2. Определение основных технических

ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКА

Основными техническими характеристиками станка, определяющими его производственные возможности, являются:

а) предельные числа оборотов шпинделя (числа двойных ходов столов и др.): n_max и n_min и промежуточные их значения;

б) предельные подачи: S_max и S_min и промежуточные их значения;

в) мощность электродвигателя;

г) габаритные размеры заготовки.

Обычно в станках создается несколько исполнительных движений (скорости резания, подачи, врезания, вспомогательные и т. д.). Исполнительные движения в зависимости от их траектории могут быть простыми и сложными (последние встречаются, например, в зуборезных, затыловочных, копировальных и других станках). В случае простых исполнительных движений механизмы для создания этих движений в станках представляют собой кинематические цепи с органами настройки, осуществляющие передачу движения от источника движения - электродвигателя к исполнительным органам. Главными из цепей привода станка являются цепи главного движения и подачи.

2.1. Цепь главного движения

В зависимости от вида исполнительного движения металлорежущие станки можно разделить на станки:

- с вращательным главным движением;

- станки с прямолинейным главным движением.

Станки с вращательным главным движением. К этой группе относятся токарные, револьверные, карусельные, сверлильные, фрезерные, расточные, шлифовальные, полировальные, заточные и разрезные станки.

Для определения основных технических характеристик станка вначале находятся предельные числа оборотов шпинделя, а затем промежуточные его значения.

Предельные числа оборотов шпинделя n_max и n_min определяются по формулам:

, об/мин

, об/мин

где: V_max и V_min - предельные скорости резания, м/мин;

d_max и d_min - предельные диаметры обработки (или инструментов), мм.

Максимальный диаметр обработки (или инструмента) по некоторым группам станков регламентируется соответствующими ГОСТами. Для специальных станков, а в некоторых случаях и для специализированных, диаметры принимаются исходя из фактических размеров обрабатываемых деталей.

В целях экономичного использования станков принимают среднее расчетное значение диапазона регулирования по диаметру обработки (инструменту )

Для широкоуниверсальных станков это значение увеличивается до 8. Для выбора промежуточных чисел оборотов шпинделя требуется определить диапазон регулирования чисел оборотов, знаменатели ряда и число ступеней скорости. Отношение предельных значений чисел оборотов шпинделя называется диапазоном регулирования чисел оборотов, т. е.

Если в эту формулу подставить значения n_max и n_min, то получим:

,

где: R_v и R_d – диапазоны регулирования соответственно по скорости резания и диаметру обработки и определяемые по формулам

Отсюда следует, что диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя зависит только от отношений предельных скоростей резания и предельных диаметров обработки. Учитывая возможное совершенствование режущих инструментов и технологии обработки, значение R_n проектируемого станка увеличивают примерно на 25%, соответственно изменяя верхний предел чисел оборотов шпинделя п_max.

В современных универсальных станках диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя колеблется в больших пределах, что объясняется необходимостью обработки деталей из различных материалов, неодинаковыми инструментами и выполнением разнообразных операций. Для обеспечения необходимой скорости резания станок должен иметь бесступенчатое изменение чисел оборотов шпинделя. В настоящее время еще не созданы экономически выгодные для всех случаев приводы бесступенчатого регулирования, поэтому приводы главного движения большинства станков проектируются ступенчатыми. Для того чтобы станок со ступенчатым приводом работал экономично на каждой ступени, промежуточные числа оборотов между п_min и n_max должны давать постоянное падение скорости при переходе от одного числа оборотов к другому. Русский академик А. В. Гадолин в труде «Теория устройства перемены скоростей рабочего движения в токарных и сверлильных станках» показал, что числа оборотов целесообразно изменять по закону геометрической прогрессии. В этом случае для всех интервалов ряда чисел оборотов шпинделя абсолютная и относительная потеря скорости будет одинакова, т. е. станок работает в равноценных эксплуатационных условиях на всех ступенях.

Для геометрического ряда со знаменателем φ следует:

……..

Применительно к числам оборотов шпинделя (при φ>1) можно записать: n_z = n_max , n₁ = n_min.

Тогда

Зная диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя R_n и задаваясь значением φ, можно определить число ступеней скорости шпинделя

Задаваясь значением z, можно найти знаменатель геометрического ряда

Вычисленные по формулам φ и Z округляются: Z - до большего (в станках принимаются определенные значения z) целого числа, а знаменатель ряда φ - до ближайшего нормализованного значения. Соответственно изменяется и диапазон регулирования R_n

При выборе знаменателя ряда φ и числа ступеней скорости шпинделя Z необходимо учитывать следующее:

1. Значения знаменателей ряда φ нормализованы. Это сделано для того, чтобы можно было нормализовать ряды чисел оборотов (числа двойных ходов) и подач, а также и другие параметры станков (основные размеры, мощности и др.). Нормализация рядов чисел оборотов и других параметров станков упрощает и облегчает кинематический расчет и проектирование станка в целом, приводит к большим удобствам при эксплуатации станков (модернизации, нормировании станочных работ, подготовке производства и др.), а также позволяет проводить широкую нормализацию и унификацию деталей и узлов станков.

Значения знаменателя ряда φ определены нормалью станкостроения

Н11-1: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0

2. Нормаль станкостроения Н11-1 рекомендует применять в основном знаменатели ряда φ = 1,26; 1,41; 1,58.

3 При проектировании станков средних размеров в большинстве случаев принимают значения знаменателя ряда φ = 1,26 или φ = 1,41, так как они вполне обеспечивают необходимые эксплуатационные условия.

4. Если в цепи привода предусмотрены сменные зубчатые колеса, то можно принимать значение знаменателя ряда φ = 1,06; 1,12 и 1,26. Это относится в основном к станкам для массового и серийного производства, когда станок настраивается редко.

5. В станках с большими диаметрами обработки необходимо применять меньшие значения знаменателя ряда (1,06; 1,12 и 1,26), а в станках с малыми диаметрами обработки - большие (1,58 и 1,78).

6. В приводе можно применять и два значения знаменателя ряда чисел оборотов. В средней части диапазона, используемой наиболее часто, принимают меньшие значения φ, а для крайних участков - большие значения. Такой привод, не ухудшая существенно эксплуатационных качеств станка с меньшим φ, проще по конструкции и менее трудоемок в изготовлении.

7. Желательно, чтобы число ступеней скорости было произведением множителей 2 и 3 (две или три передачи между двумя валами), т. е. чтобы , где Е₁ и Е₂ - целые числа. Этому условию соответствуют значения Z = 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32, 36. В станках наиболее часто применяют значения Z = 3, 4, 6, 8, 12, 18, 24.

8. Значение Z не должно быть слишком большим числом, так как это усложнит конструкцию коробки скоростей, но в то же время она должна иметь достаточное число ступеней скорости, приближаясь по возможности к бесступенчатому приводу.

9. В целях упрощения конструкции коробки скоростей можно применять многоскоростной электродвигатель, однако это не всегда целесообразно.

10. Число ступеней скорости Z и знаменатель φ зависят от степени специализации станка (универсальный, специализированный, специальный). Коробки скоростей универсальных станков должны иметь большее число ступеней скорости и меньшее значение знаменателя φ, так как они предназначаются для обработки многих деталей и для выполнения различных работ. Коробка скоростей специального станка может иметь небольшое число ступеней скорости, так как эти станки создаются для обработки определенных деталей или же для выполнения отдельных операций.

Для выбора промежуточных чисел оборотов шпинделя пользуются (приложение 3) нормалью станкостроения Н11-1 (нормальные ряды чисел в станкостроении). Эта нормаль распространяется на ряды чисел оборотов, чисел двойных ходов, подач, мощностей и других параметров станков.

Для определения промежуточных чисел оборотов шпинделя должны быть известны предельные числа оборотов шпинделя n_max и n_min, число ступеней скорости z и знаменатель ряда φ.

Например, рассчитано, что п_max = 320 об/мин, n_min = 165 об/мин, Z = 4 и φ=1,26. Из приложения 3 выписываем следующие значении чисел оборотов шпинделя в минуту: n_mln = п₁ = 160, п₂, = 200, n₃ = 250, n₄ = 315. Как видно, предельные числа оборотов п₄ и п₁ округлены до нормальных значений.

После разработки кинематической схемы привода подсчитываются фактические (действительные – n_д) числа оборотов шпинделя и сравниваются с выбранными нормальными (n_н) путем определения величины погрешности по формуле: и сравнения ее с допустимой . Если погрешность больше допустимого значения, необходимо произвести коррекцию чисел зубьев или ввести корригированные зубчатые колеса.

Станки с прямолинейным главным движением.

К станкам с прямолинейным главным движением относятся станки с возвратно- поступательным движением и станки с прямолинейным движением, неизменным по направлению.

Порядок определения основных технических характеристик этих станков такой же, как и для станков с вращательным главным движением, только вместо чисел оборотов шпинделя определяются числа двойных ходов у станков с возвратно-поступательным главным движением или числа оборотов ведущего шкива у станков с прямолинейным главным движением, неизменным по направлению. Для этих станков применяются нормализованные значения знаменателя ряда φ и чисел двойных ходов п (соответственно чисел оборотов ведущего шкива), предусмотренные нормалью станкостроения Н11-1.

Станки с возвратно-поступательным главным движением. Возвратно-поступательное главное движение имеют продольно-строгальные, поперечно-строгальные, долбежные, протяжные, зубодолбежные и зубострогальные станки. В зависимости от типа механизмов, применяемых для преобразования вращательного движения в поступательное, их можно подразделить на: станки с приводом от зубчатого колеса и рейки, червяка и рейки или ходового винта и гайки; станки с кулисно-шатунным или кулисным приводом; станки с гидравлическим приводом.

Для станков с приводом от зубчатого колеса и рейки, червяка и рейки, ходового винта и гайки или гидравлическим характерно постоянство (исключая период реверса) скоростей рабочего и холостого ходов исполнительных органов. Скорость холостого хода V_o обычно больше скорости рабочего хода и (скорости резания).

Предельные значения чисел двойных ходов в минуту определяются по формулам:

;

где: V_max и V_min - предельные скорости резания, м/мин,

V_{o max} и V_{o min} - предельные скорости холостого хода, м/мии;

L_max и L_min - предельные длины хода стола (салазок), м.

Максимальная длина хода стола (салазок, ползуна) регламентируется соответствующими ГОСТами или определяется по габаритным размерам обрабатываемых заготовок.

Кулисный и кривошипно-шатунный приводы не обеспечивают постоянства скорости движения исполнительного органа как во время рабочего, так и холостого ходов. Предельные числа двойных ходов в минуту для таких механизмов могут быть подсчитаны по вышеприведенным формулам, если в них подставить средние значения скоростей рабочего и холостого ходов, которые зависят от конструкции и геометрических размеров механизма. Кулисные и кривошипно-шатунные механизмы находят весьма ограниченное применение в приводах главного движения отдельных типов станков.

Станки с прямолинейным главным движением неизменным по направлению. К этой группе станков относятся ленточные пилы, опиловочные станки, ленточные шлифовальные и полировальные станки.

Предельные числа оборотов n_max и n_min ведущего шкива этих станков определяют по формулам, как для станков с вращательным главным движением, где d_max= d_min=d, т. e. диаметру ведущего шкива. Диаметр ведущего шкива в станках с прямолинейным главным движением, неизменным по направлению, принимают, исходя из конструктивных соображений Предельные скорости V_max и V_min станков с прямолинейным главным движением определяют либо по нормативам в зависимости от вида обработки, либо подсчитывают по формулам теории резания.

При применении бесступенчатого регулирования чисел оборотов шпинделя (чисел двойных ходов столов и др.) определяют лишь предельные числа оборотов (числа двойных ходов), и в зависимости от диапазона регулирования R_n выбирают тип привода.