Расчет мощности электродвигателей механизмов металлорежущих станков токарной группы


СОДЕРЖАНИЕ:

Электрооборудование токарных станков и автоматов

Группа токарных станков является, пожалуй, самой значительной в парке металлорежущих устройств. Особенность стан­ков этой группы заключается в главном вращательном движении об­рабатываемых деталей и поступательном движении режущего инстру­мента.

Наиболее универсальными и распространенными станками токар­ной группы являются токарно-винторезные, служащие для обработки деталей и изделий, ограниченных поверхностями вра­щения.

Главный привод этих станков служит для передачи вращатель­ного движения детали и для выполнения ряда операций (например, нарезания правой или левой резьбы); он должен быть обязательно реверсивным. Кроме того, он должен регулировать в заданном диа­пазоне частоту вращения при плавном вращении шпинделя.

Всем перечисленным требованиям вполне удовлетворяет электро­привод переменного тока с асинхронным двигателем. Примером стан­ков с односкоростным асинхронным двигателем в приводе главного движения является широко распространенный токарно-винторезный станок 16К20. В этом станке привод подачи осуществляется с по­мощью кинематических связей от главного привода, поэтому шпин­дель является источником как главного движения, так и подачи.

В схему токарно-винторезного станка введены защитные блокиров­ки для отключения электрооборудования при открывании дверей электрошкафа и кожуха сменных шестерен коробки скоростей. Для осмотра и выполнения наладочных работ под напряжением при открытых дверях электрошкафа в нем установлен деблокирующий переключатель. При выполнении работ с открытыми дверьми электро- шкафа включается индикатор напряжения, который мигающим све­том предупреждает о возможной опасности.

Оснащение станков 16К20 выносными системами программного управления позволило создать на их базе токарные станки с ЧПУ — 16К20ФЗ. Токарные станки с ЧПУ отличаются высокой сте­пенью автоматизации, причем по программе отрабатывается не толь­ко информация о размерах детали, но и различные технологические команды, например: изменение частот вращения шпинделя, измене­ние величин рабочих подач и вспомогательных перемещений, смены инструмента, включение и отключение механизмов стружкоудаления, охлаждения и др. Главный привод станков с ЧПУ остается либо таким же, как и у станка 16К20, либо используется многоскоростной асинхронный двигатель. В таких приводах значительно упрощается коробка скоростей и уменьшаются габаритные размеры по сравнению с приводом от односкоростного двигателя. С помощью электриче­ского управления автоматически переключается скорость без оста­новки движения; частота вращения шпинделя регулируется переклю­чателем числа пар полюсов или с помощью электромагнитных муфт.

В качестве главного привода станков с ЧПУ применяется также и регулируемый привод постоянного тока. Для автоматического перемещения режущего инструмента в соответствии с заданной про­граммой станок с ЧПУ оснащен самостоятельным регулируемым приводом подачи с высокомоментным двигателем постоянного тока или шаговым электродвигателем. Помимо главного привода и приво­дов подач в станке установлено несколько вспомогательных нерегу­лируемых приводов, служащих для приведения в действие систем смазки, охлаждения, зажима — разжима, поворота резцедержателя. Они выполняются на базе асинхронных двигателей с короткозамкну­тым ротором. С помощью таких двигателей резцедержатель с не­сколькими режущими инструментами по заданной программе повора­чивается и фиксируется в необходимой позиции, контролируемой путевыми выключателями. Включение и отключение вспомогательных электроприводов могут осуществляться либо с пульта управления, либо системой ЧПУ в соответствии с заданной программой.

Рис. 1. Расположение основного электрооборудования на токарном станке 16К20ФЗ:

где: 1 — устройство ЧПУ, 2 — электрошкаф, 3,4 — пульты управления, 5 — гидро¬станция с электронасосом, 6 — место расположения двигателя главного при¬вода и автоматической коробки скоростей.

Блокировочные устройства в электросхеме токарного станка с ЧПУ не позволяют включать двигатели главного привода и резцедер­жателя одновременно в прямом и обратном направлениях, запре­щают одновременное включение нескольких электромагнитных муфт при смене скоростей, ограничивают перемещение каретки и суппорта в крайних положениях.

Общий вид станка с ЧПУ 16К20ФЗ и расположение электрообо­рудования на нем приведены на рис. 1.

Оснащение токарного станка 16К20 устройством ЧПУ на базе микроЭВМ «Электроника НЦ» позволило создать токарный станок с оперативной системой управления — станок 16К20Т1. Системой управления с помощью клавиатуры обеспечивается ввод, отладка и редактирование программ непосредственно на станке. Программа вводится оператором с чертежа, а ее выполнение контролируется с помощью цифровой индикации на экране дисплея. Главное дви­жение в станке 16К20Т1 осуществляется таким же приводом, что и в станке 16К20ФЗ. При этом на валу установлены две электромаг­нитные муфты, служащие для переключения в двух диапазонах ско­ростей — по 12 частот вращения в каждом диапазоне. Приводами подач в продольном и поперечном направлениях являются регули­руемые приводы постоянного тока с оптическими датчиками поло­жения в цепи обратной связи.

Особое место среди станков токарной группы занимают токар­ные многошпиндельные автоматы и полуавто­маты. Они обладают широкими технологическими возможностями. В станках-автоматах автоматизированы как главные, так и вспомогательные движения. Такого типа движения связанны с обработкой детали, автоматической погрузкой заготовок а также выгрузкой (транспортированием) обработанных изделий. В большинстве токарных автоматах контроль готовых изделий полностью автоматизирован.

В станках-полуавтоматах автоматизированы только движения технологического цикла обработки деталей. Электрооборудование автоматов и полуавтоматов не только ведет управление включением и отключением шпинделей, фиксацией стола, но и производит контроль вы­полнение данных команд. Одними из основных элементов управления есть электромагниты включения и отключения шпинделей электропривода главного движения. Для запуска шпинделей необходима команда от путевого выключателя, который сработает когда стол установится в пря­мое положение. При этом электромагнит включает шпиндели.

Отличием электрооборудования токарных многошпиндельных автоматов от полуавтоматов является наличие автоматических загру­зочных и разгрузочных устройств, оснащенных в большинстве слу­чаев электроприводами переменного тока с асинхронными двига­телями.

Все механизмы токарных автоматов, за исключением главного привода, получают движение от кулачков распределительного вала. За один его оборот происходит полный комплекс движений всех механизмов автомата.

Электродвигатели токарных автоматов включаются магнитными пускателями дистанционно с пультов управления станка. Коробка передач токарного автомата состоит из набора электромагнитных фрикционных муфт, включаемых либо вручную с пультов управления станка, либо по заданной программе от программируемого контрол­лера. На пультах управления станка расположены также элементы ручного управления, выключатели, переключатели и кнопочные станции.

Вводной выключатель, подающий напряжение на токарный авто­мат, установлен в электрошкафу. В электрошкафу имеются также вспомогательные элементы управления — трансформаторы для пита­ния цепей управления, освещения и сигнализации. Сигнальные лам­пы, установленные на сигнальной панели элекрошкафа и пультах, информируют о подаче напряжения в цепи управления, включении электромуфт вращения распределительного вала, об отсутствии смаз­ки, давления в гидросистемах, о вращении двигателя транспортера и т. д.

На приборной панели автомата расположены электроизмеритель­ные приборы: амперметр, указывающий степень загрузки электро­двигателя шпинделей, вольтметр для контроля напряжений на элек­тромагнитных муфтах и электроимпульсный счетчик для отсчета числа автоматических циклов работы станка. Так как счетчик при наладочном вращении распределительного вала не включается, то по его показаниям можно судить о количестве обработанных на станке деталей.

На этом видео показана не только работа станка, но и его оборудования и возможные режимы работы.

Расчет мощности и выбор приводного двигателя токарного станка

На рисунке 2.1 приведён эскиз обработки детали.

Эскиз обработки детали

Для расчета мощности приводного двигателя необходимо в начале произвести расчет технологических усилий.

На позиции шпинделя выполняются следующие операции:

1. Загрузка заготовки;

2. Продольное точение: t=4 мм, L=80 мм, S=0,6 мм -1

3. Подрезка торца: t=2 мм, S=0,8 мм -1

4. Сверление: d=10 мм, L=35 мм, S=0,30 мм -1

5. Прорезание канавки: t=10 мм, S=0,2 мм -1

6. Отрезание: t=5 мм, S=0,14 мм -1 , материал детали — сталь конструктивная.

Произведем расчет технологических условий для второй операции — продольное точение.

Определяем скорость резания Vz, м·мин -1 [3,c.68-70]

где Cν — постоянная скорости резания;

Т – среднее значение стойкости инструмента при обработке, мин;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм·об -1 ;

kν – общий поправочный коэффициент;

m, х, у – показатели степени, зависящие от вида обработки и материала.

Определяем скорость резания для второй операции – продольное точение, при S=0,6 мм -1 ; kν=1; Т=60 мин; t=4мм; Cν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для третей операции – подрезка торца, при S=0,8 мм -1 ; kν=1; Т=60 мин; t=2мм; Cν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для четвёртой операции – сверление, при S=0,30 мм -1 ; kν=1; Т=60 мин; t=4 мм; Cν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для пятой операции – прорезание канавки, при S=0,2 мм -1 ; kν=1; Т=60 мин; t=10 мм; Cν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для шестой операции – отрезание, при S=0,14 мм -1 ; kν=1; Т=60 мин; t=5 мм; Cν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем частоту вращения шпинделя n, об/мин [3,c.56-57]

где D — диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм.

Vz – скорость резания, м·мин -1 .

Определяем частоту вращения шпинделя для второй операции – продольное точение, при Vz=115.827 м·мин -1 ; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем nd2 =630 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для третей операции – подрезка торца, при Vz=121,313 м·мин -1 ; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем nd3 =630 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для четвёртой операции — сверление, при Vz=133,09 м·мин -1 ; D=10 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем nd4 =4000 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для пятой операции – прорезание канавки, при Vz=125,7 м·мин -1 ; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем nd5 =800 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для шестой операции – отрезание, при Vz=149,82 м·мин -1 ; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем nd=810 об/мин [3,с.422].

Определяем действительную скорость резания, м·мин -1

где D — диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм;

nd – частота вращения шпинделя, мин -1 .

Определяем действительную скорость резания для второй операции – продольное точение, при D=55 мм; nd=630 мин -1

Определяем действительную скорость резания для третей операции – подрезка торца, при D=55 мм; nd=630 мин -1

Определяем действительную скорость резания для четвёртой операции – сверление, при D=10 мм; nd=4000 мин -1

Определяем действительную скорость резания для пятой операции – прорезание канавки, при D=55 мм; nd=800 мин -1

Определяем действительную скорость резания для шестой операции – отрезание, при D=55 мм; nd=810 мин -1

Определяем усилие резания Fz, Н по

где Cδ коэффициент, учитывающий вид обработки и материал при точении;

kδ поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

х, у, n – показатели степени, зависящие от вида обработки.

Определяем усилие резания для второй операции – продольное точение, при S=0,6 мм -1 ; t=4 мм ; Vz.d=108,801 м·мин -1 ; kδ=0,8; Cδ=330; х=1; у=0,75;n=-0,15

Определяем усилие резания для третей операции – подрезка торца, при S=0,8 мм -1 ; t=2 мм ; Vz.d=108,801 м·мин -1 ; kδ=0,8; Cδ=330; х=1; у=0,75;

Определяем усилие резания для четвёртой операции – сверление, при S=0,3 мм -1 ; t=4мм ; Vz.d=125,6 м·мин -1 ; kδ=0,8; Cδ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Определяем усилие резания для пятой операции – прорезание канавки, при S=0,2 мм -1 ; t=10мм ; Vz.d=138,16 м·мин -1 ; kδ=0,8; Cδ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Определяем усилие резания для шестой операции – отрезание, при S=0,14 мм -1 ; t=5мм ; Vz.d=139,887 м·мин -1 ; kδ=0,8; Cδ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Определяем мощность резания Pz, кВт [3,c.61-62] по

где Fz – усилие резания, Н;

Определяем мощность резания для второй операции – продольное точение, при Fz=3562,726 Н; Vz.d=108,801 м·мин -1

Определяем мощность резания для третей операции – подрезка торца, при Fz=2210,327 Н; Vz.d=108,801 м·мин -1

Определяем мощность резания для четвёртой операции – сверление, при Fz=2073,273 Н; Vz.d=125,6 м·мин -1

Определяем мощность резания для пятой операции – прорезание канавки, при Fz=3769,807 Н; Vz.d=138,16 м·мин -1

Определяем мощность резания для шестой операции – отрезание, при Fz=1439,804 Н; Vz.d=139,887 м·мин -1

Определяем технологическое время обработки Тм, мин по

где L – длина рабочего хода резца, мм;

nd – ближайшая частота вращения шпинделя.

Определяем технологическое время обработки для второй операции – продольное точение, при L=80 мм; nd=630 м·мин -1 ; S=0,6 мм

Определяем технологическое время обработки для третей операции – подрезка торца, при L=80 мм; nd=630 м·мин -1 ; S=0,8 мм

Определяем технологическое время обработки для четвёртой операции – сверление, при L=35 мм; nd=4000 м·мин -1 ; S=0,3 мм

Определяем технологическое время обработки для пятой операции – прорезание канавки, при L=80 мм; nd=800 м·мин -1 ; S=0,2 мм

Определяем технологическое время обработки для шестой операции – отрезание, при L=80 мм; nd=810 м·мин -1 ; S=0,14 мм

Данные расчетов по всем операциям сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Данные расчёта технологических усилий

Читайте также:

  1. II. Курсы по выбору
  2. II. Отнесение опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды расчетным методом
  3. III. Требования к обеспечению учета объемов коммунальных услуг в т.ч. с учетом их перерасчета
  4. Unique способность» — умение задать точный вопрос, чтобы определиться с выбором.
  5. А) Расчет себестоимости перевозки груза
  6. АКТИВНАЯ, РЕАКТИВНАЯ И ПОЛНАЯ МОЩНОСТИ
  7. Анализ альтернативных проектов и выбор наиболее предпочтительного
№ операции Vz, м·мин -1 n, мин -1 Vz.d., м·мин -1 Fz,H (Мкр, Н·м) Рz, кВт Тм, мин.
Первая операция
Вторая операция 115,827 670,683 108,801 3562,726 6,46 0,212
Третья операция 121,313 702,449 108,801 2210,327 4,008 0,159
Четвертая операция 133,09 4238,535 125,6 2073,273 4,34 0,029
Пятая операция 125,7 727,852 138,16 3769,807 8,681 0, 5
Шестая операция 149,82 867,516 139,887 1439,804 3,357 0,705

Зная мощность резания Рz и технологическое время обработки Тм на каждой операции, можно определить эквивалентную мощность резания Рz экв., за цикл обработки приведенную к наиболее длительной операции.

где Рz2 — Рz6 — мощность резания на каждой операции соответственно, кВт;

Т2 Т6 — технологическое время обработки на каждой операции соответственно, мин.

Тнаиб – наибольшее время обработки, мин.

Рассчитываем мощность двигателя главного привода Рдв, кВт

где Pz.экв.— эквивалентная мощность резания,кВт;

Выбираем двигатель AИP132-M4 из таблицы [4,c.110], данные которого заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Данные выбранного главного двигателя

Тип Pном, кВт nном, об/мин cos φ ŋ,% Iпуск / Iном λ Iном, А
АИР132-М4 0,85 88,5 7,5 2,9 22,222

Расчет двигателей для вспомогательных приводов производим аналогично главному приводу.

Таблица 2.3 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М2

Тип Pном, кВт nном, об/мин cos φ ŋ,% Iпуск / Iном λ Iном, А
АИР71В4 0,75 0,76 2,05

Таблица 2.4 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М3

Тип Pном, кВт nном, об/мин cos φ ŋ,% Iпуск / Iном λ Iном, А
АИР80А4 1,1 0,81 5,5 2,2 2,76

Таблица 2.5 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М4

Тип Pном, кВт nном, об/мин cos φ ŋ,% Iпуск / Iном λ Iном, А
4А71В4У3 0,75 0,73 4,5 2,2 2,168

Определяем максимальную мощность резания Рz макс., кВт

где ∑Рz — сумма мощностей резания на каждой операции, кВт.

2.5 Проверка выбранных электродвигателей

Проверим выбранный двигатель для главного привода по перегрузочной способности. Двигатель удовлетворяет условию перегрузки, если выполняется следующее условие

где Ммакс максимальный момент нагрузки, Н·м

0,8– коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей возможное снижение напряжения на 10%;

λ – перегрузочная способность выбранного двигателя;

Мном –номинальный момент двигателя, Н·м

Определяем максимальный момент двигателя Mмакс, Н·м

где Pдв.— мощность двигателя главного привода, кВт;

nдв.расч.— расчетная частота вращения двигателя, мин -1 .

Определяем номинальный момент двигателя Мном, кВт

где Pном— номинальная мощность выбранного двигателя, кВт;

nном— номинальная частота вращения выбранного двигателя, мин -1 .

При Pном=11 кВт и nном=1500 об/мин

Проверяем условие (2.11)

Так как это условие выполняется, то двигатель АИР132-M4 принимаем к установке для главного привода.

Аналогично проверяем двигатели, выбранные для вспомогательных приводов.

Произведем проверку двигателя М2:

Проверяем условие (2.11)

Так как это условие выполняется, то двигатель АИР71В4 принимаем к установке для вспомогательного привода.

Произведем проверку двигателя М3:

Проверяем условие (2.11)

Так как это условие выполняется, то двигатель АИР80А4 принимаем к установке для вспомогательного привода.

Произведем проверку двигателя М4:

Проверяем условие (2.11)

Так как это условие выполняется, то двигатель 4А71В4У3 принимаем к установке для вспомогательного привода.

Так как все выбранные двигатели удовлетворяют условию перегрузки, то принимаем их к установке для вспомогательных приводов.

3 Описание принципиальной электрической схемы

Привод шпинделя и рабочей подачи суппорта осуществлён от Ак.з.Д. Регулирование угловой скорости шпинделя производится переключением шестерён коробки скоростей с помощью рукояток, изменение продольной и поперечной подач суппорта – переключением шестерён коробки подач также посредством соответствующих рукояток. Для быстрых перемещений суппорта служит отдельный АД. Включение и выключение шпинделя станка, а также его реверсирование производится с помощью многодисковой фрикционной муфты, которая управляется двумя рукоятками. Включение механической подачи суппорта в любом направлении производится одной рукояткой.

На схеме представлена электрическая схема станка ИК-62. Кроме главного двигателя М1 и двигателя быстрых ходов М4 на схеме показаны: двигатель насоса охлаждения М2 и двигатель гидроагрегата М3, присоединяемый через электрический разъединитель (штепсельный разъём) ШР в случае применения на станке гидрокопировального устройства.

Напряжение на станок подаётся включением пакетного выключателя SA1. Цепь управления получает питание через разъединительный трансформатор TV с вторичным напряжением 110В, что повышает надёжность работы аппаратов управления. Такое питание цепей управления характерно вообще для большинства электрических схем металлорежущих станков.

Пуск двигателя М1 производится нажатием кнопки SB1, при этом включается контактор KM1 и главными контактами присоединяет статор двигателя к сети, а вспомогательными контактами шунтирует пусковую кнопку. Одновременно пускаются двигатели насоса охлаждения (если включён пакетный выключатель SA2) и гидроагрегата. Включение шпинделя производится поворотом вверх рукоятки управления фрикционной муфтой. При повороте этой рукоятки в среднее положение шпиндель станка отключается; одновременно нажимается путевой переключатель SA и включается пневматическое реле времени KT. Если пауза в работе превышает 3-8 мин, то контакт реле KT размыкается и контактор KM1 теряет питание. Главный двигатель отключается от сети и останавливается, что ограничивает его работу вхолостую с низким значением cos f и уменьшает потери энергии. Если пауза мала, то реле KT не успевает сработать и отключение двигателя шпинделя не произойдёт.

Для управления быстрым перемещением суппорта служит рукоятка на фартуке станка. При повороте этой рукоятки она нажимает на переключатель ВБХ, его контакт замыкает цепь катушки контактора КБХ, который включает двигатель М4. Возврат рукоятки в среднее положение приводит к отключению двигателя М4.

Станок имеет местное освещение. Питание лампы EL производится напряжением 36В от отдельной обмотки трансформатора TV. В цепи лампы находятся предохранитель FU4 и выключатель SA3. Иногда один из выводов обмотки трансформатора НН TV присоединяют к газовой трубке, в которой проложен второй провод, питающий лампу. В качестве одного из проводов вторичной цепи местного освещения при напряжении 12 и 36В обычно используют станину станка.

Схемой управления предусмотрены: защита двигателей М1-М2 от длительных перегрузок тепловыми реле KK1, KK2 и KK3, от к.з. соответствующими плавкими предохранителями. При кратковременных перегрузках, возникающих на шпинделе, происходит проскальзывание фрикционной муфты, и приводной двигатель отсоединяется от входного вала коробки скоростей станка. Для быстрой остановки шпинделя станка служит установленный в передней бабке механический тормоз [2,c.244-247].

Дата добавления: 2015-08-21 ; просмотров: 966 | Нарушение авторских прав

Расчет и выбор электропривода токарно-винторезного станка модели 16К20П

Питание на схему подаётся включением автоматического выключателя QF1. Пуск электродвигателя главного привода М1 и гидростанции М4 осуществляется нажатием кнопки SB4

Расчет и выбор электропривода токарно-винторезного станка модели 16К20П

Другие курсовые по предмету

1.1 Тип станка, его основные технические данные

1.2 Кинематическая схема, назначение приводов

1.3 Циклограмма (последовательность операций), режим работы главного привода

2. Расчет статических нагрузок, выбор электропривода

2.1 Расчет мощности электродвигателя главного привода

2.2 Расчет статических нагрузок, выбор электропривода

2.3 Выбор рода тока и напряжения и типа двигателя

2.4 Расчет механических характеристик выбранного двигателя, проверка двигателя

2.5 Анализ электропривода и системы управления им (достоинства и недостатки)

3. Расчет и выбор проводов и аппаратуры

3.1 Выбор проводов и питающих кабелей

3.2 Выбор защитной аппаратуры и аппаратуры управления

4. Специальная часть

4.1 Выбор преобразователя частоты, расчет характеристик двигателя

4.2 Выбор двигателя постоянного тока и тиристорного преобразователя

4.3 Определение параметров трансформатора, тиристоров, реактора

4.4 Расчёт механических характеристик двигателя

5. Электрические схемы

5.1 Описание работы схемы управления

Электромашиностроение как составная часть электротехнической промышленности в области стандартизации базируется на нормах и правилах, принятых для всей электротехники и зафиксированных в соответствующих общих для всей электротехники стандартах. К таким общим стандартам относятся, например, стандарты, устанавливающие параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрических машин в части воздействия факторов внешней среды, требования к маркировке и упаковке, классификацию изоляционных конструкций по нагревостойкости и т.д. Во второй половине XIХ в. качество американских станков было уже достаточно высоким. Станки выпускались серийно, причем вводилась полная взаимозаменяемость деталей и блоков, выпускаемых одной фирмой. При поломке детали достаточно было выписать с завода аналогичную и заменить сломанную деталь на целую без всякой подгонки.

Во второй половине XIХ в. были введены элементы, обеспечивающие полную механизацию обработки — блок автоматической подачи по обеим координатам, совершенную систему крепления резца и детали. Режимы резания и подач изменялись быстро и без значительных усилий. В токарных станках имелись элементы автоматики — автоматический останов станка при достижении определенного размера, система автоматического регулирования скорости лобового точения и т.д.

Однако основным достижением американского станкостроения было не развитие традиционного токарного станка, а создание его модификации — револьверного станка. В связи с необходимостью изготовления нового стрелкового оружия

После изобретения и успешного применения быстрорежущей стали, а затем и твердых сплавов появились быстроходные мощные станки современной конструкции. Эти станки имеют массивные станины и снабжены коробками скоростей, позволяющими быструю перемену чисел оборотов обрабатываемого изделия, и более совершенными коробками подач. На рис.6 показан наиболее совершенный токарно-винторезный станок модель 1620, изготовляемый заводом «Красный пролетарий».

В настоящее время на производстве применяются усовершенствованные многофункциональные станки, также станки типа 16К20, и ДИП 100, ДИП 200, ДИП 300, ДИП 400, ДИП 500, ДИП 800, ДИП 1000.

Таким образом, до появления современного токарного станка был пройден тяжелый путь от древних времен, когда использовались станки с применением ручной физической силы, до сегодняшнего момента, когда применяются полностью или частично автоматизированные станки, имеющие большую производительность и меньшие затраты рабочей силы.

станок токарный винторезный электродвигатель

1.1 Тип станка, его основные технические данные

Токарно-винторезный станок модели 16К20П предназначен для выполнения разнообразных токарных работ: обтачивания и растачивания цилиндрических и конических поверхностей, нарезания наружных и внутренних метрических, дюймовых, модульных и питчевых резьб, а также сверления, зенкерования, развертывания, и т.п. Отклонение от цилиндричности 7 мкм, конусности 20 мкм на длине 300 мм, отклонение от прямолинейности торцевой поверхности на диаметре 300 мм — 16 мкм.

Таблица 1 — Технические данные

Наименование параметраЕдиница измеренияВеличины параметраНаибольшая длинна обрабатываемого изделиямм1000Пределы чисел оборотов шпинделяОб/мин12,5-1600Пределы подачОб/мин0,05-2,8Высота оси центров над плоскими направляющими станиныМм215Габарит станкаДлинамм2505ширина1190высота1500Масса станкаКг28353010Наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиноймм400Наибольший диаметр обработки над поперечными салазками суппортамм220Наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над выемкой в станинемм-Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие в шпинделемм53Наибольшая длина обтачивания (соответственно L) мм935Пределы шагов нарезаемых резьбМетрическихмм0,5-112МодульныхМодуль0,5-112ДюймовыхЧисло ниток56-0,5Питчевыхпитч56-0,5

1.2 Кинематическая схема, назначение приводов

Привод вращения шпинделя (главное движение). От электродвигателя М через клиноременную передачу и коробку скоростей с передвижными скользящими блоками шпиндель получает различные «прямые» частоты вращения при включении фрикционной муфты (главного фрикциона Ml) влево. При включении муфты Ml вправо через промежуточные (паразитные) передачи и осуществляется изменение направления вращения и шпиндель получает 12 «обратных» частот вращения в пределах 19.1900 мин»1.

Кинематическая цепь привода главного движения представляется следующим образом:

Здесь в скобках записаны номера валов привода, и в промежутках — возможные передаточные отношения между ними при соответствующих позициях зубчатых блоков. Частоты вращения шпинделя 500 и 630 мин-1 повторяются дважды (перекрытие), что и определяет наличие 22, а не 24 скоростей. Торможение коробки осуществляется с помощью ленточного тормоза Т, расположенного на ступице колеса Z — 60 на валу Ш. Привод подачи служит для получения продольной и поперечной подач суппорта от ходового валика XVIII, нарезания резьб при вращении ходового винта XVII. Движение механизму подачи передается либо от шпинделя VI, как показано на схеме, либо, для увеличения подачи (или шага нарезаемой резьбы) в 2, В и 32 раза, через звено увеличение шага:

Далее с вала VII вращение через реверсивный механизм (правое вращение передача 30/45, левое — передачи 30/25*24/45 передается на вал VIII и через гитару сменных колес на вал IX коробки подач с передвижными зубчатыми блоками. При нарезании метрических и дюймовых резьб, а также для получения механических подач от ходового валика устанавливается гитара при нарезании модульных и питчевых резьб,

С вала IX коробки подач движения может передавать по двум кинематическим цепям. При включении зубчатых муфт М3, М4 и М5 и выключенной муфте М2 нарезается метрическая или модульная резьба либо вращается ходовой валик при включении муфты М6.

При отключении муфты М2, М3 и М4 при включенной муфте М5 нарезаются дюемовые или питчевая резьба.

Рисунок 1 — Кинематическая схема

1.3 Циклограмма (последовательность операций), режим работы главного привода

Схема станка предусматривает возможность работы в следующих режимах:


нарезание различных видов резьб;

-токарная обработка детали методом резания;

Наладочный режим станка:

В наладочном режиме производится подготовка станка к работе в рабочем режиме.

Токарная обработка методом резания:

.Установка заготовки на станке.

.Выбор частоты вращения шпинделя.

.Включение привода вращения шпинделя

.Включение насоса охлаждения, включение привода быстрого хода.

.Выключение привода быстрого хода и включение рабочей подачи.

.Выключение привода вращения шпинделя.

.Выключение привода насоса охлаждения.

Главный привод работает в повторно кратковременном режиме

2. Расчет статических нагрузок, выбор электропривода

2.1 Расчет мощности электродвигателя главного привода

Cv, Kv, m,x, y — коэффициенты и показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, резца, вида обработки, определяются по [5];

Выбираем по справочнику коэффициенты и показатели степени:

Сталь жаропрочная 12Х18Н9Т, НВ 141;

Усиление резания. Н

Где ,,x,y,n − коэффициенты и показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, резца, вида обработки, определяются по [5];

Мощность резания, кВт

По найденному значению скорости резания по формуле рассчитывается частота вращен

Проектирование и расчет привода главного движения металлорежущего станка с ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя

I Проектирование и расчет привода главного движения металлорежущего станка с ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА СТАНКА

Требования, предъявляемые к приводу, обуславливаются его назначением, областью применения, условиями работы и т. д. Так, привод главного вращательного движения должен обеспечивать возможность плавного или ступенчатого изменения с постоянством настроенной частоты вращения в пределах заданного диапазона регулирования, изменение направления вращения, передачи заданной постоянной мощности или крутящего момента в пределах всего или части диапазона регулирования, создания максимального усилия на режущем инструменте, плавность вращения и т. д. От привода установочных движений требуется обеспечение расчётной точности остановки в заданной точке; от привода периодического поворота — быстроты и точности поворота и плавности изменения скорости и ускорения в начале и в конце поворота.

Основными исходными данными для проектирования привода главного • движения являются диапазон регулирования Rn частоты вращения, если главное движение вращательное, или частоты двойных ходов исполнительного органа, если главное движение поступательное, и мощность привода N, передаваемая приводом. Технические характеристики определяют исходя из служебного назначения станка на основе анализа операций обработки деталей, номенклатуры и материала режущих инструментов и обрабатываемых деталей и вида заготовок, оговоренных в техническом задании на проектирование.

1.1. Определение диапазона регулирования привода

1.2. Диапазон регулирования Rn привода определяют как отношение наибольшей частоты вращения (числа двойных ходов) n max к наименьшей n min

где i max, i min — соответственно наибольшее и наименьшее передаточное отношение привода:

i max = i a max ´ i b max ´ i c max ´ …… ´i k max ;

i min = i a min ´ i b min ´ i c min ´ …… ´i k min ;

i a max ………. i k min — соответственно наибольшее и наименьшее передаточное отношение в a-ой …. к-ой группе передач.

Предельные значения скоростей движения определяют по формулам: для главного вращательного движения

для главного поступательного движения

где f = 1,15¸1,25 — коэффициент, учитывающий расширение технологических возможностей станка в будущем в связи с применением эффективных инструментальных материалов режущего инструмента, что потребует увеличения диапазона регулирования в высокочастотной области и повышения мощности привода и т. п.;

— Vmax, Vmin, dmax, dmin, Lmax, Lmin — соответственно предельные значения скорости резания в м/мин, диаметра инструмента (заготовки) в мм и длины хода ползуна (стола) в мм;

— К = 1,5¸1,9 — коэффициент, выражающий соотношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Для приводов станков общего назначения максимальные частоты вращения шпинделя или возвратно-поступательного движения ползуна или стола определяют исходя из условий чистовой обработки с наименьшей глубиной резания заготовки из мягкого материала (НВ 200) режущим инструментом из быстрорежущей стали, реализующая наименьшую скорость резания; диаметры заготовки и инструмента и длина хода ползуна или стола принимаются наибольшими.

На станке можно закрепить и обработать изделие размером, равном основному параметру станка, например наибольшему диаметру обрабатываемой детали над станиной (токарные, токарно-револьверные и др. станки) или ширине стола (фрезерные, строгальные, долбежные и др. станки) и т. д., что потребует разработки привода значительной мощности и использование режущего инструмента наибольших размеров. Анализ производственных статистических данных по использованию станков соответствующего типа и размера на различных скоростях и мощностях резания показывает, что обработка деталей с предельными размерами случается крайне редко и рекомендуется выполнять на соседних по размерам станках: изделий больших размеров на станках следующего большего размера размерного ряда станков и, наоборот — для изделий малых размеров. Поэтому предельные размеры обрабатываемых деталей и режущего инструмента определяют по эмпирическим зависимостям.

Токарные и токарно-винторезные станки: при точении dmax =(0,5¸0,7)D; dmin = 0,25dmax,

при развертывании — d’max = 0,5dmax.

Токарно-револьверные станки: при точении — dmax = (0,5+0,7) D, dmin = dnp; при развертывании — d’max = 0,5dпp.

Фрезерные станки: заготовка — b х l = 0,7(BxL);

инструмент — dmax = 0,4В (торцовая фреза), dmin = (0,l¸0,15>dmax (концевая фреза).

Сверлильные станки: dmax = D, dmin = 0,35 dmax = 0,35D.

Строгальные и долбежные станки: заготовка — bх1=0,7(ВхL), L = LB, Bw0,7L;

Длина хода ползуна — Ln max = Ln = L; Lnmin = (0,1 ¸ 025)Lnmax,

Где: D — наибольший диаметр соответственно обрабатываемого изделия над станиной,

штучной заготовки и сверления, мм;

dmax, dmin — предельные значения диаметров заготовки или инструмента, мм;

dnp — наибольший диаметр прутка, мм;

В, b, L, 1 — ширина и длина соответственно стола и заготовки, мм;

Ln — номинальная длина хода ползуна, мм.

1.2. Определение мощности привода.

Мощность двигателя Nд привода станка определяют учитывая эффективную мощность Nэ резания и потери на трение NT в приводе на холостом ходу и под нагрузкой: Ns = Nэ + NT = Nэ + Nx + NH [кВт ], где Nx, NH — потери мощности соответственно при холостом ходе привода и под нагрузкой, т. е. при передачи полезной мощности, кВт.

Наибольшую эффективную мощность резания Nэ определяют исходя из условий черновой обработки с наибольшей глубиной резания заготовки из мягкого материала (НВ

Корноухов А. П., Маханько А. М. Проектирование и модернизация узлов и механизмов металлорежущих станков. Методические указания

Название Корноухов А. П., Маханько А. М. Проектирование и модернизация узлов и механизмов металлорежущих станков. Методические указания
страница 3/5
Дата публикации 20.07.2013
Размер 0.7 Mb.
Тип Методические указания

zadocs.ru > Спорт > Методические указания

^ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Мощность электродвигателя при постоянной продолжительной нагрузке (токарные, фрезерные, карусельные, расточные, зубофрезерные)

где — мощность электродвигателя;

— эффективная мощность резания, кВт;

— к.п.д. механической передачи станка;

где — к.п.д. коробки скоростей

— к.п.д. коробки подач

Для нашего примера =

По данным ЭНИМСА следует принимать следующие значения к.п.д: ременной передачи ( )—0,98; зубчатых колес ( )—0,98;подшипников ( ) — 0,995; механизмов подачи токарных, револьверных и сверлильных станков — 0,96; механизмов подачи фрезерных станков — 0,85. Показатели степеней при значениях к.п.д. соответствуют количеству пар колес находящихся одновременно в зацеплении и количеству подшипников на валах коробки, включая шпиндель. Если на концах шпинделя более, чем по одному подшипнику или в компоновке применен двухрядный подшипник показатель степени увеличится на соответствующее число, а двухрядный подшипник при этом считается как два отдельных.

Мощность электродвигателя при кратковременной нагрузке (вспомогательные приводы станков: быстрое перемещение суппортов, поперечен, бабок, привод зажима и т. д., работающих 5—’15 секунд, а у крупных станков — 1—1,5 мин) рассчитывается по формуле

где G —сила тяжести (вес) подвижной части станка Н, кгс;

f — коэффициент трения движения;

V — скорость, м/мин;

— к.п.д. передачи от электродвигателя до подвижного элемента.

После проведенных расчетов выбираем по каталогу электродвигатель по мощности, ближайшей к расчетному (округляют в меньшую сторону). При выборе двигателя необходимо обратить внимание на его номинальные обороты и выбрать вариант, имеющий частоту вращения наиболее близкую к частоте вращения первого вала.

Для отечественных токарных и фрезерных станков широкого назначения практикуется выбор средних величин мощностей электродвигателей который проводится по значениям их средней загруженности

где — коэффициент использования, равный 0,6—0,7.

Выбрав электродвигатель, необходимо определить диаметры шкивов, учитывая при этом проскальзывание ремней и фактические частоты вращения шпинделя. Они не должны отличаться от табличных значений для данного  более чем на 10(—1)%.

В случае превышения этой разницы необходимо откорректировать числа зубьев колес в передачах. После этого на график наносится передача от электродвигателя к первому валу, на кинематической схеме указывается мощность и обороты электродвигателя, диаметры шкивов либо числа зубьев колес передающие вращение от двигателя на первый вал.

В настоящее время широко применяются коробки скоростей с двухскоростным электродвигателем трехфазного тока, у которых отношение синхронных частот вращения равно 2, например 3000/1500; 1500/750.

Проектирование коробок с таким двигателем имеет ряд особенностей. Так, если проектируем станок с  = 1,26 и диапазоном регулирования двухскоростного двигателя, равным 2, то у нас сразу получается дополнительная группа (электрогруппа) с характеристикой, равной 3 (так как то для  = 1,26 характеристика группы X = 3)

Таким образом, конструктивное расположение электрогруппы в кинематике привода — в начале (первое), а порядок кинематического включения — второй. Следовательно, основной группой (группой с = 1) может быть только группа из трех передач и на этом станке, в общем случае, невозможно получить Z не кратное 3. На рис.4 изображен график чисел оборотов проектируемого нами привода (Z = 12) с использованием двухскоростного электродвигателя.

Рис. 4. График частот вращения шпинделя коробки скоростей Z=12 с двухскоростным электродвигателем
В современных станках, особенно в станках с ЧПУ, широкое применение получил привод с использованием электродвигателей постоянного тока. Применение таких двигателей упрощает кинематическую схему, а подчас и полностью исключает коробку скоростей.

На рис. 5 представлена схема электромеханического регулирования скорости с двигателем постоянного тока.

Рис.5. Схема электромеханического регулирования скорости вращения

шпинделя коробки скоростей с двигателем с постоянного тока
Для расчета данного привода предлагается следующая методика:

  1. Определить диапазон регулирования скорости привода (рис. 4,б).
  1. Определить число ступеней механического регулирования

Z =

где D = диапазон регулирования скорости.

Полученное число Z необходимо округлить до ближайшего целого числа .

  1. Определить общее число ступеней скорости шпинделя

S =

4. Определить число контактов реостата

Полученное число контактов реостата k округлить до целого числа .

  1. Определить действительный диапазон регулирования скорости шпинделя станка

Dдс =

6. По полученным результатам строится график частот вращения и кинематическую схему привода с двигателем постоянного тока (Рис. 6, Рис. 7).

Рис. 6. График частот вращения привода с двигателем постоянного тока

Рис. 7. Кинематическая схема привода с двигателем постоянного тока

^ 9. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И МЕХАНИЗМОВ
Расчет элементов проектируемого узла базируется на методах, преподаваемых в курсах «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Технологическое оборудование» и др.

Ниже предложены методики проектирования и расчета типовых узлов и механизмов металлорежущих станков.

9.1. Шпиндельный узел

1. При разработке шпиндельного узла прежде всего необходимо правильно выбрать оптимальную схему и тип опор. Это впоследствии будет определять качество станка в целом.

Необходимо помнить, что для прецизионных станков класса точности А и С в качестве опор шпинделя рекомендуются гидростатические подшипники, для шлифовальных станков, как правило, — гидродинамические. В шпиндельных группах остальных станков используют различные компоновки подшипников качения.

2. Исходя из условий жесткости, габаритных размеров, быстроходности выбирают (предварительно) диаметр шпинделя. В ряде случаев можно пользоваться монограммой, приведенной во втором томе [7] на с. 90.

3. По данным работы [7] (т. 2, с. 90) необходимо рассчитать наивыгоднейшее межопорное расстояние /.

4. Зная значение / , по данным работы [2] (т. 2, с. 62) определить жесткость узла. Податливость (жесткость) опор определяется расчетным путем либо по номограммам, приведенным в работах [7] (т. 2, с. 212—220) и [8] (с. 36).

5. При расчете осевой жесткости необходимо учесть, что она практически равна осевой жесткости подшипника, воспринимающего нагрузку [7, 8].

6. Для установления класса точности подшипников по ГОСТ 520—71 необходимо определить допустимое биение каждой опоры. Расчет на точность вращения целесообразно проводить по методике, изложенной в работе [2] (т. 2, с. 85—86) либо в [7] (т. 2, с. 210).

7. Расчет шпиндельного узла на виброустойчивость заключается в определении частоты собственных колебаний, амплитуды колебания и демпфирования.

Используя методики, предлагаемые либо в курсе «Сопротивление материалов», либо «Теоретическая механика» (способ Релея), либо в [2] (т. 2, с. 83—84). определяют частоту собственных колебаний.

Амплитуда колебания и демпфирование определяются путем решения дифференциального уравнения движения шпиндельного узла по методике, изложенной в курсе «Теоретическая механика».

^ 9.2. Расчет направляющих

В зависимости от выбранного типа направляющих (скольжения, качения, комбинированных) для каждого конкретного случая применяется свой специфический расчет [2], [7]. Направляющие скольжения граничного трения рассчитывают по следующей схеме 7] (т. 2, с. 160—164);

1. Определяется суммарное давление, действующее на каждую грань направляющих.

2. Определяется средняя удельная нагрузка на каждой грани направляющих.

3. Определяется наибольшая удельная нагрузка на каждой грани.

4. Полученные величины давлений сопоставляются с наибольшими допустимыми значениями удельной нагрузки, определенной из опытных данных и приведенной в справочном материале.

Гидростатические направляющие рассчитываются по следующим этапам 7] (т. 1, с. 310):

1. Определяется нагрузка, действующая на каждую опору.

2. Задаются давлением масляного слоя.

3. Определяется площадь каждой опоры.

4. Определяется соотношение размеров основной и дополнительной направляющих.

5. Определяется диапазон изменения нагрузки на опоры.

6. Определяется наибольшее и наименьшее относительное смещение.

7. Определяется начальный зазор в направляющих.

8. Определяются промежуточные коэффициенты.

9. Определяется давление масла на входе.

10. Определяются максимальная и минимальная жесткости масляного слоя одной опоры.

11. Определяется соотношение размеров дроссельных каналов.

12. Определяется сопротивление дросселей.

13. Определяется расход масла, проходящего через направляющие.

14. Определяется общая сила трения в направляющих.

Расчет направляющих качения состоит из следующих этапов [7] (т. 1, с. 397):

1. Расчет на статическую прочность.

2. Расчет на жесткость.

3. Расчет частоты собственных колебаний.

4. Расчет на долговечность.

По результатам проведенных расчетов производится конструирование направляющих.
9.3. Расчет передачи винт-гайка

В металлорежущих станках для преобразования вращательного движения в поступательное широко используются следующие виды передач: винт-гайка скольжения граничного трения, жидкостного трения и качения.

Винт-гайку скольжения граничного трения рассчитывают по следующей схеме [2] (т. 2, с. 101):

1. На износостойкость.

4. На устойчивость (рассчитывается ходовой винт).

Расчет гидростатической передачи винт-гайка состоит из следующих этапов:

1. Выбирается ориентировочно диаметр винта по тяговой силе.

2. Определяется эффективная площадь одного витка резьбы.

3. Выбирается величина минимально допустимого бокового зазора.

4. Определяется средний боковой зазор.

5. Находятся вспомогательные коэффициенты.

6. Определяются нагрузка на один виток, число витков и эффективная площадь резьбы.

7. Определяются минимальная и максимальная жесткости.

8. Определяется момент холостого хода при максимальном и минимальном натяге.

По результатам расчета выбираются геометрические параметры передачи, варианты ее регулировки, проводимые при сборке, и методы контроля.

При необходимости в курсовом проекте могут производиться расчеты и других элементов конструкции, которые следует выполнить по методикам, изложенным в других курсах (.расчет элементов гидро- или пневмооборудования и др ).

По рекомендации руководителя проекта отдельные расчеты могут выполняться на базе самостоятельно изученного материала.

Не рекомендуется проводить элементарные расчеты деталей машин: штифтов, болтов, шпонок и т. п.
^ 10. ПРИМЕР ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ СТАНКА
10.1. Определение вращающих моментов на валах.
Вращающий момент на первом валу:

где С=9500 – коэффициент мощности;

— мощность на входном валу;

— кпд подшипников качения, = 0,995;

— кпд ременной передачи; = 0,96;

Вращающий момент на втором валу:

где — кпд цилиндрической передачи; = 0,98;

– с первого вала на второй с наибольшей редукцией;

— со второго вала на третий с наибольшей редукцией;

В пособии приведены основные методики расчета и выбора электрооборудования для различных станков

В пособии приведены основные методики расчета и выбора электрооборудования для различных станков, механизмов, машин и установок по дисциплине «Электрооборудование предприятий и гражданских зданий».

Курсовой проект по предмету «Электрооборудование предприятий и гражданских зданий» является самостоятельной работой расчетного характера.

Цель курсового проекта – получить навыки расчета и выбора электрооборудования станков и механизмов, составления технической документации, закрепить навыки чтения и составления электрических схем.

В соответствии с заданием необходимо рассчитать и выбрать электрические аппараты для схемы управления станком, составить спецификацию на выбранное оборудование, начертить принципиальную схему станка, описать порядок ее работы, разработать и начертить схему соединений и подключения.

При выполнении курсового проекта учащимся необходимо: полностью записывать текст задания и исходные данные; чертежи, условные обозначения элементов схем и сами схемы выполнять аккуратно согласно стандартам ЕСКД и ЕСТД; во всех расчетах сначала записывать пояснения, формулу, затем подставлять в нее числовые значения. Обязательно привести список литературы, дату выполнения работы и подпись учащегося.

Цели и задачи курсового проекта. Общее описание путей достижения цели и решения поставленных задач. Состав курсового проекта.

Состав и краткая техническая характеристика (станка, механизма, установки)

Назначение, основные технические возможности. Состав и краткое описание основных узлов и частей установки. Основные технические характеристики.

Требования к электрооборудованию

Выбор и обоснование рода тока, значений питающих напряжений. Требования к качеству электроэнергии. Технологические требования к электроприводам установки (необходимость реверса, торможения, регулирования скорости вращения, и т.д.). Описание условий, в которых работает электрооборудование.

Принцип действия электрооборудования и систем управления

Полный перечень электрооборудования станка, назначение и технические данные электрических машин, электромагнитов, электронагревательных устройств и других силовых элементов, назначение блокировок, возможные режимы работы электрооборудования. Органы управления. Включение и отключение электродвигателей и других силового электрооборудования. Подробное описание принципа действия схемы управления, блокировки, защита.

Описание действия электрической схемы производится в последовательности, соответствующей порядку работы элементов электрооборудования для всех рабочих режимов, а также для наладочных режимов. При перечислении блокировок и защиты указывается их назначение и приводится изложение действия всех блокировок и защиты электрооборудования.

К принципиальной схеме прилагается (или выполняется на том же чертеже в соответствии с ГОСТ 2.702.-75) перечень элементов электрооборудования (спецификация), в который заносят краткие технические данные и позиционное обозначение всех элементов и устройств, используемых в схеме. Форма спецификации приведена в приложении. Кроме того, на схеме обычно приводятся диаграммы работы переключателей управления всех видов и назначений, циклограммы срабатывания и схематическое расположение путевых (конечных) выключателей и командоаппаратов.

Расчет мощности и выбор электродвигателей

Для правильного выбора электродвигателей и всего электрооборудования следует учесть следующие условия:

1. Климатическое исполнение.

2. Место (категория) размещения.

3. Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости.

4. Специфические условия эксплуатации (взрывоопасность, химически агрессивная среда).

Климатическое исполнение определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами:

У(N) – умеренный климат,

ХЛ(NF) – холодный климат,

ТВ(TH) – тропический влажный климат,

ТС(ТА) – тропический сухой климат,

О(U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах,

М – умеренный морской климат,

ОМ – все районы моря,


В – все макроклиматические районы на суше и на море.

1. На открытом воздухе,

2. Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе,

3. Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь),

4. Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха,

5. Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги)

Климатическое исполнение и категория размещения вводится в условное обозначение типа электротехнического изделия.

Например: 4А200М2 У3, где У – климатическое исполнение,

3 – категория размещения.

Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Обозначение степеней защиты

Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.

Защита от проникновения воды.

Специальная защита отсутствует.

Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.

Капель, падающих вертикально.

Пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером более 12 мм .

Капель при наклоне оболочки до 15 0 в любом направлении относительно нормального положения.

Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.

Дождь, падающий на оболочку под углом 60 0 от вертикали.

Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.

Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.

Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.

Струй, выбрасываемых в любом направлении.

Защита от пыли полная ( пыленепроницаемые).

Волн ( вода при волнении не должна попасть внутрь).

При погружении в воду на короткое время .

При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электродвигателям существуют следующие виды исполнения:

1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3. Водозащищеные IP55, IP56

4. Пылезащищеные IP65, IP66

5. Закрытое IP44 – IP54, у этих двигателей внутренние пространство изолированно от внешней среды

6. Герметичное IP67, IP68. Эти электродвигатели выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.

Конструктивное исполнение электродвигателей по способу монтажа ( IM ).

Условные обозначения установлены ГОСТ2479-79.

1-ая цифра обозначает группу по способу монтажа от IM1 до IM9, наиболее распространена IM1- на лапах и с подшипниковыми щитами.

IM2 – на лапах с двумя подшипниковыми щитами и фланцами

IM3 – без лап с фланцами на щитах

2-ая цифра обозначает более детально

0 – обычные или приподнятые лапы

3-ая цифра обозначает характер направления конца вала

4-ая цифра обозначает исполнение конца вала (цилиндрический или конический)

Способ охлаждения электродвигателей ( IC ).

Система охлаждения может включать в себя одну или две цепи циркулярного хладореагента. Она регламентируется ГОСТ 20459-75.

Для каждой цепи циркуляций вводится группа знаков . Буква обозначает вид охлаждения: А – воздух,

1-ая цифра от 0 до 9 обозначает устройство цепи циркуляции.

0 – свободная циркуляция.

2-ая цифра от 0 до 9 обозначает способ перемещения хладореагента

0 – свободная циркуляция.

Большинство взрывозащищенных двигателей имеют две цепи охлаждения.

Электропривод установки должен полностью удовлетворять требованиям технологического процесса и соответствовать условиям окружающей среды в процессе эксплуатации. В то же время для электропривода следует выбирать наиболее простой двигатель по устройству и управлению, надежный в эксплуатации, имеющий наименьшие массу, габариты и стоимость.

Выбор электрических двигателей производится с учетом следующих параметров и показателей:

рода тока и номинального напряжения;

номинальной мощности и скорости;

вида естественной механической характеристики;

способа пуска и торможения;

особенностей регулирования скорости;

конструктивного исполнения двигателя.

Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшие массу, габариты при заданной мощности являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Выбор двигателя по защите от действия окружающей среды должен производиться в соответствии с условиями, в которых он будет работать (таблица 2.).

Выбор двигателя по способу защиты от воздействия окружающей среды

Место установки двигателя

Рекомендуемый тип двигателя

Сухие помещения без пыли, грязи и едких газов

Открытый или защищенный, IP23

Пыльные или влажные помещения

Помещения с высокой температурой

Закрытый с независимой вентиляцией, IP44

Помещения с высокой влажностью или содержащие едкие газы

Закрытый или герметичный, IP44 или IP66

Закрытый (двигатель установлен под навесом) или защищенный, IP23, IP44

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полной загрузки в процессе работы. Кроме этого, необходимо выбирать двигатель таким образом, чтобы максимальная температура изоляции обмоток, не превышала допустимой величины. Это условие является одним из основных для обеспечения надежной работы электропривода в течение всего срока его эксплуатации.

В общем случае выбор мощности двигателя включает в себя:

1) Предварительный выбор мощности двигателя исходя из технологического режима работы по расчетным формулам, либо на основе нагрузочных диаграмм рабочей машины, либо по удельному расходу электрической энергии на выпуск единицы продукции и др.

2) Расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм электропривода в соответствии с технологическим процессом рабочей машины.

3) Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву и перегрузочной способности, оценка соответствия параметров нагрузочных диаграмм электропривода допустимым параметрам двигателя и технологического процесса.

В учебном проектировании достаточно процесс выбора мощности электродвигателя ограничить первым пунктом, так как расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм является довольно трудоемкой задачей, выходящей за рамки требований к объему знаний специалистов со средним специальным образованием.

В случае если нагрузочная диаграмма работы электродвигателя известна из паспортных данных станка, то выбор электродвигателя можно провести по этой диаграмме с проверкой двигателя на нагрев по методу эквивалентной мощности или методу средних потерь.

Рассмотрим методику расчёта мощности электродвигателей типового технологического оборудования.

Для металлорежущих станков

Расчет мощности электродвигателей металлорежущих станков производится с учетом режимом резания. В электроприводах главного движения металлорежущих станков мощность электродвигателя определяется требуемой мощностью резания.

Мощность двигателей для металлорежущих станков рассчитывается по следующей формуле:

P = F c ×q c ×v р /1000ŋ;

где, Р – мощность двигателя, кВт ;

F c – удельное сопротивление резанию, H/м ;

q с – сечение стружки, м² ;

v р – скорость резания , м/с .

Обычно F c = (2 – 5,5) F разр , где F разр – удельное сопротивление разрыву, Н/м,

Удельное сопротивление резанию принимают для стали: F c = (2,5 – 3,5) F раз р,

F разр = (294 – 1180)х 10 6 Н/м 2 , для чугуна: Fc = (4 – 5,5) F разр ,

F разр = (147 – 197)х 10 6 Н/м 2

В случае наличии в паспорте станка номинальной мощности резанья Рzном мощность на валу двигателя:

Р ном = Р z ном / h ст. ном., где Р z ном и h ст. ном, соответственно номинальная мощность резания и номинальный КПД станка (обычно составляет 0,6 – 0,75).

Мощность резания при точении (по данной мощности выбирается электродвигатель) рассчитывают по формуле:

где F z – сила резания, кН; V р – скорость резания, м/мин

Мощность подачи значительно меньше мощности резания. Можно приблизительно принять F п = (0,001÷0,01)·F z

Мощность на валу главного двигателя в установившемся режиме определяется по формуле:

где η ст – коэффициент полезного действия станка при полной нагрузке (для станков токарной группы в среднем составляет 0,7÷0,8, в цепи подачи обычно равен 0,1÷0,2).

В случае если вращение шпинделя и движение подачи осуществляется в станке от одного электродвигателя, то полученные мощности на валу Р д и мощность подачи Р п необходимо сложить.

Для фрезерных станков

Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глубина резания, подача, скорость резания и ширина фрезерования.

Скоростью резания v является окружная скорость режущих лезвий фрезы

где D – диаметр фрезы, мм;

n ф – частота вращения фрезы, об/мин.

Потребляемая на резание мощность Р р :

Мощность на валу главного электродвигателя, соответствующая мощности резания, определяется с учетом механических передач станка по формуле:

где η ст – к. п. д. станка при номинальной нагрузке (обычно составляет 0,75÷0,8).

Для шлифовальных станков

Мощность резания зависит от вида шлифования.

При шлифовании периферией круга мощность определяется по формуле:

при шлифовании торцом круга:

где С р – коэффициент, характеризующий материал изделия и твердость круга;

v u – окружная скорость детали или скорость движения стола, м/мин;

t – глубина шлифования, мм;

s 0 – подача в направлении оси шлифовального круга (поперечная) в миллиметрах на один оборот детали или стола станка или на один ход стола;

d – диаметр шлифования, мм

B – ширина шлифования, мм.

При плоском шлифовании глубина шлифования назначается в пределах 0,005÷0,015 мм при чистовых проходах и 0,015÷0,15 мм при черновых проходах. Поперечная подача зависит от ширины круга и назначается на чистовых проходах 0,2÷0,3, а на черновых 0,4÷0,7 его ширины. Скорость продольной подачи заготовки назначается в пределах от 3 до 30 м/мин.

Для сверлильных станков

Эффективная мощность резания, определяется по формуле:

где M кр, — крутящийся момент, Н∙м

n н – частота вращения шпинделя – об/мин

Полезная мощность насоса:

где ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;

g — ускорение свободного падения (9,8 м/с 2 );

Q — подача насоса — объем(масса) рабочей среды, подаваемой машиной в единицу времени, м 3 /с.

Мощность на валу электродвигателя насоса определяется с учетом к.п.д. по формуле:

где η н – к.п.д. насоса (обычно составляет 0,4÷0,9).

Для конвейеров, транспортёров

где F – результирующее тяговое усилие конвейера, Н;

v к – скорость движения конвейера, м/с;

к з – коэффициент запаса (1,2÷1,5);

η — к. п. д. механизма (0,7÷0,85).

Для лифтов, механизмов подъёма крана

где G к – сила тяжести кабины, Н;

G п – сила тяжести поднимаемого груза, Н;

G к – сила тяжести противовеса, Н;

v – скорость движения кабины, м/с;

η – КПД механизма (0,75÷0,8).

Для механизмов передвижения тележки крана:

где G v – сила тяжести механизма с грузом, Н;

к т – коэффициент, равный 4÷6 для подшипников качения и 6÷8 – для подшипников скольжения.

После расчёта из каталога выбирают электродвигатель мощностью, исходя из условия

Мощность двигателя пилорам и круглопильных станков можно рассчитать по формуле:

где F – усилие резания, кг;

v – средняя скорость пилы, м/с;

h – к. п. д. станка (0,7 – 0,8).

где К – коэффициент резания, равный 11 – 20 в зависимости от породы дерева: для сосны – 11, ели – 12, березы – 13, дуба – 20;

S – толщина пилы, мм;

— общая высота пропила, мм;

D – скорость подачи, мм (обычно принимается 3 – 8 мм);

Н = 2 r ( r – радиус кривошипа), мм.

Общая высота пропила равна:

, мм (Z – число пил; d – диаметр бревна, мм).

РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

В данном пункте производится выбор всех электрических аппаратов силовой цепи и схемы управления. При выборе аппаратов предпочтение необходимо отдавать наиболее современным и совершенным типам аппаратов.

Выбор электрических аппаратов необходимо производить после определения тока, протекающего в отдельных цепях схемы установки. Ток, протекающий в силовой цепи, определяется электродвигателями, нагревательными элементами, исполнительными устройствами, электромагнитами, лампами освещения и сигнализации и т. д. Ниже приведены формулы определения тока типовых элементов.

Номинальный ток электродвигателя:

где Р ном — номинальная мощность электродвигателя, Вт;

U- напряжение, кВ;

cos- коэффициент мощности;

η – КПД двигателя.

Номинальный ток трехфазных нагревательных элементов:

Номинальный ток электромагнитов:

где S — полная мощность электромагнита, ВА

Выбор электромагнитных пускателей

Электромагнитные пускатели необходимо выбирать только для управления силовыми нагрузками. В случае, если электромагнитный пускатель не коммутирует силовые цепи, преимущество при выборе необходимо отдавать промежуточным реле, которые отличаются от электромагнитных пускателей малыми габаритами и низкой потребляемой мощностью.

Электромагнитные пускатели выбирают по следующим условиям:

Серия электромагнитного пускателя

Наибольшее применение в настоящее время находят пускатели серии ПМЛ и ПМ12. Более дорогие, но и более качественные пускатели серии ПМУ и зарубежных фирм производителей «Сименс», «Легранд», «АББ», «Шнайдер Электрик».

Величина электромагнитного пускателя (ток нагрузки, который способен включать и выключать пускатель своими главными контактами)

Электромагнитные пускатели бывают 1-й величины (ток главных контактов – 10 и 16А), 2-й величины (25А), 3-й величины (40А), 4-й величины (63А). Если нагрузки выше 63 А, то в цепях управления электродвигателями и другими силовыми элементами схемы находят применение электромагнитные контакторы. Ток главных контактов аппарата должен быть больше тока нагрузки.

Рабочее напряжение катушки

Должно соответствовать напряжению цепей управления – стандартные значения напряжения

Количество дополнительных контактов электромагнитного пускателя

Должно соответствовать необходимому числу контактов в схеме управления. Отдельно необходимо считать контакты замыкающие и размыкающие. В случае, если количество контактов оказывается аппарата оказывается меньше необходимого и в качестве аппарата была выбрана серия ПМЛ, то существует возможность использовать приставку с дополнительными контактами серии ПКЛ.

Степень защиты, IP

Электромагнитный пускатель должен соответствовать условиям окружающей среды в которой он работает. Необходимо учитывать то, что аппарат установленный в пыльном помещении, но находящийся в шкафу управления со степенью защиты IP44, может иметь степень защиты IP20.

Наличие теплового реле

Если электромагнитный пускатель включает и выключает электродвигатели, которые по своим технологическим режимам могут испытывать перегрузки, то необходимо выбирать аппарат с тепловыми реле.

Для управления реверсивным электродвигателем существует возможность использовать реверсивный магнитный пускатель, который содержит 2 электромагнитных катушки, 6 силовых контактов, механическую блокировку и может иметь 2 тепловых реле.

Дополнительные элементы управления (кнопки на корпусе, лампочка)

Класс износостойкости (количество срабатываний)

Важный параметр в том случае, когда аппарат предназначен для коммутации нагрузки, работающей в режиме частых включений и выключений. При большом значении количества вкл/выкл в час используют бесконтактные пускатели.

Пример оформления выбора магнитных пускателей приведен в таблице 4.

Промышленность производство : Курсовая работа: Разработка электромеханического привода подачи станка модели 16К20

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Металлорежущие станки и инструменты


по дисциплине: «Металлообрабатывающее оборудование»

на тему: «Разработка электромеханического привода подачи станка модели 16К20»

студент гр. МС 04-н Володько А.Ю.

Консультант Молчанов А.Д.

Нормоконтролер Молчанов А.Д.

Курсовой проект: 39 с. , 8 табл. , 9 рис. , 6 источников, 3 приложения.

Объект исследования – коробка подач токарно-винторезного станка.

В курсовом проекте необходимо определить нагрузки на привод в разные моменты цикла работы станка. Выбор электродвигателя. Кинематический расчет привода.

Выбор передачи винт-гайка качения. Описание используемого способа регулирования натяга в шарико-винтовом механизме, способов возврата шариков, смазывания механизма и защиты его от загрязнений. Обоснование способа установки винта на опорах и конструкций опор. Выбор соединительной муфты. Расчет передачи винт-гайка качения. Расчет силы предварительного натяга. Расчеты на жесткость, на устойчивость по критической осевой силе и критической частоте вращения.

СУППОРТ, СИСТЕМА СМАЗКИ, КРИТИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ.

1. Кинематический расчет привода станка

1.1 Выбор и расчет предельных режимов резания

1.2 Предварительное определение мощности электродвигателя вспомогательного движения

1.3 Определение диапазона скорости вращения и выбор двигателя подач

2. Выбор и расчет передачи винт-гайка качения

2 3 Способы смазывания шарико-винтового механизма и защиты от загрязнений

2.4 Расчет передачи винт-гайка качения

3. Силовой расчет привода станка

3.1 Определение расчетного КПД станка

3.2 Расчет модулей зубчатых колес

3.3 Определение параметров зубчатых колес

3.5 Уточненный расчет вала

3.6 Расчет вала на усталость

3.7 Выбор элементов передающих крутящий момент

3.8 Выбор подшипников

3.9 Проверочный расчет подшипников

4. Определение системы смазки

5. Расчет динамических характеристик привода

Список используемой литературы

Перед станкостроителем всегда будет стоять задача — создание металлорежущих станков, отвечающих современным требованиям машиностроения и всего народного хозяйства.

Следовательно, требуется создание станков высокой производительности, точности и экономичности.

Токарно-винторезные станки являются наиболее распространенной группой станков, используемых как в единичном, так и в массовом производстве, поэтому они должны иметь возможность выполнять большинство технологических операций. Это обуславливает широкий диапазон регулирования, как привода главного движения, так и привода подач.

Расчет электромеханического привода подач включает определение диапазона регулирования подач, построение структурной сетки и в соответствии с ней графика подач и кинематической схемы, определения передаточного отношения постоянной передачи суппорта, определения требуемой эффективной мощности коробки подач, определения модулей и параметров зубчатых колес, определение параметров валов и уточненный расчет на усталость самого нагруженного вала, выбор шпоночных или шлицевых соединений передающих крутящий момент, выбор подшипников опор валов, выбор системы смазки, расчет динамических характеристик обеспечивающих заданную точность обработки.

1. Кинематический расчет привода станка

1.1 Выбор и расчет предельных режимов резания

При проектировании электромеханического привода необходимо определить следующие основные характеристики станка, к которым относятся:

1) Предельные значения чисел оборотов шпинделя, необходимых при обработке заданных металлов, при заданных условиях резания

2) Диапазон регулирования чисел оборотов

3) Предельные значения подач

при продольной — и ;

при поперечной — и .

4) Диапазон изменения подач и некоторые другие характеристики станка

Основные характеристики имеют важное значение, так как являются исходными данными для кинематического и силового расчета всех элементов проектируемого станка.

Определяем предельные значения размеров обрабатываемой заготовки.

Наибольший диаметр обрабатываемой детали Dmax=1,1×Н=1,1×200=220мм.

Наименьший диаметр обрабатываемой детали Dmin=0,2×H=0,2×200=40 мм.

Где Н высота центров станка, мм

Выбор предельных режимов резания, которые должны осуществляться на станке, рассчитывают при выполнении различных видов работ и на основе анализа полученных результатов.

Глубину резания и подачи выбирают из нормативных документов [1] и в зависимости от работ, которые предполагается выполнять на станке. Как правило, расчет ведут по основной (ведущей) операции, для которой спроектирован станок.

Выбор предельных скоростей резания для расчета характеристик универсальных станков производят при следующих условиях.

При токарной обработке для определения наибольшей скорости резания принимают:

глубину резания и подачу наименьшими;

материал заготовки: конструкционная углеродистая сталь;

материал режущей части резца твердый сплав ТК;

стойкость Т=25-30 минут.

При определении наименьшей скорости резания принимают:

глубину резания и подачу максимальными;

материал заготовки — легированная сталь =750 МПа (75 кгс/мм2);

материал режущей части резца — быстрорежущая сталь при стойкости Т=60-90 минут.

При назначении наименьшей скорости резания необходимо предусмотреть возможность нарезания резьбы на станке. При этом следует учитывать, что чистовое нарезание выполняется со скоростью 4 м/мин.

Рассмотрим точение и растачивание как вид обработки:

Выберем значения режимов обработки в соответствии с видом обработки и материалом режущего инструмента. Полученные данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Параметры, для расчета предельных скоростей резания

max min
материал сталь сталь
Gb, МПа 600 750
nv 1 1,75
Kr 0,9 1
Kmv 1,125 1
Kпv 0,9 0,8
Киv 1 0,3
Kv 1,0125 0,24
Cv 420 340
x 0,15 0,15
y 0,2 0,45
m 0,2 0,2
s, мм/об 0,05 2,8
T, мин 30 90
t, мм 1 5
V, м/мин 392,1264 16,3974

Расчет максимальной скорости резания.

Расчет минимальной скорости резания.

1.2 Предварительное определение мощности электродвигателя вспомогательного движения

Наибольшее значение сил резания необходимо определять при следующих условиях:

обрабатываемый материал заготовки сталь =750 МПа;

материал режущей части резца — быстрорежущая сталь;

глубина резания и подача наибольшие

Силу резания принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка [1]:

Эффективная (полезная) мощность резания:

где — наибольшее значение сил резания.

Предварительное определение мощность электродвигателя главного движения (до определения кинематической структуры привода) определяется по формуле:

где — КПД цепи главного движения (для станков с вращательным главным движением =0,7-0,85).

— эффективная мощность подачи, кВт

где — тяговая сила подачи, даН;

— скорость подачи, мм/мин.

Тяговую силу можно определить по следующим формулам.

Для продольных суппортов токарных станков с треугольными и комбинированными направляющими

где — составляющая силы резания в направлении подачи, Н;

— составляющая сил резания, прижимающая каретку суппорта

или стола к направляющим, Н;

— масса перемещаемых частей, кг;

— крутящий момент на шпинделе, Н м;

— диаметр шпинделя, мм;

— коэффициент трения между пинолью и корпусом, на шлицах

или шпонках шпинделя;

— приведенный коэффициент трения на направляющих;

— коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента.

Для токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими =1,15 и =0,15-0,18

Мощность потребляемую на подачу определяют по формуле:

где =0,15-0,2 — КПД цепи подачи.

1.3 Определение диапазона скорости вращения и выбор двигателя подач

Частота двигателя рассчитывается по формуле:

где — скорость подачи, согласно паспорту станка (табл. 3. 1), мм/мин,

р=5мм шаг винта поперечного винт-гайки качения,

i передаточное число механизма подачи, которое остается между двигателем и исполнительным механизмом.

Принимаем передаточное отношение ременной передачи i=3.

Таблица 2 — Механика привода подач станка 16К20

Характер подачи Поперечная подача резцедержателя мм/мин Продольная подача стола, мм/мин
Минимальная 0,000662 0,0000619
Максимальная 0,3814 0,253377
Ускоренная 1900 3800

Рассчитаем передаточные числа согласно кинематической схеме механизма подач:

Определим максимальную частоту вращения двигателя, которая необходима для быстрого перемещения органов станка:

— для продольной подачи:

где m, z – модуль и число зубьев колеса в зацеплении с рейкой для продольной подачи;

no число оборотов колеса, которое передает вращение на рейку.

— для быстрого перемещения продольной подачи:

Таблица 3 — Основные технические характеристики двигателей серии 2ПБВ

Принимаю двигатель 2ПБВ100М с параметрами [2] (табл. 3)

2. Выбор и расчет передачи винт-гайка качения

Свойства передачи. Передача винт — гайка качения обладает свойствами, позволяющими применять ее как в приводах подач без отсчета перемещений (универсальных станков, силовых столов агрегатных станков), так и в приводах подач и позиционирования станков с ЧПУ. Для передачи характерны высокий коэффициент полезного действия (0,8-0,9), небольшое различие между силами трения движения и покоя, незначительное влияние частоты вращения винта на силу трения в механизме, полное отсутствие осевого зазора. Недостатками являются высокая стоимость, пониженное демпфирование, отсутствие самоторможения.

2.1 Выбор винта

Устройство и размеры передачи. Передача состоит из винта 1 (рис. 4. 1), гайки 2, шариков 3 и устройств для возврата шариков (на рисунке не показаны). Обычно применяют передачи с наиболее технологичным полукруглым профилем резьбы. Для снижения контактных напряжений предусматривают rв=rг=(1,03. . . 1,05) r1. Предварительный натяг, повышающий точность и жесткость передачи, создают осевыми проставками между гайками, винтами, сдвоенной дифференциальной гайкой.

За номинальный размер передачи принимают диаметр d0 условного цилиндра, на котором расположены центры шариков. Размеры передачи по ГОСТ 25329 — 82 приведены в табл. 4.1.

Рис. 2.1. Схема передачи винт-гайка качения.

Для заданного шага р=5мм выбираю винт с d0=32 мм.

Таблица 4 — Основные и присоединительные размеры винтов

2.2 Выбор гайки

Принимаю передачу с двумя гайками, снабженными зубчатыми венцами. В шарико-винтовой механизм входят винт 2 (рис. 4. 2), две гайки 4 и 6, комплект шариков 5, корпус 1.

Устройства для возврата шариков 3 выполнены в виде вкладышей, вставленных в три окна каждой гайки. Вкладыши соединяют два соседних витка винтовой канавки, сдвинуты друг относительно друга в осевом направлении на один ее шаг и разделяют шарики в каждой гайке на три циркулирующие группы. Для тонкого регулирования натяга гайки снабжены зубчатыми венцами на фланцах, которые входят во внутренние зубчатые венцы корпуса. На одном фланце число зубьев на единицу больше, чем на другом. Если венцы обоих фланцев вывести из корпуса, повернуть гайки в одну сторону на одинаковое число зубьев (на неравные углы) и снова соединить зубчатые венцы, можно благодаря небольшому осевому сближению профилей резьбы гаек создать заданный натяг.

В этом механизме, как и в других с возвратом шариков через вкладыши, рабочее число шариков в одном витке

расчетное число шариков в одном витке

где = 0,7. . . 0,8 — коэффициент, учитывающий погрешности изготовления резьбы винтового механизма.

Рис. 2.2. Передача с двумя гайками, снабженными зубчатыми венцами.

2 3 Способы смазывания шарико-винтового механизма и защиты от загрязнений

Для смазывания шарико-винтового механизма применяют жидкий или пластичный смазочный материал. Масло типа индустриального подводится к корпусу, в котором установлены гайки. Используется смазывание следующих видов: капельное, порционное, циркуляционное, масляным туманом. Пластичный смазочный материал типа солидола применяется, когда при использовании жидкого возникают затруднения; в небольшом объеме его закладывают в винтовые канавки гайки. Эффективны масла с противозадирными присадками, особенно в связи с тем, что в каналах возврата имеет место трение скольжения.

Для предохранения винтов от загрязнения применяют защитные устройства в совокупности с устройствами уплотнения и очистки. Защитные телескопические трубки с уплотнениями, имея значительные габариты, могут быть использованы только при увеличении длины винта. Гармоникообразные меха хорошо защищают винт и не занимают много места. Короткие винты могут быть защищены стальными лентами, свернутыми в спираль,

Хорошо очищает винт охватывающая его фетровая или войлочная втулка с резьбой по внутренней поверхности (рис. 4. 3 a), однако при изнашивании она хуже выполняет свои функции. При использовании втулки из нейлона возникает меньшая сила трения в контакте с винтом и втулка меньше шаржируется твердыми частицами.

Скребки-щетки, предназначенные для очистки винта (рис. 4. 3 б, в), следует устанавливать так, чтобы их можно было заменять без разборки узла в целом.

Резьбовые кольца из синтетического материала, жестко соединенные с гайкой, уплотняют шарико-винтовой механизм у противоположных ее торцов и хорошо очищают винт, однако эти свойства ухудшаются при износе колец. В устройстве, изображенном на рис. 4. 4 а), у каждого торца гайки помещено по два кольца (рис. 4. 4 б, в), изготовленных из фторопласта и имеющих на внутренней поверхности винтовой профиль (рис. 4. 4 г). Кольцо 3, называемое неподвижным, с помощью упора 1, входящего в имеющийся на нем паз, удерживается от поворота относительно гайки 4. Кольцо 2 увлекается вращающимся винтом передачи до тех пор, пока оно не войдет в контакт с неподвижным кольцом. Благодаря этому у торца гайки, где винт ввинчивается в нее, возникает контакт с натягом между винтовыми профилями колец и винта. При изменении направления его вращения такой же контакт возникает у противоположного торца гайки. Износ колец не влияет на качество работы устройства. Для отвода загрязнений в кольцах предусмотрены наклонные пазы.

Рис. 2.3. Устройства для предохранения шарико-винтового механизма от загрязнения.

2.4 Расчет передачи винт-гайка качения

Исходные данные и цель расчета. Передача винт — гайка качения выходит из строя в результате усталости поверхностных слоев шариков, гайки и винта, потери устойчивости винта, износа элементов передачи и снижения точности. Возможными причинами выхода ее из строя являются: слишком большая нагрузка на винт, низкая расчетная долговечность, значительный относительный перекос винта и гайки, неудовлетворительная защита от загрязнений. Цель расчета передачи состоит в определении номинального диаметра винта d0 и в подборе по каталогу такой передачи, которая удовлетворяла бы всем требованиям к работоспособности.

Исходные данные для расчета передачи — длина винта, его наибольшая расчетная длина, способ установки винта на опорах, ряд значений осевой нагрузки на передачу, ряд частот вращения винта (гайки). Крутящий момент на ходовом винте, Н*м:

где М — крутящий момент на валу двигателя;

— КПД цепи от двигателя к винту;

i — передаточное отношение этой цепи.

Окружная сила на радиусе резьбы, Н:

Осевая сила, действующая на винт, Н:

где — угол подъема резьбы;

Рис. 2.5. Основные размеры передачи ВГК с двумя гайками в круглом корпусе.

Таблица 5 — Основные размеры (мм) передачи ВГК

d0 p D D1 D2 d d1 d2 L1 b b1
32 5 60 95 75 14 9 5,8 80 16 8

р=arctgf — угол трения (f-коэффициент трения качения, f=(57. . . 85) ×10-5).

Предельно допустимая нормальная статическая нагрузка на один шарик. Эту нагрузку (Н) определяют по зависимости:

где — коэффициент, зависящий от допустимого контактного напряжения на поверхности шарика (при = 2500; 3000; 3500 и 3800 МПа соответственно = 20; 35; 55 и 70; для обычно применяемой передачи = 70); d1=0,6×t=0,6×5=3мм диаметр шарика. Н

Статическая грузоподъемность передачи.

Статическая грузоподъемность С0-это предельно допустимая осевая нагрузка на винт, в результате действия которой возникает общая остаточная деформация тел качения, гайки и винта в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения:

где и=8 — число витков в гайке;

— угол контакта шарика с винтом и гайкой;

=0,7. . . 0,8 — коэффициент, учитывающий погрешности изготовления резьбы винтового механизма

Расчет силы предварительного натяга.

Предварительный натяг, повышая осевую жесткость передачи, увеличивает момент холостого хода и снижает ее долговечность, поэтому сила предварительного натяга должна быть выбрана обоснованно.

За минимально допустимую силу натяга PНmin (Н), отнесенную к одному шарику, принимают такую силу, которая обеспечивает сохранение предвари — тельного натяга в винтовой передаче при действии продольной силы Q:

рабочее число шариков в одном витке

Наибольшая допустимая сила натяга, отнесенная к одному шарику, при которой сохраняется статическая прочность механизма, Н:

В зависимости от требуемой жесткости передачи, ее долговечности, допускаемого нагрева винта и особенностей измерительного преобразователя перемещений силу натяга выбирают чаще всего

Расчет передачи на динамическую грузоподъемность.

Динамической грузоподъемностью передачи С называют такую постоянную осевую нагрузку, которую должен выдержать шарико-винтовой механизм в течение 106 оборотов.

Поскольку в процессе работы станка на винтовую передачу действуют разные по значению, направлению и времени воздействия нагрузки, а частота вращения винта не остается постоянной, методика выбора передачи по динамической грузоподъемности требует определения эквивалентной нагрузки и эквивалентной частоты вращения.

Если в шарико-винтовой механизм входят две гайки, эквивалентную нагрузку находят для каждой из них.

Пусть на передачу со стороны первой гайки действуют осевые нагрузки Q1(1), Q2(1),…,Qk(1) при соответствующих частотах вращения винта (гайки) n1(1), n2(1),…, nk(1), в течение интервалов времени t1(1), t2(1),…, tk(1) (табл. 4. 2).

Тогда силы, действующие на первую гайку передачи,

где РН — сила предварительного натяга в шарико-винтовом механизме.

В этом случае вторая гайка нагружена силами

Если со стороны второй гайки действуют осевые нагрузки Q1(2), Q2(2),…,Qs(2) при соответствующих частотах вращения винта (гайки) n1(2), n2(2),…, ns(2), в течение интервалов времени t1(2), t2(2),…, ts(2), то она нагружена силами:

Средняя частота вращения винта при постоянной нагрузке

Таблица 6 — Режимы нагрузки винта в течении его эксплуатации

Относительное время работы в долях от общего, t Частота вращения винта n, об/мин Осевая нагрузка Q, Н
0,45 0,05 4908
0,3 10 3857
0,2 62 3155
0,05 380 490

Силы, действующие на первую гайку передачи:

Силы, действующие на вторую гайку передачи:

Средняя частота вращения винта при постоянной нагрузке

Допустимая продолжительность работы механизма, выраженная в оборотах,

Допустимая продолжительность работы механизма, выраженная в часах:

Так как требуемую продолжительность работы механизма до наступления усталости любого его элемента принимают равной около 10000 часов, то можно оставить параметры текущего механизма.

Расчет винта на устойчивость по критической осевой силе. Если достаточно длинный винт работает на сжатие, его проверяют на устойчивость при наибольшем тяговом усилии Q, принимаемом за критическую силу. С учетом того что момент инерции сечения винта определяют не для минимального его диаметра, а условного d0, получают приближенную зависимость

где Е =20×105 — модуль упругости материала винта;

— момент инерции сечения винта;

— коэффициент, зависящий от характера заделки концов винта (если оба конца винта защемлены, принимают равным 0,5; при одном защемленном конце и размещении второго на шарнирной опоре, имеющей возможность смещаться в осевом направлении, = 0,707; при обеих шарнирных опорах = 1; при одном защемленном конце и втором свободном = 2);

l=350 — наибольшее расстояние между гайкой и опорой винта.

Расчет винта на устойчивость по критической частоте вращения. В моменты быстрых перемещений рабочего органа станка, когда винт вращается с высокой частотой, центробежные силы могут вызвать потерю его устойчивости, что проявляется в наступлении вибраций, Критическая частота вращения винта (об/мин) , где d — внутренний диаметр резьбы винта, мм; v — коэффициент, зависящий от способа заделки винта (если один конец винта заделан жестко, второй свободный, v принимают равным 0,7; в случае обоих опорных концов =2,2; если один конец заделан жестко, другой опорный, v=3,4; когда оба конца заделаны жестко =4,9); k=0,5. . 0,8 коэффициент запаса; l – расстояние между опорами винта, мм

Расчет на жесткость.

Необходимый диаметр ходового винта d0 можно определить из условия обеспечения жесткости привода, которая связана с жесткостью шарико-винтового механизма jM, винта jв и его опор j0:

Осевая жесткость привода оказывает влияние на возможность возникновения и его резонансных колебаний.

Чтобы не допустить резонансного режима, собственную частоту колебаний механической части привода j принимают в 3-3,5 раза больше, чем частота f1 импульсов, вырабатываемых системой измерения перемещений.

Для крупных станков f1= 10. . . 15 Гц, для средних и малых f1= 15. . . 25 Гц. Исходя из допустимой частоты колебаний механически части привода f, определяют его требуемую жесткость (Н/мкм):

m — масса узлов механической части привода (ходового винта, исполнительного узла и установленных на нем приспособления, заготовки), кг.

Жесткость шарико-винтового механизма с предварительным натягом и возвратом шариков через вкладыши при

где ks= 0,3. . . 0,5 — коэффициент, учитывающий погрешности изготовления гайки, а также деформации в винтовом механизме и во всех его стыках.

Наименьшая жесткость ходового винта зависит от способа установки его на опорах. При защемлении обоих концов (Н/м):

Приближенное значение жесткости опор винта (Н/мкм):


e=5; 10; 30 соответственно для радиально-упорных, шариковых и ролипорных подшипников; d0-в мм.

3. Силовой расчет привода станка

3.1 Определение расчетного КПД станка

Определяют по зависимости

где КПД передач и подшипников качения, соответственно (см. табл.);

— соответственно, количество однотипных передач и подшипников коробки скоростей — станка;

— коэффициент, приближенно учитывающий затраты мощности в приводе подач; для токарных, револьверных, сверлильных и расточных станков =0,96.

Таблица 7 — КПД передач и подшипников станков для продольной подачи:

Тип передачи или подшипника КПД
Прямозубая цилиндрическая передача 0,99
Червячная передача (z=4) 0,9
Подшипники качения 0,997
Ременная передача 0,97

3.2 Расчет модулей зубчатых колес

При расчете зубчатых колес коробки подач модуль рассчитывается для каждой из передач в отдельности исходя из прочности зубьев на изгиб, а также исходя из усталости поверхностных слоев.

Для стальных прямозубых колес формулы для определения модуля имеют вид:

где σизг и σпов – допускаемые напряжения на изгиб и по усталости поверхностных слоев, Н/см2. σизг=200 Н/см2, σпов=860 Н/см2.

N мощность на валу рассчитываемой шестерни, кВт

n число оборотов рассчитанной шестерни, об/мин.

у коэффициент формы зуба (при z=20-60 у=0,243-0,268);

z число зубьев шестерни (меньшего колеса)

i — передаточное число (принимается i≥1, т.е. для замедляющих передач берется величина обратная передаточному отношению).

ψ коэффициент ширины зубчатого колеса.

где b ширина шестерни, мм

k коэффициент нагрузки который учитывает изменение нагрузки по сравнению с номинальной от действия различных факторов; k=1(3, с. 151).

Для каждой из передач определяем модули.

Для передачи 17/66 модуль из условия обеспечения изгибной прочности:

Из условия обеспечения усталостной прочности поверхностных слоев:

Для всех зубчатых колес данной передачи, исходя из расчетов и конструктивных особенностей данной схемы, принимаем модуль m=3 мм

3.3 Определение параметров зубчатых колес

К основным параметрам зубчатых колес относятся модуль, межосевое расстояние, ширина зубчатых колес, диаметр делительной окружности, диаметр вершин зубьев и диаметр впадин зубьев.

Межосевое расстояние для рассчитанной передач определяется по формуле:

Для выбранной передачи с передаточным отношением i1=0,258 и числами зубьев Z1=17, Z2=66 межосевое расстояние будет равно:

Диаметр делительной окружности зубчатых колес определяется по формуле:

Диметр вершин зубьев:

Диаметр впадин зубьев:

Зная коэффициент ширины зубчатого колеса ψ=8, определим ширину зубчатого колеса:

3.4 Расчет вала

Назначим максимальный крутящий момент валу по характеристике выбранного двигателя:

Диаметры вала определяем по формуле:

где [τк] допускаемое касательное напряжение материала вала, мПа.

Для материала вала (принимаем сталь 45) для которой [τк] =20 мПа.

Расчетный диаметр вала:

Принимаем следующие диаметр вала: d=45 мм,

3.5 Уточненный расчет вала

Уточненный расчет выполняем для вала, на котором находится зубчатое колесо, которое передает крутящий момент на суппорт станка.

Для проверочного расчета строим эпюру нагружения этого вала. Размеры вала определяем исходя из размеров упругой муфты, ширины зубчатых колес и ширины подшипников.

Рис. 3.1 Расчетная схема.

Определяем окружную силу в зацеплении по формуле:

Для зубчатого колеса:

Определяем радиальную силу:

Где α – угол профиля зубьев. α=200. Для зубчатого колеса:

Рассмотрим данную расчетную схему вала в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной, в которых действуют радиальная и окружная силы.

Рисунок 3. 2 – Схема нагружения и эпюры крутящих и изгибающих моментов рассчитанного вала.

Составим уравнение равновесия вала в горизонтальной плоскости.

По найденным реакциям строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости. Составим уравнение равновесия в вертикальной плоскости.

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении вала:

Эквивалентный момент в опасном сечении вала:

3.6 Расчет вала на усталость

Усталостный расчет вала выполняется как проверочный. Он заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности в предположительно опасных сечениях.

При расчете принимаем, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а напряжения кручения – по отнулевому циклу.

Амплитудные значения напряжений изгиба и кручения определяются по формулам:

где М изгибающий момент в сечении;

Wнетто момент сопротивления сечения изгибу,

Wкнетто момент сопротивления сечения кручению;

Момент сопротивления сечения изгибу для сечения со шпоночным пазом определяется по формуле:

где e — коэффициент нагружения шлицев.

Момент сопротивления сечения кручению определяется по формуле:

Коэффициенты запаса усталостной прочности определяются по формуле:

по нормальным напряжениям

по касательным напряжениям

гдеs-1, t-1 пределы выносливости для стали 40Х:

s-1 = 470 МПа, t-1 = 270 МПа;

es, et — коэффициенты, учитывающие влияние абсолютных размеров вала, определяются по таблице 15 [5, с. 11] , es = et = 0,75;

(кs) d, (кt) d – коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и

кручении с учетом влияния шероховатости поверхности;

b — коэффициент упрочнения поверхности, b = 2,5 – при улучшении;

sа, tа напряжения изгиба и кручения;

ys, yt — коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений, определяется по таблице 9 [5, с. 11] ,

Коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении с учетом влияния шероховатости поверхности определяются по формулам:

где кs, кt — эффективные коэффициенты концентрации напряжений, определяются по таблице 18 [5, с. 31] , кs= 1,72 кt = 2,7;

, — коэффициенты влияния шероховатости поверхности,

определяются по таблице 20 [5, с. 32] ,

Определяем (кs) d:

Определяем (кt) d:

Общий запас прочности определяется по формуле:

S≥ [S] =1. 5…2. 5, т.е. условие выполняется.

3.7 Выбор элементов передающих крутящий момент

Для всех передач принимаем шлицевое соединение, которое имеет следующие размеры рабочих частей:

, b=6, dlmin=23,4, a=1,65, =0,6, rmax=0,3.

, b=8, dlmin=29,4, =0,6, rmax=0,3.

, b=8, dlmin=39,5, a=2,57, =0,6, rmax=0,3.

Шлицевое соединение подлежит проверке на смятие, которая проводится по формуле:

Где T крутящий момент на валу;

j — коэффициент, который учитывающий неравномерное распределение нагрузки между шлицами (обычно принимают =0,75); z — количество шлицев; D – наружный диаметр шлицев; d внутренний диаметр шлицев;  — размер фаски по длине шлица; lp рабочая длина шлицев, чаще всего равна длине хвостовика.

[sсм] допускаемые напряжения смятия для материала шлицев средней серии:

Все выбранные шлицевые соединения соответствуют условию прочности при проверке на смятие.

3.8 Выбор подшипников

Для выбора подшипников опор валов определяем диаметры шипов, которые определяются по формуле:

dш=(0,8…0,9) dв, dш=0,85 45=40мм

Учитывая элементы расположенные на валах а также по полученным диаметрам шипов, выбираем подшипники, параметры которых сносим в таблицу 8.

Таблица 8 – Параметры подшипников.

Подшипник внутренний диаметр d, мм наружный диаметр D, мм ширина кольца B, мм статическая грузоподъем-ностьC0,кН
3608 40 90 33 64,9
3608 40 90 33 64,9

3.9 Проверочный расчет подшипников

Фактическая долговечность подшипника в часах.

где С динамическая грузоподьемность, кН.

Р приведенная грузоподьемность, кН.

r — коэфициент формы тел качения, — для шариковых подшипников, — для роликовых подшипников.

де V коэффициент кольца”: V=1 при вращении внутреннего кольца, V=1,2 при при вращении наружного кольца;

R, A радиальная и осевая нагрузка на подшипник;

X, Y коэффициенты приведения R, A; Х=1. [3 с. 68 табл. 8. 4]

— коэффициент безопасности, зависит от вида работы и серьезность последствий аварии. [3 с. 65 табл. 8. 1].

— коэффициент температурного режима. [3 с. 65 табл. 8. 2].

— временная нагрузка до .

, т. к. часов то условие долговечности выполняется.

4. Определение системы смазки

Смазочная система станка служит для подачи смазочного материала ко всем трущимся поверхностям.

Существует несколько схем подвода смазочного материала к трущимся поверхностям.

Индивидуальная схема служит для подвода смазочного материала к одной смазочной точке, централизованная к нескольким точкам. В нераздельной схеме нагнетательное устройство присоединено к смазочной точке постоянно, в раздельной оно подключается только на время подачи смазочного материала. В проточной системе жидкий или пластичный материал используется один раз. В циркуляционной системе жидкий материал подается повторно. В системах дроссельного дозирования объем смазочного материала, подаваемого к смазочной точке регулируется дросселем. В системах объемного дозирования могут регулироваться не только доза, но и частота подачи. В комбинированных системах могут быть предусмотрены объемное и дроссельное регулирование одно — и двухматериальные питатели. Системы с жидким смазочным материалом в зависимости от способа его подачи к поверхностям трения могут быть разбрызгивающими, струйными, капельными, аэрозольными.

Для смазки данного станка принимаем импульсную смазочную систему, в которой смазочный материал ко всем поверхностям трения подается одновременно.

Схема импульсной системы приведена на рисунке 6. 1, где 1 – указатель уровня смазочного материала; 2 – приемный фильтр; 3 – насос; 4 – фильтр напорной магистрали; 5 – манометр; 6 – смазочный дроссельный блок с ротаметрическими указателями; 7 – реле расхода смазочного материала; 8 – точки смазывания; 9 указатель потока; 10 – точки смазывания с форсункой; 11 – точки смазывания; 12 смазочный дроссельный блок; 13 – сливной магнитосетчатый фильтр; 14 предохранительный клапан; 15 – реле уровня; 16 – фильтр; 17 – резервуар.

Рисунок 6.1 – Схема импульсной централизованной смазочной системы

5. Расчет динамических характеристик привода

При движении суппорта передний край его каретки приподнимается и между направляющими и кареткой образуется клиновидный зазор, в котором создается гидродинамический несущий клин. При скорости скольжения равной критической, условия для создания жидкостного трения оптимальные. При этом характеристика режима трения тоже будет критической и равной:

где L, B – длина и ширина поверхности направляющей каретки, мм L=2∙50мм; B=2∙64мм. Ср – коэффициент зависящий от соотношения зазоров в направляющих, для оптимальных условий Ср=0,16; hк — наименьшая толщина смазочного слоя, необходимая для образования жидкостного трения. hк=0,005.

Величина критической скорости скольжения выше которой гидродинамическая сила не создается определяется по формуле:

где Рср – среднее давление на гранях направляющих, кгс/см2;

Определяем по формуле:

Для чистовой обработки принимаем следующие режимы резания: S=0. 05мм/об; t=0. 2мм; V=125м/мин.

Для данной обработки коэффициенты следующие:

Cpz=300, х=1,0, у=0,75, n=-0. 15, kp=1.

Px=0. 4Pz=0. 4∙3,075=1,23кг

μ динамическая вязкость масла, кгс/см2;

Для смазки направляющих принимаем масло индустриальное И – 20А, ГОСТ 20799-75, динамическая вязкость μ=20кгс/см2.

то есть в данном случае выполняется условие: Vкр

Программа — Силовой расчет коробок скоростей металлорежущих станков

Программа, позволяющая производить силовые расчеты коробок скоростей металлорежущих станков.
1. Входные данные:
— Количество валов привода главного движения
— Номинальная частота вращения электродвигателя привода главного движения
— Номинальная мощность электродвигателя привода главного движения
— Допустимые напряжения (контактное и на изгиб)
— Диаметр входного вала
2. Выходные данные
— Минимальные частоты вращения валов
— Количество пар подшипников
— Количество ременных передач
— Количество муфт
— Мощности валов
— Диаметры валов
— Число зубьев меньшей шестерни каждой отдельной ступени
— Модули зубчатых колес
— Межосевые расстояня
— Ширина зубчатых колес
— Величины радиальных и тангенциальных нагрузок на зубчатые колеса

Результат сохраняется в текстовом формате RTFrn

Смотрите также

Смольников Н.Я. Курсовое проектирование металлорежущих станков I

Чурбанов А.П. Комплекс практических работ по приводам вращения главного движения универсальных металлорежущих станков

Сапронов Ю.А., Кочергин В.Г., Вяльцев Н.В., Гаркуша А.Е. Методические указания к курсовому проекту по курсу: Металлорежущие станки и промышленные роботы

Методические указания. — Донецк: ДПИ, 1987. — 48 с.

Содержание
Структура курсового проекта.
Выбор варианта задания.
Определение исходных данных для проектирования станка.
Проектирование коробок передач металлорежущих станков.
Расчет времени переходных процессов в приводах.
Шпиндельные узлы.

Основы проектирования и расчета металлорежущих станков

Общие сведения о проектировании станков

Непрерывный рост числа типов станков ставит задачу поиска новых методов их создания при наименьших затратах на проектирование и изготовление. Достижение этой цели определяет решение задач:

  • устранения существующего конструктивного разнообразия одинаковых по служебному назначению станков;
  • разработки технологически обоснованных размерных и технических характеристик станков;
  • разработки технологически обоснованного ограниченного числа базовых компоновок станков и их специализированных модификаций с учетом первоочередного освоения наиболее применяемых компоновок;
  • разработки ограниченного комплекта узлов и агрегатов, обеспечивающих гибкую систему проектирования станков с учётом разнообразных компоновочных требований;
  • ускорения разработки и изготовления станков на основе создания технологической системы подготовки конструирования, обеспечивающей решение указанных выше задач, а также формирование структуры выпуска станков по служебному назначению и организации их комплектации с использованием отработанных конструкций узлов и агрегатов и метода построения станков на их базе;
  • повышения производительности и точности обработки вследствие применения прогрессивной инструментальной и технологической оснастки;
  • разработки технологической системы подготовки производства, обеспечивающей эффективную эксплуатацию станков у потребителей;
  • сокращения организационных издержек при изготовлении узлов и агрегатов станков в целом;
  • повышения технического уровня станков за счёт обоснованных технических характеристик, разумного уровня автоматизации, прогрессивных технических решений и отработки конструкций.

Порядок проектирования металлорежущих станков (МС) в основном уже сложился [26]. Основой для проектирования является техническое задание конкретного заказчика, или группы заказчиков, в котором подробно описываются исходные технологические данные о заготовках и готовых изделиях, а также некоторые особенности организационного, экономического, технического характера (характер и условия производства, производительность, коэффициент загрузки станка, уровень автоматизации, встраиваемость в автоматизированные участки, многостаночное обслуживание и т.д). На основании технического задания, общих технических требований и особенности применения станков в зависимости от характера производства разработчик формирует общее представление о компоновке станка. Если полученная компоновка не вызывает серьёзных сомнений, разработчик, основываясь обычно на большом производственном опыте и опробированных технических решениях, приступает к рабочему проектированию станка. Однако использование интуитивного подхода в создании станков приводит нередко к негативным результатам и поэтому на начальном этапе проектирования целесообразно использовать изложенные в этой главе методы расчётов станков на точность, динамическую устойчивость на температурные деформации, на надёжность, учесть использование приёмов инженерной биодиагностики при проектировании станков и ряд других факторов, влияющих на конечный результат.

Если задача создания станков сводится к поиску некоторого многообразия станков с желанием использовать весьма ограниченный набор узлов и агрегатов, необходимо воспользоваться методикой модульного принципа построения станков. Окончательное обоснование создания станка оценивается но расчетам экономической эффективности использования в условиях производства заказчика.

Технические требования, предъявляемые к станкам

МС должны обеспечивать удобство эксплуатации, обслуживания и ремонта. Поскольку МС могут использоваться в различных условиях производства и системах машин, то они должны иметь возможность встройки в них различных вспомогательных механизмов, например, для автоматической уборки стружки, загрузки и выгрузки заготовок и др.

Требования к механическим агрегатам:

  • разделение станка на узлы и агрегаты должно производится с учётом принципа их независимости при разработке, изготовлении и сборке;
  • максимально возможная унификация и единство конструктивных решений по элементам станка;
  • возможность простой и точной сопря-гаемости со смежными агрегатами;
  • возможность механизации сборки агрегатов в системе принятого комплекта;
  • механические узлы и агрегаты должны содержать в себе индивидуальные элементы управления, смазочные системы или часть смазочной системы, обеспечивающей работу сборочной единицы при присоединении ее к общей смазочной системе станка, либо к системе управления и контроля.

Требования к инструментальной и технологической оснастке:

  • комплект вспомогательного и режущего (стандартного и специального) инструмента должен обеспечивать выполнение всех технологических операций выполняемых станками;
  • технические требования к вспомогательным инструментам в сборе с режущим определяются классом точности станков;
  • инструментам, устанавливаемым на станках с их автоматической сменой, предъявляются требования надёжного закрепления в переходных втулках и в шпинделе станка;
  • набор элементов технологической оснастки и технические требования к ней, как правило, определяется номенклатурой заготовок, а также характером производства заказчика.

Требования к системе гидрооборудования:

  • гидрооборудование станков должно выполняться на базе изготовляемых централизовано гидростанций с воздушным охлаждением с использованием ререгулируемых или нерегулируемых насосов;
  • удобство эксплуатации, монтажа и демонтажа отдельных элементов;
  • использование в качестве контрольно-регулирующей и распределительной аппаратуры аппаратов прогрессивными способами монтажа, позволяющие обеспечить надежность работы гидроприводов;
  • трубопроводы, гибкие рукава, соединительная арматура должны обеспечить полную герметичность, не допускать нарушения герметичности в процессе эксплуатации станков.

Требования к системе смазки:

  • система должна быть централизованной и автоматической;
  • система управления смазкой станка и контроля при необходимости входит в состав смазочной системы;
  • тип системы определяется конструкцией смазываемых узлов и агрегатов, их режимами работы и выбирается из серийно выпускаемых;
  • системы оснащают фильтрующими элементами и, при необходимости, устройствами для стабилизации температуры;
  • периодическая смазка должна производиться в соответствии с циклом работы станка;
  • сигнализация о нарушении работы должна обеспечиваться необходимой информацией в виде визуального (звукового) сигнала или срабатыванием соответствующих блокировок станка.

Требования к системе электрооборудования:

  • привода главного движения и подач должны использоваться в станках с учётом их технических характеристик, обеспечивающих необходимые мощности и диапазоны регулирования и серийно выпускаемых;
  • электроавтоматика станков должна строиться на основе интегральных микросхем, обеспечивающих схему бесконтактного управления.

Требования к системам ЧПУ:

  • ввиду сложности и многообразия технологических операций выполняемых на станках для их комплектации могут применяться системы ЧПУ обеспечивающие оперативное и универсальное управление;
  • с целью сокращения затрат на создание различных по назначению устройств ЧПУ. в качестве основных принципов их конструирования должны использоваться вариантные сопряжения связи ЧПУ с внешними устройствами на базе типовых и специальных блоков и разделение математического обеспечения устройства на внутренние, организующие общее функционирование устройства ЧПУ, и внешнее, обеспечивающее решение задач управления.

Требования к системам автоматической смены инструмента (АСИ) и заготовок (АСЗ)

В состав АСИ входят следующие основные узлы: магазин инструмента, механическая рука, приводная часть.

Магазин инструментов предназначен для хранения инструмента и поиска его для подачи на станок. Состав подузлов и деталей магазина, а также варианты компоновок зависят от конструкции конкретного станке. Механическая рука предназначена для передачи инструмента из магазина инструментов в шпиндель станка и включает в себя собственно руку, траверсу, датчики поиска инструмента и гнёзда, фиксирующие устройства. Приводная часть предназначена для сообщения необходимых движений механизмам магазина инструментов и механической руки при их совместной работе в соответствии с заданным циклом.

Требования к системе АСИ вытекают непосредственно из их назначения и известных требований к механическим агрегатам. Специфические особенности относятся к управлению АСИ, которое должно обеспечивать:

возможность поиска кодированного инструмента в режиме наикратчайшего пути, установку инструмента в любое свободное гнездо, в том числе большего диаметра с пропуском соседних гнёзд, реализацию постоянных циклов и функций логики релейной автоматики, прогнозирование и диагностику неисправностей.

К системе АСЗ относятся одно и многоместные загрузочно-разгрузочные устройства, приводные элементы, сменные столы-спутники.

Основные требования к агрегатам этой системы такие же как и к АСИ. Система АСЗ должна обеспечивать работу станка как в автономном режиме, так и в составе автоматического участка. Фиксация спутника с заготовкой на столе станка должна выполняться с точностью, обеспечивающей требуемую точность обработки изделия. На верхнем зеркале столов-спутников должны быть выполнены в прямоугольной системе координат фиксирующие и резьбовые отверстия для закрепления зажимных приспособлений. Приводная станция, приводы и блоки управления должны обеспечивать возможность наращивания объёма функций автоматизации.

Требования к системе диагностики станков.

Система диагностики станка предназначена для сокращения времени ремонтных простоев и повышения точности и производительности обработки заготовок на станке. Эта система выполняет сопоставление параметров, характеризующих состояние систем и агрегатов станка с заданными для осуществления быстрого поиска неисправностей и принятия решения о возможности продолжения работы. Базовый вариант системы включает в себя контрольные точки и датчики, сигналы которых используются для оценки состояния сиетем и механизмов станка, устройства для усиления, фильтрации и первичной обработки диагностических сигналов, каналы связей, устройства для вычисления и сравнения сигналов, устройства для выдачи диагноза, включающего указание места, вида и способа устранения неисправностей. Система диагностики может включать также датчики комплексного вибрационного или акустического контроля состояния станка и контроля важнейших кинематических пар в подшипниках шпинделя, элементах передачи винт — гайка качения и др.

Система диагностирования должна обеспечивать, укрупнённую оценку работоспособности и выявление отказа важнейших систем и механизмов станка: устройств ЧПУ, систем гидрооборудований, смазки, электрооборудования, приводов главного движения и подачи, устройств АСИ и АСЗ. Более глубокое диагностирование должно обеспечивать выявление причин снижения точности обработки заготовок, поломки режущего инструмента или оценки его стойкостной характеристики, определение для каждой контрольной точки предельных величин сигналов в проверяемом режиме, помехозащищенность полезного сигнала и распознавание по нему кодового состояния. Результаты диагностирования систем и механизмов станка должны определяться специальными тестами или с помощью ЭВМ. Приведенные требования относятся к диагностированию станков с высоким уровнем автоматизации. Для станков с меньшим уровнем автоматизации состав системы диагнозирования соответственно сокращается.

Требования к технологичности станков.

Общие требования к технологичности металлорежущих станков сводятся: к сокращению количества оригинальных деталей в составе механических узлов и агрегатов и номенклатуры стандартных размеров под крепежные и другие детали, к созданию конструкции основных деталей, в максимальной степени отвечающих требованиям их обработки на станках с ЧПУ, к разработке конструкции узлов и агрегатов, обеспечивающих возможность их сборки с минимумом пригоночных и отладочных работ, к обеспечению выходных норм точности станков за счёт рационального подбора допусков на отдельные детали и узлы, к обеспечению использования типовых технологических методов обработки заготовок.

Требования к технике безопасности.

Станки должны обеспечивать полную безопасность в работе для обслуживающего персонала. При разработке станка обеспечиваются следующие требования: движущиеся части станков и транспортных устройств с опасной стороны должны быть ограждены и окрашены в желто-красный цвет; должна быть обеспечена защита оператора от стружки, СОЖ, воздушных потоков, создаваемых электродвигателями;

должны быть предусмотрены механические и электрические блокировки, обеспечивающие надёжность работы всех механизмов и исключающие непроизвольное включение или переключение; манипуляторы для смены инструмента и заготовок должны иметь надежно действующие замковые устройства гарантирующие невозможность выпадания инструмента или заготовки во время их автоматической смены; уровень вибрации и звуковой мощности, а также общие требования безопасности, должны быть в пределах норм государственных стандартов, действующих на момент создания МС.

Требования к эстетике и эргономике.

Станки должны иметь современные внешние формы и высококачественную отделку. Местное освещение станков должно обеспечивать освещённость рабочей зоны в соответствии с требованиями санитарных норм и правил, действующих на момент создания станка. Зона обслуживания станка должна быть доступна для рабочего и обеспечивать возможность удобного выполнения работ по установке крепёжных приспособлений, загрузке магазина инструментами, отладке управляющих программ и других работ. Управление станком (или группой станков) в процессе наладки должно осуществляться от дистанционного ‘или встроенного пульта. Органы управления должны быть сгруппированы в соответствии с их функциональным назначением. Все органы управления должны быть снабжены таблицами и соответствующими символами. Окраска станков проводится в соответствии с действующими нормативными допусками.

Выбор технических характеристик станка при проектировании

Технические характеристики включают: основные размеры и массу станка, показатели точности, кинематические и силовые характеристики и другие показатели.

Размеры и масса. Основные размеры станков устанавливают по нормальным рядам чисел, принятых в станкостроении. Приняты геометрические ряды со знаменателями 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2. Наибольшее распространение получил ряд со знаменателем 1,26. Предпочтительные размеры выбираются в необходимом диапазоне из следующих чисел (табл. 1.1).

Расчетные формулы при точении

Подборка ссылок иллюстрированных из промышленных каталогов

380 Токарные формулы для расчета параметров при механической обработке Скорость резания Подача на один оборот Средняя шероховатость поверхности при точении Таблица № 1293 Токарные расчетные формулы Расчет скорости резания исходя из обрабатываемого диаметра Шероховатость обработанной поверхности Машинное время обработки 942 Расчет основных технологических при токарной обработке Скорость резания Производительность механической обработки Влияние основных углов на процесс резания при 943 Расчет машинного времени при токарной обработке Однопроходное и многопроходное продольное точение Поперечное точение Обработка канавок Отрезка на токарном метал 224 Основные формулы для расчета и обозначения Точение на токарном металлообрабатывающем оборудовании Число оборотов Скорость резания Скорость подачи Попе 351 Основные формулы и определения для токарной обработки на металлообрабатывающем оборудовании Скорость резания м/мин п х Dm х n c = 1000 Частота вр 809 Основные формулы токаря Расчет частоты вращения шпинделя металлорежущего станка Скорость резания при токарной обработке Производительность металлообработки Удельный съё 391 Основные токарные формулы для расчета параметров механической обработки на металлообрабатывающем оборудовании FORMULAE FOR CALCULATING CUTTING DATA Величин 48 Основные токарные расчетные формулы Принятая система буквенных обозначений основных параметров при токарной металлообработке Частота об/мин Скорость резания м/м 494 Теоретические основы точения на станках Влияние основных углов классического токарного резца на процесс резания Определение Назначение Особенности Угол нак 495 Расчетные формулы для основного машинного времени при различных видах токарной механической обработки Продольное точение Поперечно точение подрезка торца з 1623 Основные расчетные формулы при токарной обработке на металлорежущих станках Расчет мощности Скорости резания Подачи Основного машинного времени Шер

См.также / See also : Расчетные формулы при сверлении
Расчетные формулы при фрезеровании

Примеры полноразмерных страниц из промышленных каталогов

380 Каталог PRAMET 2014 Токарная обработка Отрезка Обработка канавок Нарезание резьбы от PRAMET Стр.379

Токарные формулы для расчета параметров при механической обработке Скорость резания Подача на один оборот Средняя шероховатость поверхности при точении Таб

Токарные формулы для расчета параметров при механической обработке Скорость резания Подача на один оборот Средняя шероховатость поверхности при точении Таблица № 27 формулы для расчета параметров величина формула для расчета Единица Число оборотов v .1000 = D [об/мин] Скорость резания D. n V = 1000 [м/мин] Подача на один оборот f. J min Jot = n [мм/об] Минутная подача (скорость подачи s V a fm [м/мин] Теоретическое значение максимальной микронеровности поверхности

809 Каталог WALTER 2013 Дополнение к общему Стр.H-5

Основные формулы токаря Расчет частоты вращения шпинделя металлорежущего станка Скорость резания при токарной обработке Производительность металлообработки Удельный съё

Основные формулы токаря Расчет частоты вращения шпинделя металлорежущего станка Скорость резания при токарной обработке Производительность металлообработки Удельный съём материала Поперечное сечение стружки Общая техническая информация Формулы для токарной обработки Walter Частота вращения vc х 1000 min1 Dc х7Е J Скорость резания Dc хх n vR = 1000 m/min Подача Vf = n x f mm/min Удельный съём материала Q = vcxapxf cm3/min Поперечное сечение стружки A=hxb = apxf mm2 Ширина стружки, толщина стружки ап b = mml h = f х sinK mm siriK 1 1 Основная сила резания Fc = Ax kci.1 xh-«10 N Мощность привода Pmot = 1СГС- kW 60000 x ri Время обработки th = f X n min Глубина профиля, шероховатость Rmax — g x r x 1000 pn n Частота вращения мин-1 Dc Диаметр заготовки мм Vc Скорость резания м/мин Vf Подача мм/мин f Подача на оборот мм Q Удельный съём материала см3/мин aP Глубина резания мм A Поперечное сечение стружки мм2 h Толщина стружки мм b Ширина стружки мм к Угол в плане Fc Сила резания N kc1.1 Удельная сила резания Н/мм2 для поперечного сечения стружки 1 мм2 mc Поправочный коэффициент для фактической kc P mot Потребляемая мощность кВт th Машинное время мин lm Длина обработки мм Rmax Высота профиля мкм r Радиус на уголках мм n КПД станка (0,75 — 0,9) mc и kc 1.1 см. таблицу на стр. H 7 в Общем каталоге Walter 2012. a p H-5

Каждый электрик должен знать:  Подключение плавного пуска к электропиле
Добавить комментарий