Разработка ИСУКАП для детали «Вал»

,

где N_cт - мощность главного электродвигателя станка (по паспорту).

Величина  коэффициента К не должна превышать единицы. Наиболее рациональное значение К=0,85-0,9.

В случае отклонения К от рациональной величины, необходимо вновь рассчитать режимы резания скорректировав при этом параметры, устанавливаемые автором расчётов (S, t, T, тип станка и др.).

Основное технологическое время - время в минутах, затрачиваемое

непосредственно для снятия заданного припуска. Оно  определяется по формуле:

,

где L - расчётная  длина обработки, мм; i - количество проходов.

, мм,

где l - чертёжный размер обрабатываемой поверхности, мм; l₁ - величина врезания резца, мм; l₂ - величина перебега, резца, мм.

, мм;

, мм,

где φ  - величина главного угла в плане резца.

Шлифование

Шлифование – процесс резания  металлов с помощью абразивного  инструмента, режущим элементом  которого являются зерна. Зерна, обладающие высокой твердостью, теплоустойчивостью и острыми кромками, соединены  специальными связующими веществами в шлифовальные круги, сегменты, головки, бруски и шкурки; применяют зерна и в виде паст и порошков.

Выступающие зерна абразивного материала, прочно закрепленные в шлифовальном круге связующим (цементирующим) веществом, при вращении круга с большой скоростью (до 80 м/с) срезают (царапают) слой металла с заготовки в виде очень мелкой стружки. Большое число стружек (до сотни миллионов в минуту) и их малая толщина (несколько микрон) обусловливаются малым размером самих режущих зерен-резцов и большим количеством зерен, одновременно участвующих в резании (царапании). Вследствие малого сечения среза и большой скорости резания шлифование обеспечивает высокую точность (2 – 1-й класс) и малую шероховатость обработанной поверхности (7 – 12-го класса), а поэтому этот процесс чаще является окончательной (отделочной) операцией. Однако шлифование успешно применяют и для снятия больших объемов металла, заменяя обработку заготовки резцом или фрезой.

Особенности процесса шлифования:

- срезание абразивным зерном  небольшого слоя металла, в  виде ограниченной длины и  малого поперечного сечения;

- в процессе резания участвует  одновременно большое число зерен;

- повышенное трение и нагрев детали, т.к. зерна на поверхности инструмента ориентированы по разному (хаотично), поэтому часть из них не режут, а упруго деформируют обрабатываемую поверхность;

- необходимо непрерывное обильное  охлаждение (СОЖ) зоны резания.

Инструментом при шлифовании могут быть: абразивные круги, головки, бруски, сегменты, листы, ленты, пасты и свободные зерна. Наибольшее применение из них имеют шлифовальные круги.

По варианту задания была выбрана технологическая  операция, для нее был разработан оптический датчик положения.

Рис.2.3.  Технологическая операция.

Для определения  положения инструмента (шлифовального  круга) выбран бесконтактный оптический датчик.

Для точного  определения положения объекта  бесконтактным способом используются оптические датчики положения. Если для индуктивных датчиков приближения  имеет значение из какого материала состоит объект измерения, то фотоэлектрические датчики детектируют предметы из любого материала. Дополнительным преимуществом является так же то, что по сравнению с другими датчиками приближения, к примеру, емкостными или индуктивными датчиками, бесконтактные оптические выключатели имеют гораздо большие расстояния срабатывания. К тому же, фотоэлектрические датчики положения доступны с различными схемами работы: оптические датчики с диффузионным отражением от объекта, в раздельном корпусе приемник/ передатчик, оптические датчики перемещения с отражением от рефлектора.

Существует множество вариаций схем датчиков перемещения, основанных на различных оптических эффектах. Пожалуй, наиболее популярной является схема оптической триангуляции —  датчик положения является, по сути, дальномером, который определяет расстояние до интересующего объекта, фиксируя рассеянное поверхностью объекта излучение  и определяя угол отражения, что  даёт возможность определить длину d — расстояние до объекта (Рисунок  2.4). Важным достоинством большинства оптических датчиков является возможность производить бесконтактные измерения, кроме того такие датчики обычно довольно точны и имеют высокое быстродействие.

 
Рис. 2.4. Оптический датчик перемещения на основе схемы оптической триангуляции.

 

Принцип работы

В основу работы датчика положен принцип  оптической триангуляции. Излучение  полупроводникового лазера 1 фокусируется объективом 2 на объекте 6. Рассеянное на объекте излучение объективом 3 собирается на CCD-линейке 4. Процессор сигналов 5 рассчитывает расстояние до объекта  по положению изображения светового  пятна на линейке 4.

Основные технические  характеристики

Базовое расстояние, X, мм	10, 15, 25, 30, 35, 45, 55, 60, 65, 80, 90, 95, 105, 125, 140, 145, 150, 185, 230, 300
Измерительный диапазон, L, мм	2, 5, 10, 15, 25, 30, 50, 100, 250, 500, 600, 750, 1000, 2000
Линейность, % от измерительного диапазона	от ± 0,1 до ± 0,3
Разрешение, % от измерительного диапазона	0,01; 0,03; 0,04
Максимальная частота выборки, кГц	2 или 5 или 8
Тип лазера	3 мВт или 5 мВт, длина волны  660 нм
Цифровой интерфейс	RS232 (макс. 460,8 кбит/с) или RS485 (макс. 460,8 кбит/с) или RS232 и CAN (макс. 1 Мбит/с)
Аналоговый интерфейс	4...20мА или 0...10В
Вход синхронизации	2,4 - 5 В (CMOS, ТТЛ)
Логический выход	NPN, 100 мА max, 40 В max
Напряжение питания, В	5 (4,5…9) или 12 (9…18) или 24 (18…36)
Потребление, Вт	1,5...2
Класс защиты	IP67
Рабочая температура, °С	-10...+60
Габариты, мм	65 x 50 x 20, 63 x 170 x 30, 217 x 87 x 38
Вес без кабеля, г	100, 500, 800

 

 

3. Разработать ИСУКАП для детали «Вал»

Шлифованием называется процесс обработки  заготовок с помощью

шлифовальных  кругов. Абразивные зёрна в круге  удерживаются с помощью связки и расположены неупорядоченно. При вращении круга часть зёрен срезает материал с обрабатываемой поверхности и она приобретает вид совокупности микроследов абразивных зёрен.

Часть зёрен  ориентирована таким образом, что  резать не может, но производит работу трения по поверхности резания. В зоне резания выделяется большое количество теплоты по причине которой мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, либо образуют пучок искр, либо оплавляются.

Существуют  следующие основные схемы шлифования: наружное круглое,

внутреннее  круглое и плоское.

При наружном круглом шлифовании (рис.3.1 а) круг, вращаясь вокруг оси,

совершает главное  движение. Цилиндрическая заготовка  вращается вокруг оси параллельной оси круга. Наружные поверхности круга и заготовки взаимно касаются по образующей. Линейные скорости точек шлифовального круга и заготовки могут быть направлены в одну сторону или навстречу друг другу, но в любом случае скорости точек, принадлежащих кругу, намного превосходят скорости точек заготовки.

Заготовке сообщается возвратно-поступательное движение продольной подачи S_пр. По окончании цикла возвратно-поступательного движения продольной подачи действует прерывистое движение поперечной подачи, сообщаемое шлифовальному кругу или заготовке S_поп.

Во время  внутреннего круглого шлифования (рис. 3.1 б) шлифовальный круг и обрабатываемая заготовка вращаются вокруг параллельных осей, при этом наружная поверхность круга касается внутренней поверхности детали. Движения продольной S_пр. и поперечной S_поп. подач такие же, как и при наружном круглом шлифовании, но приложены, как правило, только к шлифовальному кругу.

При плоском шлифовании (рис.3.1 в) шлифовальный круг, вращаясь вокруг своей оси, совершает главное движение резания. Его наружная поверхность касается обрабатываемой заготовки. Заготовке сообщается возвратно-поступательное движение продольной подачи S_пр. В промежутках между этими движениями кругу придаётся прерывистое движение поперечной подачи S_поп. После обработки всей поверхности шлифовальному кругу сообщается движение вертикальной подачи S_верт. Шлифование всей плоскости повторяется до тех пор, пока значение суммарной вертикальной подачи не будет равно припуску на обработку.

Рис. 3.1. Схемы шлифования: а) наружное круглое; б) внутреннее круглое; в)

плоское.

 

При шлифовании важное значение имеет  выбор материала круга. Для шлифования мягких материалов, как правило, используются твёрдые круги с открытой (пористой) структурой.

При шлифовании закалённых сталей нужны  мягкие круги. В случае необходимости достижения большой производительности следует применять крупнозернистые круги, а высокой чистоты поверхности - мелкозернистые.

 

Глубина шлифования t,мм (поперечная подача S_поп., мм) зависит от размеров заготовки, свойств обрабатываемого материала и характера шлифования.

Продольная подача S_пр, мм - это перемещение обрабатываемой детали вдоль её оси за один оборот. Она определяется по формуле:

(мм/об),

Где В – ширина шлифовального круга, мм; β – расчетный коэффициент.

Частота вращения детали круга. Прежде чем рассчитать частоту вращения

детали, необходимо определить её расчётную  скорость вращения:

(м/мин),

где D_д – диаметр шлифуемой поверхности, мм; Т – стойкость шлифовального круга.

Расчетная частота вращения детали:

(1/мин).

Необходимо, чтобы nд находилась в пределах, указанных в паспортных данных выбраного станка.

Определяется скорость вращения шлифовального  круга.

(м/мин),

где D_К – диаметр шлифовального круга, мм; n_К – частота вращения шлифовального круга, 1/мин (принимается по паспорту станка).

Скорость перемещения стола  определяется по формуле:

(м/мин).

Полученное значение V_с должно находиться в пределах скоростей перемещения стола, указанных в паспорте выбранного станка. В противном случае, необходимо провести корректировку S_пр и n_д.

Силы резания и мощность. Тангенциальная сила резания, Н:

.

Эффективная мощность на вращение шлифовального  круга определяется по

формуле:

(кВТ).

Потребная мощность на вращение шлифовального  круга:

(кВТ),

где η – к.п.д. шлифовального станка по паспортным данным станка.

Коэффициент использования станка по мощности:

,

где N_ст – мощность электродвигателя главного движения, кВт.

Основное технологическое  время , мин определяется по формуле:

,

где где L - длина продольного хода детали, мм; h - припуск на обработку, мм;

К - коэффициент, учитывающий точность шлифования и износ круга. При черновом шлифовании К = 1.3-1,4; при чистовом - К = 1,3-1,7.

(мм),

где l - длина обрабатываемой поверхности, мм; В - ширина круга, мм.

 

Плоское шлифование

Ниже рассматривается расчёт режимов  шлифования периферией круга.

Глубина шлифования t мм (вертикальная подача, S в мм/дв.ход).

Обычно при плоском шлифовании глубина шлифования принимается  при

предварительной обработке t=0,15-0,04 мм, а при окончательной - t=0,005-0,01 мм на двойной ход.

Продольная подача S_пр, мм/об - это перемещение шлифуемой поверхности за один оборот круга.

Величина подачи определяется по формуле:

(мм/об),

Где В – ширина круга, мм; β – коэффициент шлифования.

Величину В можно принять по паспорту станка. Коэффициент шлифования для предварительной обработки =0,4-0,7, а для окончательной - =0,25-0,35.

Скорость детали и круга. Скорость перемещения детали определяется по

формуле:

(м/мин),

где С_v - коэффициент, принимаемый : при шлифовании незакалённой стали - 15,50; при шлифовании закалённой стали - 15,25; при шлифовании чугуна и медных сплавов - 15,90; Т - период стойкости круга (30-40 мин).

Скорость V_д должна быть в пределах, указанных в паспорте выбранного станка.

Число двойных ходов стола:

,

где L – расчетный ход стола, мм.

(мм),

Где l – длина шлифуемой поверхности, мм.

Скорость вращения шлифовального  круга:

(м/с),

где D_к - диаметр шлифовального круга (по паспорту станка), мм; n_к - частота

вращения круга (по паспорту станка), 1/мин.

 

Мощность шлифования. Эффективная мощность шлифования определяется по формуле:

(кВт),

где С_N - коэффициент, принимаемый при шлифовании сырой стали - 0,68; при шлифовании закалённой стали - 0,76; при шлифовании чугуна и медных сплавов - 1,8.

 

Потребная мощность резания:

(кВт),

где η - к.п.д. станка (по паспорту).

Коэффициент использования станка по мощности:

,

где N_ст - мощность электродвигателя станка (по паспорту), кВт.

 

Основное технологическое  время , мин, при плоском шлифовании с двойным ходом стола определяется по формуле:

,

где Н - ширина шлифования, мм; h - припуск  на обработку, мм; S_поп – поперечная подача, мм/дв.ход. При обычном шлифовании S_поп =0,005-0,10 мм/дв.ход. При чистовом - S_поп =0,003-0,005 мм/дв.ход. К - коэффициент, учитывающий точность шлифования и износ круга. При обычном шлифовании К =1,2-1,4 , а при чистовом К =1,3-1,7.

 

4. Программное обеспечение

Общее описание

ПО для настройки параметров ODS 96B может использоваться для настройки  прибора как с подключенным ODS 96B (для непосредственной настройки  данных), так и в "автономном" режиме без подключенного датчика  для задания конфигурации прибора. Если ODS 96B не подключен, после запуска  программы на экране появляется диалоговое окно, в котором требуется выбрать тип прибора. После задания конфигурации параметров на ПК их можно передать в ODS 96B после его подключения. Программное обеспечение можно загрузить по адресу www.leuze.de.