3. Указания по методике выполнения расчетной

ЧАСТИ ПРОЕКТА

3.1. Расчет режимов резания

При проектировании узла универсального станка составляется технологический процесс для типовых деталей, подлежащих обработке на этом станке.

При проектировании узла специального или специализированного станка разрабатывается технологическая операция для обработки детали на проектируемом станке. Технологическая операция (операции) анализируется и выявляются режимы обработки, требующие:

наибольшей скорости резания U_max, частоты вращения шпинделя n_max и скорости подачи U _{s max};наименьшей скорости резания U_min, частоты вращения шпинделя n_min и скорости подачи U _{s min};наибольшей мощности P_max.

Рассчитывается необходимая мощность электродвигателя привода.

3.2. Методика расчета кинематики электромеханического привода

главного движения станка с ЧПУ

В современных станках, особенно в станках с ЧПУ, широкое применение получил привод от регулируемого электродвигателя постоянного или переменного тока с частотным регулированием скорости. Эти двигатели позволяют значительно упростить кинематическую схему и уменьшить, либо совсем исключить коробку скорстей. Применение двухступенчатой или трехступенчатой коробки скоростей (перебора) позволяет увеличить в 1,5 – 2 раза крутящий момент (Т), развиваемый двигателем и сохранять значение мощности двигателя (Р), близкой к номинальной на низких и средних частотах вращения шпинделя (см. рис 1). Это обеспечивает высокую производительность резания, позволяет применять электродвигатель меньшей мощности и габаритов и иметь лучшие электрические характеристики двигателя.

Расчет кинематики привода производится в следующей последовательности:

1) Определяется наибольшая и наименьшая частоты вращения шпинделя

n_max = n_min = (1)

где V_max и V_min – скорости резания. Выбранные из технологического процесса, м/мин;

d_max и d_min – предельные диаметры заготовок (инструмента), обрабатываемые с выбранными скоростями резания, мм.

Частоты вращения шпинделя n_max и n_min сразу могут быть выбраны из рассчитанных выше режимов резания.

Эти предельные частоты вращения шпинделя должны быть скорректированы с учетом частости применения крайних значений и данных станков аналогов.

В результате выбираются n_max и n_min, по которым проектируется узел.

2) Определяется диапазон регулирования частоты вращения шпинделя:

R_n = (2)

Учитывая совершенствование режущего инструмента и форсирование режимов резания, полученное значение R_n увеличивают на 15-20%. Чтобы в указанных пределах иметь возможность обрабатывать заготовки любого диаметра d с наивыгоднейшей ско-

ростью резания V, необходимо иметь бесступенчатое регулирование. Это можно достичь применением соответствующих систем привода электромеханического или гидравлического.

3) Выбирается знаменатель геометрического ряда  из следующих стандартных значений:

= =1.06 = =1.41 = =2

= =1.12 = =1.58

= =1.26 = =1.78

Для регулируемого электропривода выбирается  = 1.06; 1.12; или 1.26.

4) Выбирается электропривод по P, n_max и n_miп.

5) Определяется диапазон регулирования электропривода с постоянной мощностью:

R_э = (3)

где nэmax, nэmin – максимальная и минимальная частоты вращения вала электродвигателя с постоянной мощностью.

6) Определяется число ступеней механического регулирования (число зубчатых пар):

= (4)

Полученное число округляется до целого значения '.

7) Определяется общее число ступеней скорости шпинделя:

S = 1 + (5)

Полученное число S округляется до целого числа S', состоящего из множителей 2;3.

8) Строится график частот вращения шпинделя (см. рис. 2).

9) Строится кинематическая схема шпиндельной бабки с датчиком контроля угла поворота шпинделя (см. рис. 3).

10) Определяются числа зубьев зубчатых колес групповых передач.

Первая группа с передаточным отношением i_p – это ременная или зубчатая передача, связывающая вал двигателя с валом шпиндельной бабки. Рассчитывается обычным способом по n_э и n_в1.

Расчет второй группы можно производить для условия, что модули всех передач группы одинаковы или различны.

Разберем вариант, когда модули всех передач группы одинаковы. При неизменном межосевом расстоянии и одинаковом модуле зубчатых колес группы должно быть

Z_j + = = const (6)

где Z_j и - числа зубьев соответственно ведущего и ведомого зубчатых колес пары;

j = 1, 2, 3, … ;

- сумма чисел зубьев обоих колес.

Передаточное отношение этой пары:

i_j = (7)

Из уравнения (6) и (7) следует:

= (8)

Определение производится обычно методом наименьшего кратного. Если принять, что i_j = , где а_j, в_j взаимно простые целые числа, то соотношения (8) можно написать в следующем виде:

= , = (9)

Следовательно, чтобы и были целыми числами, необходимо чтобы число было кратным (а_j + в_j). Для группы, состоящей из «К» зубчатых передач с передаточными отношениями i_j = , где j = 1, 2, 3, …, К, наименьшая сумма зубьев будет равна наименьшему общему кратному суммы (НОК):

(а₁ + в₁) , (а₂ + в₂) ,…(а_к + в_к). (10)

Если при значении , найденном таким образом, число зубьев малого колеса передачи с i₁ получится недопустимо малым, то число зубьев этого колеса увеличивают в целое число раз, до приемлемой величины и соответственно этому увеличивают в раз сумму зубьев:

(11)

Пример расчета.

По расчетам по формуле (4) ; выбрали

Определить числа зубьев колес передач, характеризуемых полем группы (см. график частот вращения рис. 2). Составляется таблица 1.

Таблица 1

Вычисляем		НОК
	1 + 4 = 5	10
	1 + 1 =2

Принимаем и по формуле (9) получаем .

Такое число зубьев на колесе не приемлемо. Число зубьев меньшего колеса должно быть не меньше 20-22. В таком случае определяем . Принимаем .

Тогда .

Находим числа зубьев зубчатых колес группы:

11) Определяется модуль наиболее нагруженной зубчатой пары (см. «Детали машин»). Рассчитывается межосевое расстояние «а». По «а» находится модуль . Модуль округляется до стандартного значения.

12) Устанавливается степень точности зубчатых колес.

В настоящее время по ГОСТ установлены с 1 по 12 степени точности зубчатых колес. В станкостроении используются зубчатые колеса с 4 по 8 степени точности. В коробках скоростей применяют зубчатые колеса 6, 7, 8 степеней точности.

Зависимость между степенью точности колес и окружной скоростью даны в таблице 2.

Таблица 2

Степень точности	Прямозубые до U,	Косозубые до U,
4 5 6 7 8 9	35 20 15 10 6 2	70 40 30 15 10 4

Окружная скорость для зубчатого колеса определяется по зависимости

U = , .

13) Производится предварительный выбор диаметров валов.

Диаметры валов определяются по выражению:

, (12)

где - мощность, передаваемая валом, кВт;

- эквивалентная частота вращения рассчитываемого вала, об/мин;

- диаметр вала, мм.

После выполнения всех пунктов вышеописанного расчета приступают к разработке чертежей проекта. Начинать рекомендуется с листа продольного разреза (см. прил. 2б).