ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ СПЕЦИАЛЬНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СТАНКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ОТВЕРСТИЙ НА ТОРЦАХ ПЛОСКИХ ИЗДЕЛИЙ «В ПАКЕТЕ»

OPTIMIZATION OF THE DESIGN OF A SPECIAL AUTOMATED MACHINE FOR PROCESSING THREADED HOLES ON THE ENDS OF FLAT PRODUCTS "IN THE PACKAGE"

Victor Repin

student, Department of Automation of Mechanical Engineering, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev,

Russia, Nizhny Novgorod

Oleg Kretinin

Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev,  professor, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev,

Russia, Nizhny Novgorod

АННОТАЦИЯ

В данной статье будет разобран процесс разработки и оптимизации специального автоматизированного станка для обработки резьбовых отверстий на торцах плоских изделий «в пакете».

ABSTRACT

In this article, we will analyze the process of developing and optimizing a special automated machine for processing threaded holes on the ends of flat products "in a package».

Ключевые слова: станок; разработка; оптимизация.

Keywords: machine tool; development; optimization.

Данный станок разрабатывается для последовательной многоинструментальной обработки резьбовых отверстий. Изделия представляют собой не только обычные стальные плиты, но и рубильные ножи.Максимальный габариты заготовок достигают 1900 мм в длину, 300 мм в ширину и 80 мм в толщину. Также предусматривается обработка изделий в пакете, толщина которого не превышает 80 мм. Важным аспектом данной работы является оптимизация конструкции станка и его основных узлом. Так как оптимизация конструкции можно вести по большому количеству параметров необходимо выделить наиболее важные параметры в данном случае были выбраны два основных параметра оптимизации: минимальный коэффициент прочности и масса конструкции.

Процесс разработки начался с разбора двух вариантов исполнения станка: вертикальный и горизонтальный.

(а)                                                             (б)

Рисунок 1. а) Вертикальное исполнение станка; б) Горизонтальное исполнение станка

Проанализировав исполнение можно сделать вывод, что вертикальное исполнение позволяет увеличить толщину пакета с заготовками при этом сохранив компактность, однако из этого вытекают следующие проблемы: низкая устойчивость при установка на высокое основание, ограниченность в модернизации, большое количество приводов движения подачи для инструментов, при обработке рубильных необходимо предусмотреть матрицы для избежания повреждения режущей кромки ножи. Горизонтальное исполнение отличается большими габаритами, однако это способствует большой устойчивости, обширными возможностями к модернизации, однако это приведёт к увеличению веса как самого станка, так и его основных узлов.

Дальнейшая разработка будет проводиться на основе горизонтального исполнения. Так как большие габариты благоприятно скажутся как на процессе сборки и обслуживании, так как доступ к узлам будет облегчён, так и на процесс последующих модификаций доработок, так как не будет необходимости расширять конструкцию.

Основным узлом в станке является инструментальный блок. Проанализировав возможные вариант применение заводских блоком было принято решение разработать собственный инструментальный блок на основе конической передачи.

(а)                                                                          (б)

Рисунок 2. а) Первоначальная модель инструментального блока; б) Эскиз новой модели инструментального блока

Первичная модель инструментального блока (рис.2а) обладает недостаточной прочностью, увеличение прочности приведёт к повышению веса. В оптимизированной конструкции блока (рис.2б) сократилось количество валов, что благоприятно сказалось на весе, изменился метод крепления инструмента на более простое крепление для конуса морзе. Изменение корпуса позволили повысить прочность и использовать меньшую по габаритам передачу. По результатам повторного анализа минимальный коэффициент прочности поднялся с 0.72 до 3.1 а масса снизилась на 12.6%.

Привод движения подачи (рис.3а) служит для осуществления подачи инструмента. Первоначально конструкция данного привода состояла и двух швеллеров 8П, соединённых друг с другом стальными пластинами. Проведение прочностного анализа выявило недостаточную прочность конструкции.

(а)                                                                         (б)

Рисунок 3. а) Первоначальная конструкция привода подачи; б) Оптимизированный конструкция привода подачи

В процессе оптимизации конструкции привода (рис.3б) швеллеры были заменены на каркас, состоящий из квадратных стальных труб 80х80х6мм, верхняя монолитная плита была заменена на две малые стальные пластины для крепления направляющих, была уменьшена толщина у нижней пластины. Данные изменения помогли заметно увеличить прочность конструкции коэффициент прочности поднялся с 0.61 до 2.3, однако масса поднялась, однако после повторной оптимизации удалось снизать увеличение массы с 19% до 10.1% благодаря уменьшении квадратных труб до 60х60х3 мм.

Привод вспомогательно движения вдоль заготовки. Позволяет перемещать инструментальный блок вдоль плоскости обработки. Первоначально конструкция привода (рис.4а) состоял из массивного каркаса, состоящего из квадратных стальных туб 80х80х7 мм и большого числа маленьких направляющих, призванных уменьшить прогиб каркаса при обработке. При анализе конструкции была выявлена недостаточная прочность креплений направляющих, прогиб каркаса, большой вес.

(а)                                                                                        (б)

Рисунок 4. а) Первоначальная конструкция привода вспомогательно движения вдоль заготовки; б) Оптимизированный конструкция привода вспомогательно движения вдоль заготовки

Оптимизация конструкции привела к его полной перестройке. Данный вариант конструкции (рис.4б) так же состоит из квадратных труб однако с уменьшенной стенкой до 4 мм. Благодаря переработке конструкции удалось значительно снизить габариты данного привода, уменьшить его вес на 22.6%, поднять минимальный запас прочность с 0.7 до 2.4 и уменьшить количество приводов подъёма до одного.

Привод вспомогательного движения подъёма позволяет поднимать или опускать инструментальный блок. Конструкция данного привода (рис.5) базируется на стальной квадратной трубе, на которой закреплена арка в основании которой находиться червячный редуктор NMRV - 025 - 20. Арка также является опорой для винта ШВП посредством которого и происходит подъём. Винт соединён с кареткой посредством второй арки. Арки удерживаются с помощью двух уголков, приваренных к основной трубе и присоединёнными болтами к аркам. Данный привод по результатам анализа находится в оптимальном состоянии и не нуждается в дальнейшей оптимизации.

Рисунок 5. Привод вспомогательного движения подъёма

Привод вспомогательного движения ввода/вывода заготовки из зоны обработки. Основные задачи данного привода это подача заготовки из зоны загрузки в зону обработки и вывод изделия обратно для транспортировки на склад. Оптимизация данного блока позволила уменьшить вес конструкции на 15.3% благодаря замене ненесущих стальных труб швеллерами 8П, минимальный коэффициент прочности данной конструкции находится на приемлемом уровне и составляет 2.

Рисунок 6. Привод вспомогательного движения ввода/вывода заготовки из зоны обработки

Привод вспомогательного движения прижима заготовки (рис.7). Данный привод используется для поджима заготовки к упору и прижима заготовки с помощью пневмоцилиндров. Первоначальный вариант конструкции данного привода состоял из двух швеллеров 16П внутри которых располагалась прижимная каретка. При анализе данной конструкции были выявлены большой вес и прогиб в процессе прижима заготовки. При оптимизации данной конструкции нижний швеллер был заменён на стальную плиту, что позволило снизить вес на 11.3%, увеличить минимальный коэффициент прочности с 0.9 до 1.5 и что самое главное минимизировать прогиб.

Рисунок 7. Привод вспомогательного движения прижима заготовки

Каркас станка является главной несущей частью любого станка. В данном случае он сделан и стальных квадратных труб 80х80х7мм. В конструкции присутствую элементы дополнительного усиление: укосы, служащие дополнительной поддержкой приводу вспомогательного движения ввода/вывода заготовки из зоны обработки и перемычки для обеспечения дополнительной устойчивости. Оптимизация данной конструкции позволила снизить вес на 8.1% за счёт уменьшения стенок у ненесущих труб и немного поднять минимальный коэффициент прочности с 1.5 до 1.78 за счёт дополнительных элементов усиления

Таким образом в ходе данной работы был разработан и оптимизирован специальный автоматизированный станок для обработки резьбовых отверстий на торцах плоских изделий «в пакете». В процесс оптимизации конструкции позволил снизить вес как отдельный узлов, так и всего станка в целом. Результаты данной работы могут быть использованы в производственных цехах предприятий.

Список литературы:

1. Аверьянов О. И., Модульный принцип построения станков с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1987.— 228 с.
2. Шевченко Е.П. Агрегатные и специальные станки в машиностроении. Диафильм, 1971.