-
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Horská 3, 128 00 Praha
Prezentace diplomové práce: Vysokootáčková přídavná pneumatická vřetena Student: Školitel: Zadavatel: Klíčová slova: Anotace:
Cíle práce:
Bazala Zdeněk Doc. Ing. Jaroslav Rybín, CSc. Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii Přídavná vřetena, Pneumatická vřetena, vysokootáčková vřetena, konstrukce Diplomová práce se zabývá problematikou vysokootáčkových pneumatických vřeten a jejich technologických možností. Je zde řešen návrh a konstrukce pneumatického pohonu a přídavného pneumatického vysokootáčkového vřetena. Součástí diplomové práce je výkresová dokumentace, návrhové a kontrolní výpočty. Návrh konstrukce vysokootáčkového přídavného pneumatického vřetena
High-speed air turbine spindle Keyword: Annotation:
Target of work:
Additional spindle, air turbine spindle, high-speed spindle, construction This Master's Thesis covers a section of high-speed air turbine spindles and their technological possibilities. The thesis solves the design and the construction of air drive and additional high-speed air turbine spindle. The drawing documentation, design and checking calculations required for the design of the mechanism, is a part of the thesis. The design the construction additional high-speed air turbine spindle
-1-
-
ČESKÉ VYSOKÉ UČNEÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Horská 3, 128 00 Praha
Úvod Pneumatická přídavná vřetena se používají pro dokončovací operace, broušení, obrábění a vrtání při vysokých otáčkách, nejčastěji se jimi obrábí slitiny lehkých kovů. Nacházejí využití jak u HSC obráběcích strojů, tak u strojů konvenčních. U pneumatických vřeten jsou již možné maximální otáčky 200 000 min-1. Potřeba vysokých otáček je dána stále se zvyšujícími řeznými rychlostmi a také malým průměrem nástroje. K pohonu vřeten se nejčastěji používá stlačený vzduch o tlaku 0.3 - 0.5 MPa.
Cíl diplomové práce Cílem diplomové práce je návrh pneumatického pohonu a konstrukční návrh přídavného vysokootáčkového pneumatického vřetena. Toto vřeteno bude upínáno do stroje pomocí kužele ISO 40 a zpětné rychlostní vazby bude zajištěna indukčním snímačem.
Návrh pneumatického pohonu Pohon vřetena jsem se rozhodl realizovat radiální turbínou s rozvodným kolem. Její výhodou je vysoká účinnost i při malých rozměrech. Naopak její nevýhodou je obtížný aerodynamický i konstrukční návrh. Radiální turbína je zobrazena na obr.1, je tvořena vnějším kruhem rozváděcích lopatek 1, bezlopatkovým přechodem 2 a oběžným kolem s lopatkami 3. Navrhl jsem čtyři hnacích turbín odstupňovaných podle jmenovitých otáček (160 000 ÷ 250 000 min-1). Pro konstrukční návrh vřetena byl vybrán pohon s jmenovitými otáčkami 160 000 min-1. Parametry navrhnutých pohonů jsou uvedeny v tab.1.
Parametry navrhnutých pohonů Otáčky [min-1] 160 000 180 000 Max. provozní tlak [MPa] 0,4 0,4 Výkon [KW] 0,56 0,56 [l·minSpotřeba vzduchu 1] 240 237 Tabulka 1
220 000 0,4 0,57
250 000 0,4 0,65
242
275
Obrázek 1
-2-
-
ČESKÉ VYSOKÉ UČNEÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Horská 3, 128 00 Praha
Konstrukční návrhy vřetena Varianta 1 Vřetena jsou uloženo na dvou hybridních kuličkových ložiskách s kosoúhlým stykem (pozice 1 na obr. 2). Pohon zajišťuje radiální turbínka (pozice 3 na obr. 2) s rozvodným kolem (pozice 4 na obr. 2). K provozu je potřeba stlačený vzduch o tlaku p max = 0,4 MPa . Turbínka je na hřídeli
nalisována. Rychlostní zpětná vazba je řešena pomocí indukčního snímače (pozice 5 na obr. 32), který snímá kotouček umístěný za turbínkou (pozice 6 na obr. 2). Na vřeteníku je umístěn škrtící ventil (pozice 7 na obr. 2), který nastavuje protitlak oběžnému kolu, čímž snižuje axiální sílu od turbínky. Část vzduchu o nízké teplotě, která neprojde škrtícím ventilem, je z vřetena odvedena přes filtrační vložku v zadním labyrintu, ložiska a přední labyrint. Tímto je také zajištěn vnitřní přetlak vřetena, takže nebude docházet k vnikání nečistot přes přední labyrint. Výstupy vzduchu jsou opatřeny tlumícími ventily (pozice 9 na obr. 2). Pro přívod vzduchu slouží dvojice nástrčných přípojek (pozice 8 na obr. 2). Nástroje jsou upínány do kleštiny SHAUBLIN D6 (pozice 2 na obr. 2), která umožňuje upnout nástroje 0,5 - 3,17 mm.
Obrázek 2
-3-
-
ČESKÉ VYSOKÉ UČNEÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Horská 3, 128 00 Praha
Varianta 2 Vřeteno je uloženo na dvou hybridních kuličkových ložiskách s kosoúhlým stykem (pozice 1 na obr. 3). Pohon zajišťuje radiální turbínka (pozice 3 na obr. 3) s rozvodným kolem (pozice 4 na obr. 3). K provozu je potřeba stlačeným vzduch o tlaku p max = 0,4 MPa . Turbínka je na hřídeli nalisována. Rychlostní zpětná vazba je řešena pomocí indukčního snímače (pozice 5 na obr. 3), který snímá kotouček umístěný za turbínkou (pozice 6 na obr. 3). Na vřeteníku je umístěn škrtící ventil (pozice 7 na obr. 3), který nastavuje protitlak oběžnému kolu, čímž snižuje axiální sílu od turbínky. Narozdíl od varianty 1 není vzduch procházející přes ložiska a přední labyrint filtrován. Předpokládám takovou kvalitu filtrace hnacího vzduchu, že by již další filtrace byla zbytečná. Tímto je také zajištěn vnitřní přetlak vřetena, takže nebude docházet k vnikání nečistot přes přední labyrint. Výstupy vzduchu jsou opatřeny tlumícími ventily (pozice 9 na obr. 33). Pro přívod vzduchu slouží dvojice nástrčných spojek (pozice 8 na obr. 33). Nástroje jsou upínány do kleštiny SHAUBLIN D6 (pozice 2 na obr. 33), která umožňuje upnout nástroje 0,5 - 3,17 mm
Obrázek 3
-4-
-
ČESKÉ VYSOKÉ UČNEÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Horská 3, 128 00 Praha
Závěr Dle zadání byl proveden konstrukční návrh vysokootáčkového pneumatického vřetena. Obě uvedené varianty byly rozpracovány do fáze výrobních výkresů. Z pohledu výrobní náročnosti jsou obě varianty podobné. Varianta 2 má méně vyráběných součástí a její výroba bude tudíž trochu jednodušší. Varianty číslo 2 je výhodnější i z hlediska montáže a demontáže vřetena. Při montáži lze rotor z větší části sestavit mimo vřeteník. Varianta 2 má také vyšší kritické otáčky, neboť vyložení turbínky je u ní menší než u varianty 1. Ve vývoji pneumatického vřetena doporučuji pokračovat, pro další řešení navrhuji vycházet z varianty 2.
-5-
