30189

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАНОЧНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Так при требуемой точности ПОЗИционирования шпинделя 01максимальной частоте вращения двигателя 30005000 об мин суммарный диапазон изменения частоты вращения должен быть не менее 10000 Электромеханический способ регулирование скорости частоты вращения для приводов главного движения является наиболее перспективным. Требуемый технологический диапазон регулирования скорости шпинделя с постоянной мощностью равный 20 50 при двухступенчатой коробке скоростей можно обеспечить при электрическом регулированни скорости двигателя с постоянной...

Русский

2013-08-23

113.5 KB

41 чел.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАНОЧНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ

Требования к электроприводам и системам управления станками определяются технологией обработки, конструктивными возможвостями станка и режущего инструмента.

Основнымн технологическими требованиями являются обеспечение: самого широкого круга технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента; максимальной производительности; наибольшей точности обработки; высокой чистоты обрабатываемой поверхности;высокой степени повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии (стабильности).

Удовлетворение всем этим и другим требованиям зависит от характеристик станка и режущего инструмента, мощности главного привода и электромеханиских свойств приводов подач и систем управления.При всем многообразии станков требования, предъявляемые к приводам станков, определяются главным образом яе тем, к ка- кой группе относится станок, а для какого движения предназначен привод: главного, подачи или вспомогательно. Имеино это оп ределяет мощность, способ и диапазон  регулировання скорости, необходимую плавность регулирования, требование к жесткости и стабильности характеристик, требования к динамике.

Электроприводы главного движения. Мощность, .развиваемая при резаиии, определяеться скоростью резания и усилием резании. Усилие резания F2 определяется подачей и  глубнной резания при неизменных материалах и геометрии резца и заготовки (см. § 14.3).

Для приводов главного движения наиболее рациональным явлется способ регули рования скорости постоянной мощностью, так как большим скоростям резания соответствют меньшие усилия резания , а меньшим скоростям болшие усилия .

Диапазон регулирования частоты вращения определяется пределами скоростей резанИИ» и диаметров обрабатываемых изделий. Это определяется тем, что на универсальных станках могут обрабатываться детали из различных материалов с разных размеров, в частности разных диаметров. Для обработки изделий одинакового диаметра из различиых материалов необходимо обеспечить определенный диапазон регулирования скорости резания. с другой стороны, рациональная об работка изделий из одного и того же материала, но разных диаметров, требует постоянной скорости, м/мин,

                                                         v= πdn/1000=const.

Соблюдение условия v= const достигается регулироваиием скорости привода с диапазоном регулирования, определяемым диапазоном дbаметров. Так, для токарных стан ков с диаметром устанавливаемых изделий d от 320 до 1000 мм требуемый днапазо регулирования частот вращения около 50, а для токарно-карусельных станков с диаметром обрабатываемости изделия от 1250 до 4000 мм он доходит до 80.

В высокоавтоматизированных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции,выполияемые электроприводом главного движения, значительно усложнены.

Помимo стабилизации частоты вращения, при силовых режимах резания требуются обеспечение режимов позиционирования шпиндeля при автоматической смене инструмента и производстве легких долбежных и строгальных работ, а также возможность нарезания резьбы как метчиками, так и резцами. Это неизбежно ведет кувеличению требуемого диапазона регулирования частоты вращения. Так, при требуемой точности ПОЗИционирования шпинделя 0,1максимальной частоте вращения двигателя 3000-5000 об/мин суммарный диапазон изменения частоты вращения должен быть не менее 10000

Электромеханический способ регулирование скорости (частоты вращения) для приводов главного движения является наиболее перспективным. Требуемый технологический диапазон регулирования скорости шпинделя с постоянной мощностью, равный 20—50 при двухступенчатой коробке скоростей, можно обеспечить при электрическом

регулированни скорости двигателя с постоянной мощностью в диапазоне  5: 1 — 10 : 1, что вполне осуществимо при современных дпт. На скоростях ниже номинальных регулирование осуществляется с постоянным моментом. Таким образом, получается двухзонное регулирование скорости, при небольшой мощности главного привода применяют однозонное регулирование скорости с постоянным моментом.

Плавность регулирования φ  при ступенчатом регулировании скорости устанавливается из следующего ряда: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2. При электрическом регулировании возможно обеспечить плавность φ1 = 1

Стабильность работы привода характеризуется перепадом частоты вращения при изменении нагрузки, напряжения питающей сети, температуры окружающего воздуха и т.п. Пог решность регулирования определяется суммированием следующих отклонений; отклонение частоты вращения при изменении нагрузки на — 0,4 /ном по отношению к 0,6 /ном при номинальном напряжении питания и постоянной температуре окружающей среды 20± 5°С; изменение частоты вращения при изменении температуры окружающей среды от 20±5 до 45 °с при питании номинальным напряжением при номинальной нагрузке /ном; изменение частоты вращения при изме нении напряжения питания на ± 10 % к номинальному при  холостом ходе и постоянной температуре.

Погрешность частоты вращения прн изменении нагрузки определяется по формулам:

                                

Погрешность частоты вращения при изменении температуры :

                                 

Погрешность частоты вращения при изменении напряжения сети :

                          

Суммарная погрешность частоты вращения  :

                             

                      

Погрешность частоты вращения при изменении направления вращения определяется при холостом ходе привода, номинальном напряжении питания и температуре окружающего воздуха 20 ± 5 °С и рассчитывается по формуле :

                                               

где ппр, пл — частота вращения при правом и левом направлениях.

Значения допустимых погрешностей частоты вращения и коэффициента неравномерности в различных диапазонах регулирования приведены в табл. 14.2. Коэффициент неравномерности рассчитывается как отношение разности максимальной п1 и минимальной п2 мгновенных частот вращения к средней частоте вращения при холостом ходе привода:

                  

                                               

В современных станках с ЧПУ динамические характеристики приводов главного движения по управлению прямым образом определяют производительность, что нехарактерно для других станков, где электропривод главного движения, в основном был предназначен для длительных режимов работы с номинальными мощностями. Цикл смены инструмента происходит за 5— 10с, при этом время позиционирования шпинделя и, следовательно, время пуска и торможения с любой частоты вращения не должны превышать 2—4 с. При наличии зазоров в кинематической цепи главного привода перерегулирование приводит и дополнительным затратам времени на позиционирование, поэтому появляется необходимость обеспечения монотонного апериодического характера изменения скорости.

Динамические характеристики электропривода по нагрузке практически определяют точность и чистоту обработки изделия, а также стойкость инструмента. Устойчивый процесс резания при необходимой точности и чистоте поверхности возможен, если параметры настройки привода обеспечивают при набросе номинального момента нагрузки максимальный провал скорости не более 40 % при времени восстановления, не превышающем 0,25с.

Отличительной особенностью главного привода для высокоавтоматизированных станков с ЧПУ является необходимость применения реверсивного привода даже в тех случаях, когда по технологии обработки не требуется реверс. Требование обеспечения эффективного торможения и подтормаживания при снижении частоты вращения и режимов поддержания постоянной скорости резания приводит к необходимости применении реверсивного привода с целью получения нужного качества переходных процессов.

В ряде шлифовальных и сверлильных станков требуется получение высоких частот вращения двигателей. Например, при внутреннем шлифовании отверстий с диаметрами от 1 до 800 мм линейная скорость круга должна сохраняться- в пределах 12—120 м/с. Ввиду большого диапазона изменения размеров отверстий частота вращения шлифовального круга должна составлять 2—200 тыс. об/мин. В многошпиндельных сверлильных стайках, предназначенных для сверления печатных плат, также требуется получение высоких частот вращения 6—60 тыс. об/мин. Аналогичные примеры использования высокоскоростных механизмов имеются в координатно-шлифовальных, заточных, резьбои шлицешлифовальных станках.

Получение столь высоких частот вращения возможно путем применения повышающей ременной передачи от двигателя с частотой вращения 3000 об/мин либо высокоскоростных двигателей. В первом случае используются короткозамкнутые АД с частотой питания сети 50 Гц. Такое решение применяется при мощности до 2—3 кВт и частоте вращения круга до 18тыс. об/мин. Прн применении указанного типа привода на частоты. вращении более 20 тыс. об/мин получается неблагоприятное соотношение диаметров шкивов на двигателе и шпинделе. Угол охвата ремнем шкива на шпинделе оказывается недостаточным для передачи требуемой мощности. Использование второго типа привода с высокоскоростным двигателем — электрошпинделем, на валу которого крепитси режущий инструмент, позволяет получить наиболее рациональную конструкцию механизма главного движения.

Однако только упрощение конструкции главного привода не решает задачи существенного повышения производительности и качества обработки на станках. Например, в шлифовальных станках широкий диапазон размеров шлифуемых отверстий требует применения различных шлифовальных кругов. Это вызывает необходимость в изменении частоты вращения двигателя при изменении размера отверстий, износе шлифовального круга в процессе работы. До настоящего времени в большинстве станков для изменении частоты вращения круга менялся элекгрошпиндель. На одном станке использовалось до четырех сменных электрошпинделей с различными номинальными частотами вращения.

Применение регулируемого привода с электрошпинделем позволяет сохранить неизменной скорость шлифования по мере износа круга. Обеспечивается получение оптимальных режимов обработки путем регулирования скорости резания. В стайках, где требуется широкий диапазон частот вращения шлифовальных кругов, применеиие регулируемого привода обеспечивает требуемые режимы шлифования без смены двигателя, что позволяет повысить производительность станка путем снижении вспомогательного времени при переналадке и смене шпинделя.Выпускаются также станки с пневмошпинделями, частоту вращения которых можно регулировать с помощью специальных устройств. Однако мощность пневмошпинделей не превышает 1 кВт, что ограничивает область их применения.

Требования к высокоскоростным приводам в значительной степени определяются уровнем автоматизации станка. Развитие шлифовальных станков характеризуется резким ростом за последние 15 лет потребной мощности электрошпинделей. Это приводит к тому, что на станках-автоматах электрошпиндели в номинальном режиме используются на предельных режимах. Необходимость регулирования в режиме с постоянной мощностью нагрузки требует соответствующего завышения установленной мощности электрошпинделей. Это требование вступает в противоречие с возможностью изготовления электрошпинделя за большие номинальные мощности. Поэтому следует ожидать применения регулируемого главного привода с ограниченным диапазоном до 1,5:1. Для получения большего диапазона необходимо ставить электрошпиндель с другим значением номинальной частоты вращения при сохранении требуемой мощности резания.

В универсальных внутришлифовальиых и других станках ввиду существенно меньших  требуемых мощностей диапазон бесступенчатого регулирования главного привода уста- навливается исходя из технологических требований и экономических обоснований и соображений по возможности завышения устанОВленной МОЩНОСТИ привода. Основные требования к главным приводам различных групп станков приведены в таблице.

В координатно-шлифовальных станках требуемая мощность шлифования невелика, что позволяет на диапазон частот вращения от 12 до 96 тыс. об/мин использовать лишь три регулируемых сменных шпинделя.

Таким образом, в станках-автоматах общий диапазон регулирования частоты вращения достигает 4:1. В процессе обработки однотипных деталей необходимо регулирование в диапазоне до 1,5:1. В универсальных станках общий диапазон регулирования составляет (5—8): 1, однако из-за существенно менее интенсивных режимов резания мощности требуются значительно меньшие. При частотах вращения 12—18 тыс. об/мин, мощность шлифования не превосходит 2—3 кВт.

Ряд других требований к высокоскоростному электро приводу не отличается от р ссмотренных ранее для систем постоянного тока.

Электроприводы подачи. Расширение технологических возможностей станков n в первую очередь многооперационных (обрабатывающих центров), а также освоение нового твердосплавного и быстрорежущего инструмента обеспечили возможность проведения на одном станке различных технологических операций: фрезерования, сверления и растачивания; точения, сверления и растачивания

Эго в свою Очередь привело к усложнению электроприводов подач вследствие увеличения вращающего момента на валу двигателя, расширения диапазона рабочих подач и установочных перемещений, увеличения быстродействия привода как при управляющем воздействии, так и при возмущении по нагрузке и т. д.

В последние годы существенно изменялась конструкция станков вследствие значительного сокращения механической части приводов подач. В ряде случаев стала возможной установка высокомоментных двигателей, имеющих меньшие габаритные размеры по сравнению с обычными ДПТ с электромагнитным возбуждением, непосредственно на ходовой винт. Исключение коробки передач привело не только к сокращению механической части привода, но также и к повышению КПД и снижению момента инерции электромеханического привода. В связи с этим снизилась нагрузка на двигатель при холостых перемещениях на аозросла составляющая отрезания в общей нагрузке приводов подач. В большинстве современных станков средних размеров нагрузка на двигатель при рабочих подачах без резания составляет не более 20—30 % номинальной.

Рост составляющей от сил резания в общей нагрузке на привод подачи увеличил колебание нагрузки на электроприводе подачи при резаиии, что ужесточило требование к статической  динамической жесткости привода подачи.

Увеличение скорости быстрых перемещений до 10؛м/мин, снижение скорости устано- вочных перемещений привело к значитель ному увеличению диапазона регулирования. Максимальная рабочая подача на современных многооперационных станках составляет 10—30 % скорости быстрых перемещений.

Полный диапазон регулирования в станках фрезерной, расточной и токарной групп состовляет 10-10 000 , а в карусельных расширяется до 30 000—40 000. Реальный диа- позон регулирования привода подачи каждой оси в станках с чпу при контурном фрезеровании бесконечен, так как минимальная подача по каждой оси в двух точках обрабатываемой окружности равна нулю.

Скорость быстрых перемещений зависит от характеристик механической части привода, максимальной частоты сигнала управлении приводом от системы ЧПУ, дискретности управления, максимальной частоты вращения приводного электродвигателя, коэффициента редукции передачи от двигателя к механизму, коэффициента усиления по скорости следущего привода и максимального значения ошибки, запоминаемой системой ЧПУ.

На небольших токарных и сверлильных стайках, в том числе дли сверления печатных плат с большим количеством операций и малым ходом, наибольшее значение имеет быстродействие привода и систем ЧПУ. В этих случаях часто производительность ограничена самим станком. В соответствии с предельными характеристиками передач винт—гайка качения определяются максимальная требуемая частота вращения двигателя и максимально допустимое ускорение как отношение максимального вращающего момента к собственному моменту инерции винта. Таким образом, в каждом конкретном случае может быть найдено минимально допустимое время переходного процесса по условиям механической прочности передачи винт—гайка качения.

Система ЧПУ также вносит ограничение -минимального времени разгона и замедления привода. Как известно, система может запомнить ограниченную ошибку между заданным и действительным положениями координатных осей станка. Эта ошибка в разных системах составляет от ± 0,5 мм (Н22, НЗЗ, Н55) до ± 10 мм (1Н22, размер 4) при линейной зависимости сигнала, управляющего электроприводом, от ошибки. Это рассогласование может быть увеличено в переходных режимах при наличии так называемого накопителя в системе ЧПУ соответственно до ± (3—5) мм в до ± 20 мм. При этом сигнал управления приводом остается на неизменном уровне, соответствующем рассогласованию:± 0,5 или ± 10 мм, до выхода системы из накопителя. Из-за неудовлетворительных динамических свойств регулируемого электропривода, особенно при возмущении по нагрузке, появляется шероховатость поверхности, поэтому весьма важно обеспечить высокое быстродействие привода при сбросе и набросе нагрузки, а также приреверсе двигателя под нагрузкой на самых малых частотах вращения (контурное фрезерование в режиме- круговой интерполяции). Для электроприводов подач изменение частоты вращения при набросе и сбросе нагрузки 0,5 Mном относительно уровня 0,5 Mном не должно превышать 100 %  при n= 0,001 Пном и времени восстановления 100 мс. Время реверса под нагрузкой Мном   n=0,001 Пном  не  более 0,5 с.

Стабильность позиционирования и обработки в значительной степени зависит от стабильности электромеханической системы приводов подач, которая определяется стабильностью ее звеньев и в первую очередь привода, датчика положения и системы ЧПУ. Стабильность характеристик комплектного электропривода при достаточно большом коэффициенте усиления определяется стабильностью входного усилителя и датчика скорости — тахогенератора. Причем наибольшая нестабильность имеет место при малых частотах вращения, когда полезный сигнал соизмерим с дрейфом нуля усилителя и падением напряжения в щеточном контакте тахогенератора. Именно поэтому в большинстве широкорегулируемых приводов, выпускаемых ведущими зарубежными электротехническими фирмами, применяются высокостабильные входные полупроводниковые усилители и устанавливаются серебряные щетки на тахогенераторе. Порядок величин, характеризующих допустимые нестабильности входного сигнала и сигнала обратной связи, можно определить из следующих рассуждений. В большинстве систем ЧПУ ошибке в 10 мм соответствует, сигнал управления приводом, приблизительно равный 10 В. Таким образом, нестабильности сигнала в 1 мВ соответствует ошибка 1 мкм. А так как нестабильность привода подачи является лишь составляющей в общей доле нестабильности позиционирования и обработки, то можно судить об исключительно высоких требованиях к стабильности характеристик регулируемого электропривода. Погрешности, допустимые для современных приводов подач, в соответствии с требованиями Интерэлектро приведены в табл 14.4. Формулы, по которым рассчитываются погрешности, те же, что для главного привода.

                                 

Другим фактором, влияющим иа стабильность. а следовательно, и на идентичность  параметров при обработке партии деталей, является характер переходного процесса по управляющему воздействию в замкнутых системах следящего на регулируемого электроприводов. При апериодическом переходном процессе и движении в одну сторону не происходит раскрытие люфтов в механических узлах, а также отсутствует влияние гестерезиса, что приводит к существенному повышению стабильности и точности позиционирования и обработки.

В соответствии с проведенным анализом можно сформулировать качественные требования к станочным электроприводам. Количественные оценки должны быть определены конкретно применительно к каждой группе станков. Установка во всех станках сверхточных, сверхбыстродействующих и сверхстабильных электроприводов сопряжена со значительными техническими трудностями и необоснованно высокими экономическими затратами.

Таким образом, основные требования, предъявляемые к современным станочным электроприводам, следующие: минимальные габариты электродвигателя при высоком решающем моменте; высокая максимальная скорость; значительная перегрузочная способность привода в режимах кратковременной и повторно-кратковременной нагрузки; широкий диапазон регулирования; высокая стабильность характеристик и в первую очередь усилителя и тахогенератора; высокое быстродействие при периодическом характере переходных процессов разгона и торможения; высокое быстродействие при набросе и сбросе нагрузки и при реверсе под нагрузкой на самых малых частотах вращения; высокая равномерность движения при различной нагрузке на всех скоростях вплоть до самых малых; высокая надежность и ремонтопригодность; удобство конструктивной установки двигателя на станке и встройки преобразователей в шкафы и ниши станков; малые габаритные размеры и расход активных материалов; небольшой расход дифицитных материалов; Простота наладки, ремонта и эксплуатации; высокая унификация узлов и отдельных элементов; высокая экономичность и малая стоимость.

Как видно из перечисленных, а также многих других требований, совмещение всех их в одном устройстве принципиально невозможно. Поэтому при проектировании и применении станочных электроприводов в каждом конкретном случае удовлетворение одним требованиям достигается в ущерб другим.

В силу этого для правильного выбора электроприводов станков очень важно иметь возможно более полный перечень характеристик применяемых электроприводов и в первую очередь удовлетворяющих отмеченным требованиям.

14.3. Определение мощности электроприводов металлорежущих станков

Определение мощности электроприводов металлорежущих станков, как и в других случаях, производится по методике, изложенной в разд. 7. Для определения нагрузки двигателя необходимо определить режимы резания, т. е. скорость, усилие и мощность резания, для наиболее тяжелого режима обработки.

Электропривод главного движения. Каждый вид обработки характеризуется оптимальными значениями скоростей, усилий и мощностей, зависящих от материала детали, материала и геометрии режущего инструмента, которые определяются по эмпирическим формулам или по специальным картам технологических нормативов. Например, при точении оптимальная скорость резания

                                            рис14.2

где Cv — коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и материал резца, а также вид токарной обработки (при обработке стали и чугуна твердосплавными резцами Cv=40÷260  и резцами из быстрорежущей стали Cv=18÷54 — стойкость резца (время работы его между двумя соседними заточками),для токарных работ T=60÷180 мин; t= глубина резания, измеряемая расстоянием между обрабатываемой и обработанной поверхностями (для черновой обработки t= 3÷30мм, при чистовой t= 0,1÷2мм); s-подача, представляющая собой перемещение резца, приходящееся на один оборот изделия (при черновой обработке s=0,4÷2 мм/об, при чистовой, s=0,1÷0,4 мм/об);,,— показатели степени, зависящие от свойста обрабатываемого металла, материала резца и вида обработки

В процессе снятия стружки резцом возникает усилие, приложенное под некоторым углом к режущей кромке инструмента, которое можно представить в виде трех составляющих: — тангенциальное усилие или усилие резання; — радиальное усилие, создающее давление на суппорт;— осевое усилие или усилие подачи, преодолеваемое механизмом подачи.

Для расчета усилия резания ,Н, используются эмпярические формулы типа

                                     рис 14.3

где  — коэффициент, характерязуюший обрабатываемый материал, материал резца и вид токарной обработки (при обработке стали твердосплавным резцом  = 208, при обработке серого чугуна  = 92); t,s,v - то же, что и в (14.2); к — произведение поправочных коэффициентов. Значения коэффициентов и показателей степени находятся по справочнику режимов резания [14.3]. Радиальное усилие и усилие подачи выражаются формулами, аналогичными (14.3), но со своими коэффициентами [14.3].

В электроприводах главного движения металлорежущих станков полезным является усилие резания. Оно зависит от режимов резания (глубины, подачи, скорости), материал، обрабатываемого изделия и режущих свойств инструмента. Поэтому прежде всего при известном материале изделия выбирают технологические режимы резания на каждом переходе обработки. Соответственно выбирают резцы, их тип, геометрию и способ охлаждения, определяют длины обработки и по справочникам режимов резания назначают глубины резания t, подачи S в для каждого перехода рассчитывают скорость и усилие резания по эмпирическим формулам [14.3]. При врашательном главном движении в станках токарной группы, расточных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных момент, Н*м, на шпинделе станка от усилия резания будет

                                                         = = d/2,

где = — усилие резания, Н; d - диаметр обрабатываемого изделия или инструмевта, м.Момент на шпинделе станка определяет полезный момент на валу двигателя

                                           =/i= d/i  

где i — передаточное отношение от вала двигателя к шпинделю станка

При поступательном главном движении например на продольно-строгальных, продольно-фрезерных и других станках, полезный момент на валу двигателя определяется усилием резания и радиусом приведения усилий к валу двигателя р:

                                              =

Радиус приведения усилия резания к валу двигателя р определяется соотношением линейной скорости движения стола станка V, а угловой скорости двигателя  =

Момент статического сопротивления на валу двигателя определяется полезным моментом с учетом потерь на трение в передачах  

                                           

где  - КПД передач от шпинделя или стола стайка к двигателю, куда входят редукторы, коробки скоростей и другие передачи.

На станках с горизонтально расположенными вращающимися планшайбами или движущимися столами, на карусельных, продольно-строгальных, продольно-фрезерных и других станках двигатель должен развивать дополнительное усилие, Н, преодолевающее усиление трения в направляющих планшайбы или стола,

                                             

где  — сумма , действующий нормально к направляющим планшайбы или стола,  — коэффициент трения о направляющие.

Сумма сил, действующих нормально к направляющим, определяется массой планйбы или стола , массой детали , установленной на планшайбе или столе, и составляющей усилия резання ,направленной нормально к направляющим:

                                                

В установившихся режимах на планшайбах карусельных и столах продольнострогальных и фрезерных станков определяют тяговое усилие, состоящее из усилии резания и трения,

                   

Тогда статический момент нагрузки валу двигателя при вращении:

                                           

и при поступательном движении:

                                                

В результате технологической проработки, выполняемой на стадии проектирования с учетом номенклатуры режущего инструмента и набора представительных деталей, предназначенных для обработки на данном станке, формируются технические характеристики стайка и, в частности, зависимость эффективной мощности  главного привода от частоты вращения шпинделя.

Процесс токарной обработки происходит при постоянной мощности резания  =  поскольку соблюдается соотношение

                                      

Расчет усилия резания для каждого типа станка имеет свои особенности, поэтому дли расчета необходимо пользоваться специальной литературоq

[14.4-14.5]. Например, нагрузка на валу главного двигателя карусельного станка (вращение планшайбы) складывается из усилий, затрачиваемых на резание, и усилий трения исправляющих планшайбы и передачах коробки скоростей, которые не постоянны и зависят от скорости Мощность главного электропривода тяжелого карусельного станка складывается из мощностей, затрачиваемых на резание, на преодоление трения в напpaвляющих планшайбы, на преодоление потерь в коробке скоростей от резания и от вращения планшайбы. Усилия трения, зависящие от скорости, оказывают влияние и на переходные процессы главного привода.

В металлорежущих станках при расчетах режимов резания обычно, минуя определение усилия резания и момента, по эмпирическим формулам или таблицам-картам подсчитывают мощность резания, далее с учетом потерь в передачах находят значения мощности на валу двигателя для каждого перехода обработки детали и на холостом ходу, а затем строят нагрузочные диаграммы в виде необходимой мощности двигателя за цикл.

Предварительно выбирают двигатель, исходя из среднего значения нагрузки за цикл с запасом на 20—30 % по мощности  (1,2-1,3-؛) Рср, где  — номинальная мощность двигателя; Рср — среднее значение необходимой мощности за цикл.

Выбранный двигатель проверяют по нагреву для полученной диаграммы нагрузки методом средних потерь для случая асинхронного двигателя и методом эквивалентных значений, если применяется ДПТ с регулированием скорости.

Если двигатель работаете повторно-кратковременном режиме, то при расчете мощности следует учитывать длительность переходных процессов, а при методе средних потерь, кроме потерь энергии в установившемся движении, следует подсчитывать потери энергии, имеющие место при пуске и торможении двигателя. После проверки двигателя по нагреву его следует проверить по допустимой кратковременной перегрузке Мтах. где Мтахмаксимально возможный в рабочем цикле момент; номинальный момент выбранного двигателя; тл — коэффициент допустимой перегрузки.

Электропривод механизма подачи. Первоначальным этапом расчета привода является выбор исполнительного двигателя. От правильного выбора двигателя зависят обеспечение всех технологических режимов обработки и необходимых динамических характеристик, а также конструкция механической части привода.

Исходными данными для выбора привода подачи служат: масса перемещаемого органа привода вместе с деталью или инструментальным магазином; сила трения в опорах, направляющих и в передаче; передаточные отношения механических звеньев привода (коробки передач, винтовой пары, передачи рейка —шестерня и т. д.); моменты инерции механических звеньев; КПД механических передач; скорости быстрого хода и диапазон рабочих подач; допустимые для механизмов ускорения и необходимое время переходных процессов; циклограмма нагрузки двигателя при работе механизма. Кроме того, для правильного выбора двигателя необходимо знать законы его регулирования и управления в переходных режимах. Как правило, в механизмах подач регулирование частоты вращения двигателя оуществляются при постоянном моменте изменением напряжения на якоре. Закон управления при разгоне и торможении реализуется системой управления станком, в частном случае — системой программного управления. Наиболее распространенными законами управления являются скачкообразный и линейно-изменяющийся, однако возможны и другие формы задающих сигналов.

Частота вращения двигателя определяется по скорости перемещения рабочих органов станка и передаточным отношением механической передачи:

дли передачи винт-гайка:

                                            

для передачи рейка-шестерня:

                                            

Максимальная частота вращения двигателя :

                                 

Максимальная и минимальная частоты вращения двигателя соответственно равны:

                                      

 

Где – скорости быстрога хода максимальной и минимальной рабочих подач , t — шаг винта; d— диаметр шестерни;  — передаточное отношение зубчатой, червячной или ременной передачи коробки подач. Общий вращающий момент двигателя складывается из статического и динамического момента:

                                                      

Статический момент определяется усилием, передаваемым в направлении подачи при установившемся движении органа станка. Усилие подачи по оси х :

                                                   

Где , , не учтенное в

При резании статический момент равен сумме моментов от составляющей усилия резания вдоль оси станка , и от сил трения  в подвижных звеньях механизма:

                                             

При установившемся движении на быстром ходу статический момент равен моменту холостого хода:

                                                       

Для вертикальных и наклонных осей должен быть учтен дополнительный момент на двигателе  от полной или неуравновешенной части веса G перемещаемых узлов: для передачи винт-гайка  ; для передачи рейка-шестерия

Момент на двигателе от силы резания: для передачи винт-гайка

         

                                       

для передачи рейка—шестерня 

                                            

где 2π/t — передаточное отношение передачи винт-гайка.

Обычно КПД передачи винт-гайка качения без натяга  = 0,95, с натягом  = 0,85÷0,8- зубчатой коробки скоростей  = 0,85÷0,9. При установке двигателя иа ходовой винт

Момент на двигателе от сил трения складывается из моментов трения в направляющих, в паре винт-гайка качения и подшипниках ходового винта от предварительного натяга:

                                       

Момент трения в направляющих узлах станка Мнапр, перемещающихся в горизонтальной плоскости, зависит от силы трения, коэффициента- полезного действия и передаточного отношения от двигателя к перемещаемому узлу: для передачи нинт-гайка

                                       

для передачи рейка-шестерня

                                         

Сила трения  определяется массой перемещающегося узла станка  массой установленной на нем детали  и коэффициентом трения

 

                                  

Для узлов, перемещающихся в вертикальной плоскости, нагрузка от сил трения равна нулю.Для узлов, перемещающихся в наклонной плоскости, сила трения :

                                  

где  — угол между направлением перемещения и горизонтальной плоскостью.Если движение по наклонной плоскости осуществляется с противовесом, то следует учитывать только неуравновешенную массу.

Коэффициент трения зависит от материала трущихся поверхностей и их смазки для направляющих скольжения, от конструкции направляющих и их предварительного натяга для направляющих качения и комбинированных. Обычно для направляющих скольжения со смазкой при смешанном трении коэффициенты трения принимают , для направляющих качения с танкетками = 0,005÷ 0,01.

Момент от сил трения в шариковой паре при наличии предварительного натяга :

                                       

Момент от сил трения в подшипниках ходового винта при наличии предварительного натяга :

где к — количество подшипников ходового винта; — внутренний диаметр подшипников;  — условный коэффициент трения в шарикоподшипнике.

По примерному статическому моменту от сил резания и трения  , по скоростям быстрого хода и рабочих подач предварительно выбирается двигатель, а затем производится уточнение его параметров после расчета необходимого динамического момента.

Если ПВ%, то двигатель выбирается не по  а по моменту :

предварительно выбирают двигатель с длительно допустимым (номинальным) моментом  при частотах вращении и с длительным моментом >при максимальной частоте вращения ,х.

Затем из таблиц технических характеристик и кривых М= режимов длительной и повторно-кратковременной нагрузки принятого двигателя берут все параметры, необходимые для проведения дальнейшего расчета.

Динамический момент на двигателе определяется суммарным моментом инерции  механизма, приведенным к валу двигателя,  и собственным моментом инерции двигателя   с учетом моментов инерции датчиков скорости b угла поворота, если они имеются:

Для поступательно движущихся узлов с передачей винт-гайка /4

С передачей рейка-шестерня -/4 ,для коробки скоростей - /

для муфт, шестерен, винта й других механизмов, вращающихся со скоростью, равной скорости двигателя   .Момент инерции линейно-перемещающегося узла, приведенный к валу двигателя :

                                   

где  — масса узла станка;  — масса детали; — передаточное отношение коробки подач.

Момент инерции винта, приведенный к валу двигатели

                                             

Где - средний диаметр винта ; длина винта ; плотность ( для стали =0,077 кг/

Момент инерции стального винта

                                             

Момент инерции зубчатой передачи, приведенный к валу двигателя

                                                

Необходимое ускорение двигателя  опрределяется по времени переходного процесса, заданному закону и диапазону изменения скорости.

При скачкообразном изменении сигнала управления скорость изменится на  за время  , если двигатель разовьет ускорение при экспоненциальном характере кривой скорости

                                               e=0,63

где  T= -постоянная времени экспоненциальной желаемой кривой изменения скорости.-прирашение скорости двигателя.

Таким образом, при разгоне до скорости быстрого хода за время двигатель должен иметь ускорение

                                  

Если задан путь разгона   то ускорение можно определить из выражения

                                

с учетом того, что при экспоненциальном законе изменения скорости

 Таким образом, при скачкообразном изменении управляющего сигнала динамический момент

                            

При линейном законе движения динамический момент

                                 

где а — линейное ускорение.

В результате проведенных расчетов определяются момент двигателя, необходимый для преодоления сил трения и сообщения инерционным массам механизма заданного ускорении М1 момент на преодоление сопротивления резанию и сил трения при обработке детали М2 и момент холостого хода при ускоренных перемещениях М3:

                             

По рассчитанным значениям моментов М1 М2 и М3 и частот вращения  ,, выбирают двигатель привода. Длительный момент двигателя в режиме рабочих частот вращения -должен быть не менее момента М2. Момент двигателя при частоте вращения  соответствующей скорости быстрого хода  должен быть не менее момента М3. Максимальный момент двигателя при разгоне до частоты вращения, соответствующей скорости быстрого хода, за время, не превышающее заданное, должен быть не менее момента M1.

Максимальный момент двигателя определяется из его коммутационной кривой :

                                 

Где — максимальные значения момента, обеспечивающего удовлетворительную коммутацию двигателя при разгоне до, зависящие от частоты нращення.

Если двигатель работает в режиме повторно-кратковременной нагрузки с резко переменным характером, то значение номинального момента М2 должно быть уточнено по циклограмме работы привода в соответствии с выражением для среднеквадратичного момента

                                   

Где — значение момента в промежутке времени ,— период работы двигателя.

При выборе двигателя с меньшим номинальным моментом, соответствующим , двигатель должен быть пронерен по максимальному моменту М1 и моменту при максимальной скорости М3.

При проверке правильности предварительно выбранного двигателя параметры двигателя должны удовлетворять следующим неравенствам:

                    

Если предварительно выбранный двигатель не удовлетворяет хотя бы одному из приведенных неравенств, то надо выбрать двигатель большего габарита и повторить расчет.

Электроприводы вспомогательных механизмов. В электроприводах вспомогательных механизмов, как правило, используется нерегулируемый АД с короткозамкнутым ротором. Электроприводы вспомогательных механизмов станков работают в основном в режимах кратковременной нагрузки и должны обладать повышенным пусковым моментом и высокой перегрузочной способностью, особенно для зажимных устройств. Мощность этих двигателей в большинстве своем следует выбирать по допустимой нагрузке на двигатель, как это принято для режимов кратковременной нагрузки (см. разд. 7).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80335. Персонал підприємства, продуктивність і оплата праці в сільському господарстві 144 KB
  Продуктивність праці і методика її визначення. Оплата праці персоналу підприємства. Із розвитком продуктивних сил чисельність працівників аграрного сектора економіки зменшується.
80336. Витрати виробництва і собівартість продукції 146.5 KB
  Вони й утворюють витрати підприємства. Тому витрати операційної діяльності виправдано трактувати як грошовий вираз ресурсів використаних виробничоспожитих у процесі виробництва і збуту продукції надання послуг виконання робіт та організації управління ним на всіх його ієрархічних рівнях. У даному випадку йдеться про поточні операційні витрати які підприємства здійснюють постійно для забезпечення безперервності виробництва.
80337. Економіка рослинництва. Економіка виробництва картоплі, овочів, плодів та ягід 66.5 KB
  Вирішальне значення для розвитку всіх галузей сільського господарства має нарощування виробництва зерна. На корм використовується і побічна продукція зернових – солома полова відходи переробки зерна. Валове виробництво зерна у 2011 році – 56747 тис тонн що порівняно із 1990 роком більше на 112 .
80338. Економіка тваринництва 85.5 KB
  Показниками ефективності галузі скотарства є: Технологічна ефективність: середньорічний надій молока від однієї корови; середньодобовий та річний приріст живої ваги ВРХ; затрати кормів на 1 ц молока та на 1 ц приросту живої ваги ВРХ. Економічна ефективність: трудомісткість виробництва 1ц молока та 1 ц приросту живої ваги ВРХ. собівартість виробництва 1 ц молока 1 ц приросту живої ваги ВРХ та 1 ц живої ваги ВРХ. середня ціна реалізації 1 ц молока 1 ц живої ваги ВРХ.
80339. ВІДШКОДУВАННЯ ШКОДИ У КРИМІНАЛЬНОМУ ПРОВАДЖЕННІ 66.24 KB
  Поняття та види шкоди яка підлягає відшкодуванню у кримінальному провадженні. Поняття значення предмет та підстави цивільного позову про відшкодування майнової моральної шкоди завданої кримінальним правопорушенням. Відшкодування майнової моральної шкоди завданої незаконними рішеннями діями чи бездіяльністю правоохоронних органів та суду.
80340. Обстеження публічно-недоступних місць, житла чи іншого володіння особи як негласна слідча (розшукова) дія 49.06 KB
  Обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння особи як негласна слідча розшукова дія. Поняття суть мета правова основа та принципи обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння особи. Саме тому єдиним джерелом доказової інформації є матеріали негласних слідчих розшукових дій зокрема обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння особи. Це обумовлює необхідність детального вивчення правової основи вимог та принципів обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння...
80341. ПРОЦЕСУАЛЬНІ СТРОКИ І ВИТРАТИ 46 KB
  Вони дисциплінують учасників кримінального провадження роблять процес динамічним і прогнозованим. Стандарти здійснення судочинства і зокрема визначення та дотримання строків у кримінальному процесі містяться і в інших міжнародноправових документах насамперед тих що стосуються порядку провадження кримінального судочинства у яких регламентації та дотриманню процесуальних строків приділено значну увагу: Міжнародному пакті про громадянські та політичні права 1966 р. Процесуальні витрати виникають у результаті здійснення кримінального...
80342. Спостереження за особою, річчю або місцем 32.9 KB
  Спостереження – один з основних способів пізнання світу. За його допомогою людина вивчає навколишню місцевість, розташовані на ній обєкти і предмети, визначає зміни, які на ній відбуваються, та на основі своїх спостережень вчиняє певні дії.
80343. Виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації 30.17 KB
  Виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації. Правові засади виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації У КПК України гл. 272 передбачено такий вид негласних слідчих розшукових дій як виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації. Під час досудового розслідування тяжких або особливо тяжких злочинів можуть бути отримані відомості речі і...