- •Санкт-Петербург 2001 §§ Общие вопросы проектирования металлорежущих станков. § Стадии проектирования и подготовки станка к производству
- •Эскизный проект
- •Технический проект
- •Рабочий проект
- •§ Основные технико-экономические показатели станков и станочных систем
- •Максимальная производительность при обеспечении заданной точности.
- •Точность работы станка
- •Надёжность станков и станочных систем.
- •Гибкость станочного оборудования.
- •Простота, лёгкость и безопасность обслуживания и ремонта.
- •Низкая себестоимость изготовления деталей на станке.
- •Малые затраты на изготовление станка и малые эксплуатационные расходы.
- •Малая металлоёмкость и габаритные размеры.
- •§ Основные тенденции и перспективы развития станков и станочных комплексов
- •3. Применение вычислительной техники для автоматизации производства.
- •4. Унификация и нормализация.
- •Скоростная характеристика
- •2. Силовая характеристика.
- •Мощность электродвигателей главного движения
- •§ Проектирование привода главного движения в станках
- •§ Множительные структуры
- •§ Графическое изображение множительных структур
- •§ Оптимальный вариант множительной структуры
- •§ Коробки скоростей со сложенной структурой
- •§ Особые множительные структуры Применение сменных колёс
- •§ Коробки со связанными колёсами Принимаются для уменьшения количества зубьев колёс и основных размеров коробок скоростей.
- •§ Структуры с изменёнными характеристиками групп
- •§ Привод с бесступенчатым регулированием скорости
- •При этом должно выполняться условие: – диапазон регулирования привода, где Дд – диапазон регулирования двигателя, Дк – диапазон регулирования коробки скоростей.
- •§ Коробки скоростей с приводом от многоскоростных электродвигателей
- •Чаще всего применяют 2-х скоростные двигатели: 1500 – 3000, 750 – 1500, 500 – 1000; 3-х скоростные: 750 – 1500 – 3000 об/мин; 4-х скоростные: 375 – 750 – 1500 – 3000 об/мин.
- •§ Механизмы переключения передач в станках с чпу и с ручным переключением
- •§§ Шпиндельные узлы станков. § Основные проектные критерии
- •§ Конструкции шпиндельных узлов
- •§ Опоры шпиндельных узлов
- •§ Посадки сопряжённых поверхностей
- •§ Расчет шпиндельных узлов на жесткость
- •§ Расчет на жесткость шпинделя с учетом податливости опор
- •§ Подшипники скольжения шпинделей
- •Гидродинамические подшипники.
- •Гидростатические подшипники.
- •Опоры с газовой смазкой.
- •§§ Привод подач станков. § Основные проектные критерии приводов подач станков с чпу
- •§ Выбор типа электродвигателя
- •§ Выбор тягового устройства
- •§ Передача винт-гайка качения
- •§ Приводы подач с высокомоментными двигателями
- •§ Привода микроперемещений
- •§§ Несущая система станков. § Назначение несущей системы, основные проектные критерии
- •§ Материалы и конструктивные формы несущей системы
- •§ Жесткость стыков базовых деталей
- •§ Расчет на жесткость методом конечных элементов
- •§§ Направляющие станков. § Основные проектные критерии. Классификация направляющих
- •§ Направляющие скольжения
- •§ Расчет направляющих скольжения
- •§ Направляющие качения
- •§ Комбинированные направляющие качения-скольжения
- •§ Гидродинамические, гидростатические, аэростатические направляющие. Особенности конструкции
- •§§ Манипуляторы. § Манипуляторы для смены заготовок
- •§ Манипуляторы для смены инструментов
- •§ Проектирование и расчет манипуляторов
§ Оптимальный вариант множительной структуры
Из всех возможных конструктивных и кинематических вариантов лучшим считается тот, который обеспечивает наибольшую простоту, наименьшее количество передач и групп передач, малые радиальные и осевые размеры.
1) Наименьшее количество передач возможно при условии если каждое слагаемое из правой части уравнения z = Р1 · Р2 · … Рm будет минимальным (простые числа 2, 3). Поэтому число передач в группах принимают равным 2 и 3, реже 4.
Уменьшая число передач в группах до min увеличиваем число групп передач, а следовательно и число валов. Уменьшая число групп увеличиваем число передач в группах.
2) Из всех возможных вариантов структуры выбирают тот, который обеспечивает наименьшие размеры и массу колёс.
Масса зубчатых колёс, смонтированных на одном валу, будет min при минимальной разнице в их размерах. Этим требованием наилучшим образом отвечает основная группа, т. к. передаточное отношение передач здесь незначительно отличается друг от друга.
Поэтому целесообразна структура, у которой основная группа содержит наибольшее количество передач. Для уменьшения веса привода желательно, чтобы число передач в группах уменьшался от электродвигателя к шпинделю, например z = 3 · 2 · 2.
3) Желательно чтобы характеристики групп увеличивались от электродвигателя к шпинделю, т. е. если z = Рх0 · Рх1 · Рх2, то х0 < x1 < x2.
В этом случае при одинаковых наименьших числах оборотов получаются меньшими, что снижаются динамические нагрузки, вибрации в передачах, износ деталей и потери на трение, возрастает КПД при высоких числах оборота шпинделя что даёт возможность понизить требования к качеству изготовления деталей передач.
4) Для уменьшения крутящих моментов и веса деталей и всего привода необходимо сообщать, по возможности, более высокие числа оборотов промежуточным валам, что достигается применением больших i между первыми валами привода и меньших в последних передачах перед шпинделем.
§ Коробки скоростей со сложенной структурой
Во многих случаях, особенно при повышении диапазона регулирования скоростей, создать простой привод на базе обычной множительной структуры невозможно. Поэтому в практике станкостроения применяют, так называемые, сложенные структуры.
Сложенной называется структура многоскоростного привода, состоящая из двух или более кинематических цепей, каждая из которых является обычной множительной структурой. Одна из этих цепей (более короткая) предназначена для получения высших скоростей привода, другие – для низких скоростей.
Такие множительные структуры чаще всего состоят из двух, реже из трёх, кинематических цепей.
Наиболее распространение получили следующие схемы соединения двух структур.
1
Z0
Zд
Z0
2) I
Zд
Z0
Zд1
Zд2
I
Схема из 3-х структур: z0; zд1; zд2
Общее число скоростей привода для структуры из 2-х цепей: z = z' + z'', z' и z'' – число ступеней первой и второй кинематических цепей.
Общую часть структуры z0, используемую для получения всех скоростей, называют основной, а zд – дополнительной.
Для объединения составляющих структур в одну – сложенную, в схему привода вводят специальные соединительные передачи.
Верхнюю область регулирования скоростей вращения шпинделя получают при помощи основной структуры z0 и передают вращение на шпиндель I через зубчатую передачу z1 – z2 (рис. 1) или через муфту М1 (рис. 2,3).
Нижнюю область регулирования обеспечивают последовательным соединением основной z0 и дополнительной zд структур.
Пример коробки скоростей со сложенной структурой.
Ра Рв
Р c Рd.
z = 31 · 23 · (1 + 1 · 1) = 12
Здесь сложены две кинематические цепи, структуры которых:
z' = Ра · Рв и z'' = Ра · Рв · Рc · Рd.
Группы колёс Ра и Рв являются общими для общих цепей и => образуют основную структуру: z0 = Ра · Рв – они вращают полый вал III. Далее движение шпинделю V от 1-ой цепи передаётся с помощью муфты z14, а от 2-ой цепи – через звено возврата (перебор) с колёсами z11 – z12 и z13 – z14.
Общее число скоростей привода z = z' + z'' = Ра · Рв · (1 + Рc · Рd). Для нашего случая Ра = 3; Рв = 2; Рс = Рd =1. Поэтому z = 31 · 23 · (1 + 1 · 1) = 12.
Построим график чисел оборотов для данного случая:
I II III IV V
z9/z10
z5/z6 муфта n12
n11
z3/z4 n10
z1/z2 n9
n8
z7/z8 n7
n6
n5
z11/z12 n4
n3
n2
n1
z13/z14
Достоинства сложенных структур:
1) Они могут обеспечить большое число ступеней скорости при широком диапазоне регулирования.
2) Высокие скорости передаются короткими кинематическими цепями, что уменьшает потери мощности и повышает КПД.
3) Сложенные структуры дают возможность получить любое число ступеней скорости, даже не кратное 2-м или 3-м
Пример: z = 2 (1 + 3 · 2) = 14
z = 3 (1 + 3 · 2) = 21
z = 3 · 2 (1 + 2 · 2) = 30.