2.4 Расчет мощности и выбор приводного двигателя токарного станка

На рисунке 2.1 приведён эскиз обработки детали.

Рисунок 2.1

Эскиз обработки детали

Для расчета мощности приводного двигателя необходимо в начале произвести расчет технологических усилий.

На позиции шпинделя выполняются следующие операции:

1. Загрузка заготовки;

2. Продольное точение: t=4 мм, L=80 мм, S=0,6 мм ^-1

3. Подрезка торца: t=2 мм, S=0,8 мм ^-1

4. Сверление: d=10 мм, L=35 мм, S=0,30 мм ^-1

5. Прорезание канавки: t=10 мм, S=0,2 мм^-1

6. Отрезание: t=5 мм, S=0,14 мм ^-1, материал детали - сталь конструктивная.

Произведем расчет технологических условий для второй операции - продольное точение.

Определяем скорость резания V_z, м·мин^-1[3,c.68-70]

(2.1.)

где C_ν - постоянная скорости резания;

Т – среднее значение стойкости инструмента при обработке, мин;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм·об^-1;

k_ν – общий поправочный коэффициент;

m, х, у – показатели степени, зависящие от вида обработки и материала.

Определяем скорость резания для второй операции – продольное точение, при S=0,6 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=4мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для третей операции – подрезка торца, при S=0,8 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=2мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для четвёртой операции – сверление, при S=0,30 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=4 мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

=

Определяем скорость резания для пятой операции – прорезание канавки, при S=0,2 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=10 мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

=

Определяем скорость резания для шестой операции – отрезание, при S=0,14 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=5 мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

=

Определяем частоту вращения шпинделя n, об/мин [3,c.56-57]

(2.2)

где D - диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм.

V_z – скорость резания, м·мин^-1.

Определяем частоту вращения шпинделя для второй операции – продольное точение, при V_z=115.827 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d2 =630 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для третей операции – подрезка торца, при V_z=121,313 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d3 =630 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для четвёртой операции - сверление, при V_z=133,09 м·мин^-1; D=10 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d4 =4000 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для пятой операции – прорезание канавки, при V_z=125,7 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d5 =800 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для шестой операции – отрезание, при V_z=149,82 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d=810 об/мин [3,с.422].

Определяем действительную скорость резания, м·мин^-1

(2.3)

где D - диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм;

n_d – частота вращения шпинделя, мин^-1.

Определяем действительную скорость резания для второй операции – продольное точение, при D=55 мм; n_d=630 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для третей операции – подрезка торца, при D=55 мм; n_d=630 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для четвёртой операции – сверление, при D=10 мм; n_d=4000 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для пятой операции – прорезание канавки, при D=55 мм; n_d=800 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для шестой операции – отрезание, при D=55 мм; n_d=810 мин^-1

Определяем усилие резания F_z, Н по

(2.4)

где C_δ – коэффициент, учитывающий вид обработки и материал при точении;

k_δ – поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

х, у, n – показатели степени, зависящие от вида обработки.

Определяем усилие резания для второй операции – продольное точение, при S=0,6 мм^-1; t=4 мм ; V_z.d=108,801 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75;n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для третей операции – подрезка торца, при S=0,8 мм^-1; t=2 мм ; V_z.d=108,801 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75;

n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для четвёртой операции – сверление, при S=0,3 мм^-1; t=4мм ; V_z.d=125,6 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для пятой операции – прорезание канавки, при S=0,2 мм^-1; t=10мм ; V_z.d=138,16 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для шестой операции – отрезание, при S=0,14 мм^-1; t=5мм ; V_z.d=139,887 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Н

Определяем мощность резания P_z, кВт [3,c.61-62] по

(2.5)

где F_z – усилие резания, Н;

V_z.d. – действительная скорость резания, м·мин^-1.

Определяем мощность резания для второй операции – продольное точение, при F_z=3562,726 Н; V_z.d=108,801 м·мин^-1

Определяем мощность резания для третей операции – подрезка торца, при F_z=2210,327 Н; V_z.d=108,801 м·мин^-1

Определяем мощность резания для четвёртой операции – сверление, при F_z=2073,273 Н; V_z.d=125,6 м·мин^-1

Определяем мощность резания для пятой операции – прорезание канавки, при F_z=3769,807 Н; V_z.d=138,16 м·мин^-1

Определяем мощность резания для шестой операции – отрезание, при F_z=1439,804 Н; V_z.d=139,887 м·мин^-1

Определяем технологическое время обработки Т_м, мин по

(2.6)

где L – длина рабочего хода резца, мм;

n_d – ближайшая частота вращения шпинделя.

Определяем технологическое время обработки для второй операции – продольное точение, при L=80 мм; n_d=630 м·мин^-1; S=0,6 мм

Определяем технологическое время обработки для третей операции – подрезка торца, при L=80 мм; n_d=630 м·мин^-1; S=0,8 мм

Определяем технологическое время обработки для четвёртой операции – сверление, при L=35 мм; n_d=4000 м·мин^-1; S=0,3 мм

Определяем технологическое время обработки для пятой операции – прорезание канавки, при L=80 мм; n_d=800 м·мин^-1; S=0,2 мм

Определяем технологическое время обработки для шестой операции – отрезание, при L=80 мм; n_d=810 м·мин^-1; S=0,14 мм

Данные расчетов по всем операциям сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Данные расчёта технологических усилий

№ операции	Vz, м·мин-1	n, мин-1	Vz.d., м·мин-1	Fz,H (Мкр, Н·м)	Рz, кВт	Тм, мин.
Первая операция	-	-	-	-	-	-
Вторая операция	115,827	670,683	108,801	3562,726	6,46	0,212
Третья операция	121,313	702,449	108,801	2210,327	4,008	0,159
Четвертая операция	133,09	4238,535	125,6	2073,273	4,34	0,029
Пятая операция	125,7	727,852	138,16	3769,807	8,681	0, 5
Шестая операция	149,82	867,516	139,887	1439,804	3,357	0,705

Зная мощность резания Р_z и технологическое время обработки Тм на каждой операции, можно определить эквивалентную мощность резания Р_{z экв.}, за цикл обработки приведенную к наиболее длительной операции.

(2.8)

где Р_z2 - Р_z6 - мощность резания на каждой операции соответственно, кВт;

Т₂ – Т₆ - технологическое время обработки на каждой операции соответственно, мин.

Т_наиб – наибольшее время обработки, мин.

При Р_z2=6,46 кВт; Р_z3=4,008 кВт; Р_z4=4,34кВт; Р_z5=8,681 кВт; Р_z6=3,357кВт; Т_М2=0,212 мин; Т_М3=0,159 мин; Т_М4=0,029 мин;Т_М5=0,55 мин; Т_М6=0,705 мин получим:

Рассчитываем мощность двигателя главного привода Р_дв, кВт

(2.9)

где P_z.экв.- эквивалентная мощность резания,кВт;

η_ст – КПД станка.

При Р_{z экв}=9,037 кВт; η_ст=0,92

Выбираем двигатель AИP132-M4 из таблицы [4,c.110], данные которого заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Данные выбранного главного двигателя

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
АИР132-М4	11	1500	0,85	88,5	7,5	2,9	22,222

Расчет двигателей для вспомогательных приводов производим аналогично главному приводу.

Таблица 2.3 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М₂

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
АИР71В4	0,75	1500	0,76	73	5	2	2,05

Таблица 2.4 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М₃

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
АИР80А4	1,1	1500	0,81	75	5,5	2,2	2,76

Таблица 2.5 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М₄

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
4А71В4У3	0,75	1390	0,73	72	4,5	2,2	2,168

Определяем максимальную мощность резания Р_z макс., кВт

(2.10)

где ∑Р_z - сумма мощностей резания на каждой операции, кВт.

При Р_z2=6,46 кВт; Р_z3=4,008 кВт; Р_z4=4,34 кВт; Р_z5=8,681 кВт; Р_z6=3,357кВт:

Р_z.макс=6,46+4,008+4,34+8,681+3,357=26,846кВт