализированные.

Универсально-расточные станки разделяются на горизонтально-расточные; вертикально-расточные; координатно-расточные.

Основными размерами, характеризующими сверлильные стан­ки, являются наибольший диаметр сверления, ход шпинделя, номер конуса в отверстии шпинделя и др.

К сверлильным станкам общего назначения относятся вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные.

Представление о конструкции сверлильных станков дает общий вид радиально-сверлильного станка на рис. 4.3.1.

Станок предназначен для сверления отверстий в торцах станин электри­ческих машин, в подшипниковых щитах и т.п. Применяется в электромаши­ностроении.

Сверлильные станки, обычно, вертикального исполнения и содержат следующее основное оборудование:

фундаментную плиту (1), на которой установлена неподвижная ко­лонна (2);

пустотелую гильзу (4), надетую на колонну (2) и поворачивающуюся на 360° вокруг колонны;

надетую на гильзу траверсу (11), которая может подниматься и опус­каться вдоль колонны с помощью винта (8);

шпиндельную бабку (10), которая может перемещаться в горизонталь­ном направлении по траверсе (11);

шпиндель (12) для закрепления сверла (13), приводимый во вращение главным двигателем (9);

кольцо зажимное (3) для закрепления гильзы (4) с траверсой (11) на колонне (2); разрезное кольцо стягивается с помощью дифференци­ального винта, вращаемого вручную или от отдельного ЭД;

стол (14), на котором устанавливается обрабатываемое изделие; стол может перемещаться по направляющим назад и вперед к колонне;

электропривод, состоящий из двигателя (9), обеспечивающего главное движение и подачу шпинделя; двигателя (6) поворота гильзы (4) с тра­версой (11) вокруг колонны (2); двигателя (7) перемещения траверсы по вертикали;

механизм перемещения (5), который обеспечивает снижение частоты вращения ЭП до требуемой.

Расточные станки предназначены для обработки крупных деталей и имеют, обычно, горизонтальное исполнение. Кроме операций сверления, можно выполнять фрезерование, нарезание резьбы и др.

Вертикально-сверлильный станок 2А150

Наиболее распространенный универсальный одношпиндельный вертикально-сверлильный станок (рис. 1) предназначен для работы в основных производственных цехах, а также в усло­виях индивидуального и мелкосерийного производства, в ремонтно-механических и индустриальных цехах.

Техническая характеристика вертикально-сверлильного станка 2А150

Вылет шпинделя, мм	350
Ход шпинделя, мм	300
Ход салазок, мм	250
Конус отверстия в шпинделе, мм	Морзе №5
Наружный диаметр в шпинделе, мм	80
Рабочая поверхность стола, мм	500х600
Ход стола, мм	325
Расстояние от торца шпинделя до стола, мм	0+800
Расстояние от торца шпинделя до фундаментной плиты, мм	650-1200
Габариты ДхШхВ, мм	1550х970х2865
Вес, кг	2250

Рис.1 Вертикально-сверлильный станок модели 2А150 (2Н150).

На фундаментной плите 1 смонтирована колонна 2 коробчатой формы. В ее верхней части размещена шпиндельная головка 3, несущая электродвигатель 4, шпиндель 5 с инструментом 6. На вертикальных направляющих колонны установлена шпиндельная бабка 7, внутри которой размещен механизм подачи, осуществля­ющий вертикальное перемещение шпинделя. Поднимать и опу­скать шпиндель можно механически и вручную с помощью штур­вала 8. Для установки заготовок и приспособлений имеется стол 9, который может перемещаться по направляющ

им колонны в зависимости от размеров деталей, подвергающихся обра­ботке.

Кинематическая схема

Рис.2 Кинематическая схема вертикально-сверлильного станка2А150

Изменение чисел оборотов шпинделя осуществляется с помощью коробки скоростей. Приемный вал / коробки скоростей получает вращение от электродвигателя 46 через ременную передачу 1—2. Движение валу // сообщает одна из четырех пар зубчатых колес 3—4, 5—6, 7—8, 9—10. Затем дви­жение передается валу /// зубча­той парой 11—12 и далее шпин­делю по одной из трех кинемати­ческих цепей: 12—15, 16—17 или 13-14, 16-17, или 13-14,18—19. Колеса 17 и 19 вращают втулку 20, а вместе с ней и шпиндель V. По­следний связан со втулкой шлицевым соединением. В итоге шпиндель имеет 12 различных скоростей. Реверсирование шпинделя, необхо­димое при производстве резьбона­резных работ, осуществляется пе­реключением электродвигателя. Рабочая подача шпинделя про­изводится с помощью реечной пере­дачи. Реечное колесо 41 нахо­дится в зацеплении с рейкой пиноли 43. При вращении колеса пиноль получает вертикальное перемещение вместе со шпинделем. Станок имеет девять подач, осу­ществляемых от шпинделя через цилиндрические зубчатые колеса 21—22, 23—24 и коробку подач.

Вращение валу VIII сообщает одна из трех передач 25—26, 27—28 или 29—30 и далее вал X – одна из трех цепей зубчатых колес 30-31, 32-33 или 30-31. Зубчатые передачи 36—37 и червячная пара 40—42 сообщают вращение реечному колесу 41.

Вертикальное перемещение стола осуществляют вручную вра­щением вала колеса 44 через коническую передачу 44/45-на ходовой винт.

Коробка скоростей. (рис. 3) Вертикально рас­положенные валы коробки смонтированы на шариковых подшип­никах, что снижает потери на трение в опорах. Коробка скоростей построена по принципу множительной структуры 3x2x2= 12. Это означает, что при любой скорости вращения шпинделя в передаче движения участвует одинаковое число зубчатых колес. Следовательно, недостатком конструкции этой коробки скоростей является то, что на высоких частотах вращения шпинделя возни­кают повышенные потери на трение. Чтобы избежать этого, при­меняют коробки скоростей сложенной структуры. Сущность сло­женной структуры состоит в том, что в передаче движения для по­лучения высоких частот вращения шпинделя участвуют не все элементарные коробки, а только те из них, которые обеспечивают передачу высоких скоростей шпинделя по короткой кинематиче­ской цепи.

Рис.3 Коробка скоростей вертикально-сверлильного станка

Механизм подач (рис. 4). От девятискоростной коробки подач через муфту 19, кулачковую предохранительную муфту 20, чер­вяк 21 движение передают на свободно сидящее на валу 4 червяч­ное колесо 17. Соединение червячного колеса 17 с валом 4, а также поворот вручную этого вала происходят следующим образом. Подвод шпинделя к заготовке осуществляют вручную вращением штуршла 7. От кулачков полумуфты 13 штурвала вращение пере­дается на вал 4 посредством ступицы 8, сидящей на шлицах вала 4 и снабженной торцовыми кулачками. Как только сверло достиг­нет заготовки, крутящий момент на валу 4 возрастет настолько, что не сможет быть передан кулачками ступицы 8 и штурвала 7, поэтому ступица 8 начнет перемещаться влево вдоль вала 4 до тех пор, пока торцы кулачков (детали 8 и 13) не встанут напротив друг друга. В этот момент кулачки полумуфты 13 повернутся свободно на валу 4 на 20° (угол 20° ограничен пазом на полумуфте 13 и штифтом 11). На ступице 8 установлен двусторонний крановый диск 15у связанный со ступицей собачками 14. При перемещении ступицы 8 по шлицам вала 4 зубья диска 15 входят в зацепление с зубьями второго диска 16, прикрепленного к червячному колесу 17. Так передается вращение от червяка 21 червячному колесу 17, а следовательно, и валу 4, от которого и происходит механическая подача шпинделя.

Рис.4 Механизм подач

При вращении штурвала с включенной механической подачей собачки 14, сидящие в ступице 8, проскакивают по зубьям внутрен­ней стороны диска 15, вследствие чего происходит опережение меха­нической подачи. Ручное включение подач штурвалом осуществляют поворотом его в обратную сторону на 20° относительно реечного вала 4, при этом зуб полумуфты 13 встанет против впадины ступицы 8. Благодаря наклону зубьев дисков 15 и 16 и пружины 9 ступица 8 смещается вправо и разъединяет диски, и, следовательно, механи­ческая подача прекращается. При нарезании резьбы подачу шпин­деля можно осуществить вручную. Для этого необходимо выклю­чить штурвалом 7 механическую подачу, а затем колпак 12 перемес­тить вдоль оси вала влево. При этом штифт 10 передаст крутящий момент от кулачковой полумуфты 13 на реечный вал 4.

Для отсчета глубины сверления служит лимб I. Он установлен на барабане, который с помощью зубчатых колес 2 и 3 кинематичес­ки связан с реечным валом 4. На барабане лимба имеется круговой Т-образный паз для установки кулачков автоматического реверса шпинделя и отключения подачи с использованием указателя лимба 18.

Ручное перемещение сверлильной головки по вертикальным на­правляющим станины осуществляют с помощью червяка 22, червячного колеса 6 и реечного колеса 5.

Механизм переключения частот вращения в коробке скоростей станка приведен на рис. 5. Им управляют с помощью рукоятки 1, имеющей четыре фиксированных положения по окруж­ности и три вдоль оси поворота рукоятки для осуществления 12 скоростей шпинделя станка. Поворотом рукоятки 1 приводят во вращение ступицу 6 и далее через пару зубчатых колес — вал 14, установленный в корпусе 10 на игольчатых подшипниках. Ступица 6 также установлена на игольчатых подшипниках во фланце 8, кото­рый закреплен в корпусе сверлильной головки. На валу 14 смонти­рован двусторонний торцовый кулачок 12, в пазы которого входят два ролика с осями, закрепленными на рычагах 11 к 13. Эти рычаги смонтированы на осях и с помощью камней 20 и 21 соединены со штангами 18 и 19, на которых закреплены валки, охватывающие пе­редвижные блоки (см. рис. 2).

Для перемещения тройного блока зубчатых колес 3-5-7 (см. рис. 2) валику 17 сообщают поступательное перемещение сле­дующим образом. В ступице 6 расположен валик 17, соединенный с рукояткой 1 штифтом 4. На правом конце валика 17 имеется коль­цевая проточка, в которую входит палец 16 рычага 15. Камень рычага 15 соединен со штангой 9, на которой закреплена вилка, охватывающая переключаемый тройной зубчатый блок. При поворо­те рукоятки 1 на оси 3 валик 17 перемещается поступательно и с помощью рычага 15 приводит в движение штангу 9 и тройной блок колес. Положение рукоятки / при переключении скоростей фикси­руют два рычажных фиксатора 5 и 22. Каждую штангу фиксируют шариками. Необходимые скорости устанавливают по таблице с по­мощью указателя 7, который поворачивается вместе со ступицей 6. При осевом перемещении рукоятки 1 указатель 7 выдвигается собач­кой 2, а возвращается в исходное положение пружиной.

Рис.5 Однорукояточный механизм переключения частот вращения

Сверлильные патроны и втулки

Режущий инструмент на станках закрепляют: а) непосредствен­но в посадочном коническом отверстии шпинделя; б) с помощью промежуточного устройства между шпинделем станка и инструмен­том в виде патронов и приспособлений разных конструкций. Концы шпинделей универсальных сверлильных, расточных и координатно-расточных стандартизованы.

Конические посадочные отвер­стия у шпинделей для установки в них и закрепления режущих ин­струментов с коническими хвосто­виками, а также приспособле­ния выполняют согласно ГОСТ 2.847—67, применяя инструмен­тальные конусы Морзе и метри­ческие.

Рис.6 Втулки, встраиваемые в шпиндель станка

Втулки. На рис. 6, а показа­но непосредственное закрепление сверла в коническом отверстии шпинделя, удерживаемого силой трения. Кроме того, инструмент имеет лапку, которая входит в паз шпинделя. В том случае, когда режущий инструмент имеет кони­ческий хвостовик малых размеров, необходимо пользоваться пере­ходными коническими втулками (рис. 6, б). Втулки центрирую­тся в отверстии шпинделя (или одна в другой) коническими по­верхностями. Для передачи крутящего момента на втулках, так же как и у хвостовиков инструмента, делают лапку, которая за­ходит в продолговатый паз отверстия шпинделя или соответствую­щий паз переходной втулки.

Для закрепления сверл, зенкеров, разверток и других инструментов, имеющих цилиндрический хвостовик, применяют разрезные втулки (рис. 6, в). Наружную посадочную поверхность таких вту­лок выполняют конической (по станку), а внутреннее гнездо под инструмент — цилиндрическим.

Патроны являются более универсальными приспособлениями, чем втулки, дающие возможность быстрее и надежнее закреплять инструмент.

Автоматизация привода подачи стола

Для того, чтобы стол мог совершать автоматическое перемещение, ставим реверсивный электродвигатель Д2. Движение с вала ЭД за счет клиноременной передачи передается ходовому винту. Стол из конечного положения КВ2 перемещается в конечное положение КВ1. При реверсивном ходе двигателя стол совершает обратное перемещение из КВ1 в КВ2.

Рис.7 Кинематическая схема станка с автоматической подачей стола

Электрическая схема модернизированного станка

Рис.8 Электрическая схема модернизированного станка 2А150

Основные элементы схемы:

Д1, Д2 – приводные АД с КЗ (короткозамкнутым)-ротором шпинделя и стола.

КШЛ, КШП – контакторы шпинделя левого и правого вращения.

Тр, ЛО – трансформатор и лампа местного освещения

ВВ, ВО – вводной выключатель, выключатель освещения

КТ – кольцевой токосъемник, для ЭСН подвижных частей электрооборудования

ПР1-3 – плавкие предохранители, предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий

РТ1-2 – тепловое реле, предназначены для защиты электродвигателей от перегрузки

К1-2 – контакторы стола, для перемещения в направлении верха и низа

ВК1-3 – выключатели (кнопки)

КВ1-2 – конечное положение кнопки

Работа схемы заключается в следующем: при подаче напряжение замыкается цепь ВК1. Нажимаем на кнопку ВК2 – стол начинает подыматься вверх до конечного положения КВ1, останавливается, происходит обработка заготовки. После окончания операции наживаем кнопку ВК3, стол начинает опускаться вниз до конечного положения КВ2.

Заключение

В ходе данной работы был рассмотрен вертикально-сверлильный станок модели 2А150, приведен общий вид станка с описанием отдельных частей. Проанализировав данные, проведена модернизация привода подачи стола. Приведена кинематическая схема первоначального варианта станка, а также модернизированная кинематическая и электрическая схемы с описание работы.

Библиографический список

В.В. Лоскутов. Сверлильные и расточные станки. М.: Машиностроение, 1981. – 152 с., ил.

В.К. Тепинкичиев, Л.В. Красниченко. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1972. 463 с., ил.

Паспорт вертикально-сверлильного станка модели 2А150