Материал: Проектирование электропривода промышленных механизмов. Фролов Ю.М
Рис. 1.2. Кинематическая схема продольнострогального станка
Движение от электродвигателя М1 через редуктор 2 и вал с жесткостью упругой деформации С передается на шестерню 3, связанную с реечной шестерней 4, осуществляющей возвратнопоступательное движение стола 5.
Технологический процесс обработки детали
Скорость перемещения стола относительно резца при рабочем ходе называют скоростью резания. Она зависит от вида обработки и материала изделия. Различают черновую и чистовую обработку детали, которые отличаются скоростью и глубиной резания.
Врезание резца в изделие и выход из него производится на пониженных (V1=2-15 м/мин). Допускается наименьшая скорость прямого хода до 4-6 м/мин. Максимальная скорость резания Vmax не превосходит V2=75-120 м/мин. Скорость обратного хода V3 находится в пределах 15-120 м/мин. Отношение скоростей обратного и рабочего ходов характеризуется коэффициентом Кз. При строгании подачу S и глубину резания R принимают в зависимости от вида обработки:
S1=1-7 мм/двойной ход, R1=6-30 мм – для черновой;
S2=10-30 мм/двойной ход, R2=0,05-0,3 мм – для чистовой /3/.
Технологические условия нагрузки характеризуются зависимостью мощности или момента нагрузки от скорости. В главном приводе продольно-строгального станка регулирование скорости осуществляется частично при постоянстве мощности, а частично – при постоянстве
момента (рис. 1.3).
Рис 1.3. График нагрузки главного привода продольно-строгального станка
До граничной скорости регулирование осуществляется при постоянстве момента, а выше граничной, когда тяговое усилие падает, мощность резания остается постоянной.
Значение граничной скорости определяется механической прочностью станка.
Глубина резания определяется припуском на обработку.
Припуск всегда экономичнее удалять за один рабочий ход. Глубина резания существенно влияет на силы резания и при обработке заготовок малой жесткости, корпусных деталей и т. д. Необходимо стремиться к небольшим силам резания. Силы резания также влияют на точность и параметры качества обрабатываемой поверхности. При удалении повышенных припусков и обработке на станках небольшой мощности припуск разбивают на две части, а иногда и больше.
В главных электроприводах металлорежущих станков полезным является усилие резания. Оно зависит от режимов
резания (глубины, подачи, скорости), материала обрабатываемого изделия и режущих свойств инструмента. На продольно-строгальных станках двигатель должен развивать еще дополнительное усилие, преодолевающее усилие трения в направляющих стола. Общая нагрузка на приводе в установившимся режиме при резании определяется тяговым усилием, равным сумме усилий резания и трения. На холостом ходу оно равно только усилию трения.
Нагрузочная диаграмма рабочего механизма не учитывает динамические нагрузки в переходных процессах. Для механизмов, рассчитанных на работу в длительном режиме S1 или с редкими пусками (торможениями), влияние динамических нагрузок учитывается коэффициентом запаса Кзап при определении расчетной мощности двигателя. Однако в механизмах с возвратно-поступательным движением, которые характеризуются повторяющимися циклами с частотой до 1200-1800 циклов в час, необходимо учитывать возникающие в переходных процессах дополнительные нагрузки. Для этого следует найти величины динамических моментов (усилий), зависящих от суммарного момента инерции Jсум привода и допустимых
ускорений адоп.
В переходных процессах пуск и реверсирование двигателя выполняют с максимальным быстродействием и допустимыми динамическими нагрузками в передачах редуктора. Допустимое ускорение адоп принимают в пределах от 0,8 до 1 м/с2. Скорость резания (м/мин) рассчитывается по формуле /4/
Vпр |
|
Cv |
|
|
Kv, |
(1.1) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
m |
x |
|
y |
|||
T |
t |
|
s |
|
|
|
|
где Т – стойкость резца, мин; t – глубина резания, мм; s – подача (поперечная) резца, мм/дв.ход;
Кv – поправочный коэффициент (усредненное значение Kv=0.85); Cv, x, y, m – коэффициент и показатели степени, выбираемые
согласно табл. 1.1 режима резания.
Таблица 1.1
Значения коэффициента и показателей степени в формуле определения скорости строгания
Материал |
Подача |
Коэффициент и показатели |
||||
мм/дв. ход. |
степени |
|
|
|
||
обработки |
|
|
|
|||
|
Cv |
|
X |
Y |
M |
|
|
|
|
||||
|
до 0,3 |
420 |
|
|
0,2 |
|
Углеродистая сталь |
0,3-0,7 |
350 |
|
0,15 |
0,35 |
0,2 |
|
более 0,7 |
320 |
|
|
0,45 |
|
Серый чугун |
до 0,4 |
292 |
|
0,15 |
0,2 |
0,2 |
более 0,4 |
243 |
|
0,4 |
|||
|
|
|
|
|||
Ковкий чугун |
до 0,4 |
317 |
|
0,15 |
0,2 |
0,2 |
более 0,4 |
215 |
|
0,4 |
|||
|
|
|
|
|||
Медные сплавы |
до 0,2 |
270 |
|
0,12 |
0,25 |
0,23 |
более 0,2 |
182 |
|
0,3 |
|||
|
|
|
|
|||
Алюминиевые |
до 0,2 |
485 |
|
0,12 |
0,25 |
0,28 |
сплавы и силумин |
более 0,2 |
328 |
|
0,5 |
||
|
|
|
||||
Затем по эмпирической формуле рассчитывается сила резания Fz (Н)
Fz 10Cpt x s yVпрn Kp, |
(1.2) |
где Vпр – скорость резания, вычисленная по (1.1), м/мин; Кр – поправочный коэффициент (усреднено Кр=1.1 );
Cp, x, y, n – коэффициенты и показатели степени, выбираемые по табл. 1.2 режимов резания.
Таблица 1.2 Значения коэффициента и показателей степени в формуле
определения сила резания Fz (1.2)
Материал |
Материал |
Коэффициент и показатели степени |
||||
обработки |
резца |
Cр |
X |
Y |
M |
|
Углеродистая |
тв. сплав |
300 |
1 |
0,75 |
-0,15 - 0 |
|
сталь |
б-р сталь |
200 |
||||
|
|
|
||||
Серый чугун |
до 0,4 |
92 |
1 |
0,75 |
0 |
|
более 0,4 |
158 |
1 |
||||
|
|
|
||||
Ковкий чугун |
до 0,4 |
81 |
1 |
0,75 |
0 |
|
более 0,4 |
||||||
|
|
|
|
|
||
Медные |
до 0,2 |
55 |
1 |
0,66 |
0 |
|
сплавы |
более 0,2 |
|||||
|
|
|
|
|||
Алюминиевые |
до 0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сплавы и |
|
40 |
1 |
0,75 |
0 |
|
более 0,2 |
||||||
силумин |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Нагрузка привода при прямом ходе стола определяется тяговым усилием, который находится как сумма составляющих усилия резания и усилия трения, действующего при движении стола в направляющих.
Fтяг = Fz+Fтр = Fz+Ктр·[Fy+g·(mст+mдет)], |
(1.3) |
где Fтяг – тяговое усилие; |
|
Fy – вертикальная составляющая силы резания, Fy=0.4Fz; |
|
Ктр – коэффициент трения, Ктр=0,05-0,08; |
|
g – ускорение свободного падения, м/с-2 ; |
|
mст – масса движущейся части стола, кг; |
|
mдет – масса детали (максимальная), кг. |
|
При обратном ходе стола резец поднимается, и на |
|
привод действует только усилие трения |
|
Fох = Fтр = Ктр·[Fy+g·(mст+mдет )] |
(1.4) |
где Fох – усилие при обратном ходе стола, Н. |
|
Требования к электроприводу
Привод должен обеспечивать большой вращающий момент при малых скоростях обработки (черновая обработка).
Привод должен быть реверсивным с малым временем переходных процессов, малой колебательностью и перерегулированием. Скорость должна регулироваться в зависимости от вида обработки. В установившихся режимах электропривод должен обеспечивать жесткие механические характеристики во всем диапазоне регулирования скорости с изменением скорости не более 5% при колебании нагрузки от нуля до номинальной.
Диапазон регулирования скорости D при поступательном главном движении определяется