Материал: Расчет и конструирование станков. курсовое проектирование. Пачевский В.М., Старов В.Н

Z = 2(3) · 3(1) ·2(6+1) · 2(12-3)

Структурная сетка привода представлена на рисунке 13.

График частот вращения – на рисунке 14.

Z = 2(3) ·3(1) · 2(6+1) ·2(12-3)

На основе разработанного графика частот вращения выполняется кинематический расчет (см. 3.3.1).

3.3.4 Проектирование привода с бесступенчатым регулированием частот вращения

Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокую точность и скорость отработки заданных управляющей программой перемещений исполнительных механизмов, а также сохранять эту точность при длительной эксплуатации. Высокая точность обработки деталей на станке определяется точностью отдельных механизмов и деталей, составляющих несущую систему станка и определяющих жесткость конструкции в целом.

Повышению статистической и динамической жесткости станка, в частности, способствует сокращение механических кинематических цепей приводов, поэтому для всех исполнительных механизмов станков с ЧПУ применяют автоматические комплектные регулируемые приводы с минимальным числом механических передач [5].

При использовании комплектных электроприводов с бесступенчатым регулированием частоты вращения для расширения диапазона регулирования с постоянной мощностью в приводе ГД используют двух-трехступенчатую коробку скоростей. При этом должно выполняться условие:

R = R_ЭП R_K, (26)

где R - общий диапазон регулирования частот вращения привода;

R_ЭП - диапазон регулирования частот вращения электропривода;

R_K - диапазон регулирования частот вращения коробки скоростей.

Электропривод условно принимается за групповую передачу с φ_эп (обычно φ_эп = 1,06; 1,12).

Коробка скоростей выполняет роль переборной группы с

φ_к =R_{эп ·} φ_эп R_эп. Известно, что

R = ,

тогда R = R_эп^{z - 1} _, (27)

где Z - число ступеней частот вращения коробки скоростей.

Общий диапазон регулирования частот вращения привода

R = R_{эп ·} . (28)

Число частот вращения коробки скоростей

Z_k = (целое число). (29)

Если полученная величина Z_k округляется в меньшую сторону, то регулирование частоты вращения шпинделя происходит с перекрытием одного диапазона другим.

Если полученная величина Z_k округляется в большую сторону, то регулирование частоты вращения шпинделя происходит с частичным выпадением частот вращения с постоянной мощностью при переходе с одного диапазона на другой и в промежутке между диапазонами будут частоты вращения с постоянным моментом.

Пример: требуется разработать коробку скоростей для получения диапазона частот вращения на шпинделе с постоянной мощностью от 200 до 3000 мин^-1

φ = 1,12; R = .

Диапазон частот вращения электропривода с постоянной мощностью при n_эпmin=1000 мин^-1 n_эпmax=3150 мин^-1 таков

R_эп = ; R = R_эп · R_к; R_к = ;

Z = .

Принимаем Z = 2.

Требуется разработать структурную сетку, график частот вращения и установить значения передаточных отношений.

Для построения структурной сетки необходимо определить характеристику кинематической группы коробки скоростей:

R =φ ; = значит структурная формула коробки скоростей: Z_k = 2(14).

Коробка скоростей имеет одну двухступенчатую группу с характеристикой = 14.

Рисунок 15 - График частот вращения

Дальнейший кинематический расчет по ранее изложенной методике, (см. 3.3.1).

3.3.5 Особенности проектирования привода подач

Электромеханические приводы подач, как было сказано выше (см. п. 1.4), могут быть независимыми с автономным электродвигателем или кинематически связанными с ПГД. В последнем случае тяговый механизм подачи через коробку подач и (или) сменные колеса связан со шпинделем станка. Независимый привод подач с автономным электродвигателем проектируется по ранее изложенной методике. Отличием графических построений при проектировании кинематически связанного привода подач является то, что в качестве первого вала привода принимают шпиндель станка и за расчетное число его частот вращения – 1 оборот.

Частоты вращения ходового винта или реечной шестерни относят к одному обороту шпинделя. Фактическая частота вращения винта или реечного колеса устанавливается пересчетом на частоту вращения шпинделя.

Электродвигатели независимого привода подач выбираются в соответствии с требуемой мощностью или крутящим моментом на ходовом винте (червяке) или на вале реечного колеса. Нагрузка на привод обуславливается силами резания, трения, инерции, тяжести перемещаемых узлов. Составляющие силы резания определяют для наиболее тяжелых операций и условий обработки, выполняемых на станке.

При модернизации станка допускается принимать значение нагрузки на тяговый механизм подачи по мощности привода станка базовой модели.

В качестве источника движения привода подачи обычно используют нерегулируемые, асинхронные электродвигатели серии 4А [6] с многоступенчатой коробкой подач или регулируемые электродвигатели в составе следящего привода. Регулируемые электродвигатели используются высокомоментные с возбуждением от высокоэнергетических магнитов, вентильные (синхронные) или асинхронные с тиристорными преобразователями частоты (последние типы имеют лучшую механическую характеристику по сравнению с высокомоментными).

В некоторых случаях в приводе подач станков с ручным управлением используют регулируемый электродвигатель постоянного тока.

Для станков с ЧПУ, как правило, применяют регулируемые электродвигатели постоянного или переменного тока с тиристорными преобразователями, входящими в состав комплектного привода, с непосредственной передачей частот вращения на винт или другой элемент тягового механизма [5,12,16]. В случае использования не высокомоментных двигателей передача вращения осуществляется через беззазорный зубчатый редуктор для выравнивания крутящего момента на валу двигателя и ходового винта.

4 Конструирование модернизируемого узла

На первом этапе работы над проектом была разработана компоновочная и кинематическая схемы, которые являются основой для выполнения расчетов размерных параметров элементов конструкций, их жесткости, износостойкости и точности.

Расчет деталей или узлов должен содержать следующие данные:

- эскиз или схему нагружения, которые можно вычерчивать в произвольном масштабе;

• задачу расчета, в которой указывается, что требуется определить при расчете;

• исходные данные для расчета;

• допущения (ограничения), при которых выполняется расчет;

• собственно расчет;

• заключение по результатам расчета.

Эскиз или схема должны давать четкое представление о рассчитываемой конструкции. В пояснительной записке дается ее конструктивная схема, на которой должно быть показано размещение и вид опор, элементов, через которые передается и воспринимается нагрузка. На схеме показывают источники, направления действия и места приложения нагрузок. Указывают основные размеры и обозначают их буквами.

В исходных данных указывают необходимые для расчета мощность или крутящий момент, величины сил, действующих в контакте рабочих пар, частоты вращения, передаточные отношения или передаточные числа, материал элементов конструкции и его физико-механические свойства.

Рассчитывают передачи: осуществляют выбор и расчет основных параметров ременных передач, определяют модули и выполняют прочностной расчет зубчатых передач, шлицевых, шпоночных соединений, определяют размеры и выполняют прочностные расчеты валов коробок передач и шпинделей или тяговых механизмов.