3 Розрахунок потужності та вибір електродвигунів для головного привода токарних верстатів

Потужність електродвигуна головного привода токарного верстата визначається режимом різання. При розрахунку режиму різання враховують тип і розміри інструменту, матеріал його різальної частини, матеріал і стан заготовки, тип устаткування, тощо. При цьому слід пам’ятати, що елементи режиму різання знаходяться у взаємній функціональній залежності, яка встановлюється емпіричними формулами. Глибина різання t і подача S безпосередньо впливають на стійкість Т інструменту, з якою, у свою чергу, зв’язана швидкість різання. При виконанні завдання відсутні дані та розрахункові коефіцієнти слід вибирати з [21].

При зовнішньому повздовжньому точінні швидкість різання, м/хв., визначається за формулою [7, с. 240]:

, (3.1)

де С_б – коефіцієнт, що характеризує властивості матеріалу, який обробляється, та матеріал різця, а також вид токарної обробки (див. табл. 3.1);

Т – стійкість різця (тривалість роботи його до затуплення), хв., (середнє Т при одноінструментній обробці дорівнює 60 хв.);

t – глибина різання, мм;

S – подача, мм/об;

m, X_б, Y_б – показники ступеня, які залежать від властивостей матеріалу, що обробляється, матеріалу різця та виду обробки (див. табл. 3.1).

Величини коефіцієнта і показників ступеня формули (3.1) наведені у довіднику з режимів різання [21, гл. 4, табл. 8]. Деякі з цих значень наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Величини коефіцієнта та показників ступеня в формулі швидкості різання

Вид обробки	Матеріал різальної частини різця	Характеристика подачі	Коефіцієнт і показники ступеня
			Сб	Хб	Yб	m		Т, хв.
Обробка сталі конструкційної вуглецевої та сталевого литтяв = 736 Н/мм2
Зовнішнє повздовжнє точіння прохідними різцями	Т15К6	S до 0,30	420	0,15	0,20	0,20	45
		S від 0,3 до 0,7	350		0,35
		S більше 0,70	340		0,45
	Т5К10	S до 0,30	273	0,15	0,20	0,20	60
		S від 0,3 до 0,7	227		0,35
		S більше 0,70	221		0,45
	Р-18	S до 0,25	87,5	0,25	0,33	0,125	60
		S більше 0,25	56		0,66
	ЦМ 332	S до 0,30	530	0,19	0,37	0,24	60
		S від 0,3 до 0,7	700	0,08	0,08
Відрізання та прорізання	Т5К10	–	47	–	0,80	0,20	60
	Р18	–	23,7	–	0,66	0,25	120
Чавун сірий
Зовнішнє повздовжнє точіння	ВК6	S до 0,4	292	0,15	0,20	0,20	60
		S більше 0,4	243		0,40
Чавун ковкий
Зовнішнє повздовжнє точіння	Р18	S до 0,25	37	0,15	0,3	0,1	60
		S більше 0,25	35		0,4
	ВК8	S до 0,4	317	0,15	0,20	0,20	60
		S більше 0,4	215		0,45
	Р18	S до 0,25	106	0,20	0,25	0,125	60
		S більше 0,25	75	0,20	0,50
Мідні сплави
Зовнішнє повздовжнє точіння	Р18	S до 0,2	238	0,12	0,25	0,23	60
		S більше 0,2	161		0,50

Загальний поправочний коефіцієнт К_v представляє собою добуток окремих коефіцієнтів, кожний з яких враховує вплив окремого фактору (якість матеріалу, що обробляється, стан поверхні заготовки, матеріал різальної частини, параметри різця, тощо) на швидкість різання.

Коефіцієнт К_v при навчальному проектуванні може бути прийнятим К_v = 1.

Зусилля різання, Н, розраховується за формулою:

. (3.2)

Величини коефіцієнта і показників ступеня приймаємо з [21, гл. 4, табл. 20] (див. табл. 3.2).

Загальний поправочний коефіцієнт К_F представляє собою добуток поправочних коефіцієнтів.

Коефіцієнт К_F при навчальному проектуванні може бути прийнятим K_F = 1.

Швидкість обертання шпинделя токарного верстату, об/хв., розраховується за формулою:

, (3.3)

де d_дет – діаметр заготовки, мм.

Передатне відношення коробки швидкостей розраховується за формулою:

, (3.4)

де п_дв – швидкість обертання вала двигуна.

Потужність різання, кВт, розраховується за формулою:

. (3.5)

Таблиця 3.2 – Величини коефіцієнта та показників ступеня в формулі зусилля різання

Вид обробки	Матеріал різальної частини різця	Коефіцієнт і показники ступеня
					п
Обробка сталі конструкційної вуглецевої та сталевого литтяв = 736 Н/мм2
Зовнішнє повздовжнє точіння	Т15К6	300	1,0	0,75	- 0,15
	Р18	200	1,0	0,75	0
	Мінералокераміка	267	0,95	0,75	- 0,15
Відрізання та прорізання	Т15К6	408	0,73	0,8	0
	Р18	247	1,0	1,0	0
Сталь жаростійка
Зовнішнє повздовжнє точіння	Т15К6	204	1,0	0,75	0
Чавун сірий
Зовнішнє повздовжнє точіння	Т15К6	92	1,0	0,75	0
	Р18	114	1,0	0,75	0
	Мінералокераміка	104	0,9	0,65	0

Потужність на валу двигуна при різанні, кВт, з урахуванням втрат у механічних передачах верстата розраховується за формулою [7, с. 243]

, (3.6)

де _верст. – ККД верстату при номінальному навантаженні, в.о. (звичайно складає 0,75 ... 0,8).

Втрати у верстаті при номінальному навантаженні [7, с. 243], кВт

. (3.7)

Тому, що на період пауз верстат не відключається, то потужність на його валу дорівнює потужності втрат холостого ходу верстата, кВт, [7]

. (3.8)

На рис. 3.1 побудована навантажувальна діаграма головного привода токарного верстата (без урахування перехідних процесів).

Еквівалентна потужність за цикл роботи двигуна, кВт, розраховується за формулою:

. (3.9)

З умови нагріву випливає, що номінальна потужність двигуна повинна бути не менше еквівалентної потужності з навантажувальної діаграми. Двигун вибирається з довідника [3, 4, 20] з дотриманням вимоги .

Так як привод шпинделя токарного верстата завжди запускається вхолосту, то перевіряти двигун на достатність пускового моменту немає необхідності.

Р кВт

Р_дв.

Р_дв.0

t_p t₀ t, c

Т_ц

Рисунок 3.1 – Навантажувальна діаграма головного привода токарного верстата

Якщо при вирішенні задачі виявиться, що номінальна потужність вибраного за умовою нагріву двигуна значно менше потужності на валу двигуна при різанні, то слід перевірити двигун на перевантажувальну здатність. Повинна виконуватися умова

,

де – максимальний момент, який виникає при роботі привода, Н м;

– номінальний момент вибраного двигуна, Н м;

0,81 – коефіцієнт, який враховує можливість зниження напруги мережі живлення на 10 %;

перевантажувальна здатність вибраного двигуна (відношення критичного моменту до номінального).

Якщо двигун, який перевіряється на перевантажувальну здатність не відповідає вимогам, то слід вибрати двигун більшої потужності.