2.2 Цепь подачи

Величины подач в металлорежущих станках в зависимости от требований, предъявляемых к механизму подачи, могут регулироваться в широком диапазоне как ступенчато, так и бесступенчато.

Цепи подачи могут приводиться от общего с цепью главного движения (например, в случае необходимости получения так называемой оборотной подачи, или на токарно-винторезных станках при нарезании резьбы, когда за каждый оборот шпинделя резец должен переместиться точно на шаг резьбы) и от самостоятельного источника движения. Эго надо учитывать при разработке кинематической схемы и определении основных технических характеристик станка.

Рекомендуется располагать подачи по геометрическому ряду. В этом случае формулы для определения диапазона регулирования подач R_S знаменателя ряда подач φ_s, числа ступеней подачи Z_S подобны соответствующим формулам для цепи главного движения, т. е.

где S_max и S_min - предельные значения подачи, которые выбираются из соответствующих нормативов в зависимости от вида обработки.

Значения знаменателя ряда подач φ_s и величины подач S берут из нормали станкостроения Н11-1. Вычисленное по формулам: Z_S - число ступеней - округляется до целого числа, а знаменатель ряда φ_s - до ближайшего нормализованного значения. Соответственно изменяется и диапазон регулирования R_S . При выборе значений φ_s и Z_S руководствуются в основном теми же правилами, что и для цепей главного движения. Отклонение фактических значений подач от выбранных нормальных допускается также в пределах .

В станках с периодической подачей (продольно-строгальные, поперечно-строгальные, долбежные и др.), когда подача осуществляется от храпового механизма, подачи располагаются по арифметическому ряду. Из свойств арифметического ряда следует, что

S₂ = S₁ + C; S₃ = S₂ + C = S₁ + 2C; S₄ = S₃ + C = S₁ + 3C;

S_Z = S_Z-1 + C = S₁ +(Z - 1)C;

где: С — разность арифметического ряда. Она определяется по формуле

где S_Z и S_max - максимальная подача;

S₁ и S_min - минимальная подача;

Z_S - число ступеней подачи.

Зная предельные значения подач S_max и S_min и выбрав число ступеней подачи Z_S по формуле определяется разность арифметического ряда С и затем все промежуточные значения подачи.

К цепям подач токарно-винторезных станков, как уже было сказано выше, предъявляется дополнительное требование обеспечения возможности точного получения нужного соотношения скоростей вращательного движения заготовки и поступательного перемещения инструмента. Это соотношение должно быть пропорционально шагу нарезаемых резьб.

Шаги резьб образуют ряд, близкий к арифметическому, поэтому в этих и других станках для нарезания резьб подачи по геометрическому или чисто арифметическому ряду изменяться не могут. В этом случае цепь подач строится в соответствии с номенклатурой резьб, нарезаемых на станке. Шаги резьб вписывают в определенной последовательности в таблицу и затем разрабатывают кинематическую схему и конструкцию коробки, обеспечивающую требуемые скорости перемещения инструмента.

В станках с настройкой цепи подач сменными колесами (автоматы, полуавтоматы, специальные станки) подачи располагают обычно по геометрическому ряду. Оптимальные подачи устанавливают при помощи сменных колес, которые конструктор предусматривает при проектировании станка. Если в эксплуатационных условиях возникает необходимость получить другие величины подач, то изготавливают новые сменные колеса. Настройка кинематической цепи при помощи сменных колес позволяет получить любой закон изменения передаточных отношении.

При бесступенчатом регулировании подач (электрическом, механическом, гидравлическом) определяются предельные подачи, и в зависимости от диапазона регулирования R_S, выбирают тип привода.

С цепями подач современных станков, как правило, сопрягают цепи передач для быстрых (ускоренных) перемещений исполнительных органов станков. Эти цепи могут иметь отдельный (вспомогательный) двигатель или приводиться от общего двигателя. Цепь быстрого (ускоренного) перемещения обычно присоединяют к цепи подач в конце этой цепи, близ тягового вала.

2.3. Предварительное определение мощности электродвигателя

До начала разработки кинематической схемы станка следует приближенно определить мощность электродвигателя, так как она влияет на выбор типов передач в кинематических цепях. После разработки кинематической схемы, конструкции узлов и более точного определении к.п.д. станка мощность электродвигателя уточняется. Окончательно правильность выбранной мощности проверяется при испытаниях станка.

Мощность электродвигателя главного движения N_г определяется по полезной мощности резания N_э для наиболее эффективного режима:

где: η_г - к. п. д. цепи главного движения.

Учитывая возможность перегрузки электродвигателя на 25% для универсальных, а в некоторых случаях и для специализированных станков, можно принимать

При предварительном определении мощности электродвигателя η_г можно принимать по аналогии с существующими станками сходных типоразмеров или из опытных данных. Если имеется возможность предварительно наметить кинематику, то, зная к. п. д. отдельных элементов η_i общий к. п. д. можно подсчитать по формуле

При предварительных расчетах по формулам можно принимать η_г = 0,70 -- 0,85 для станков с вращательным главным движением и η_г = 0,60 -0,70 - для станков с возвратно-поступательным главным движением.

Если в проектируемом станке предусматривается только один электродвигатель, то при определении его мощности должна быть учтена мощность, расходуемая в цепях подач и вспомогательных движений. Мощность, потребная на подачу, обычно невелика: для токарных и револьверных станков она составляет 3—4%, для сверлильных — 4—5%, для фрезерных 15—20% от мощности привода главного движения. Если же подача и другие движения осуществляются от отдельных электродвигателей, то для каждой кинематической цепи потребную мощность подсчитывают отдельно.

Мощность N_п потребная на подачу, определяется по формуле

, кВт

где η_п = 0,15 - 0,2 — к. п. д. цепи подач;

, кВт

'Q - тяговая сила подачи, н;

V_S — скорость подачи, мм/мин.

Для продольных суппортов токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими

Q=kP_x+f '(P_z + G).

Для продольных суппортов токарных и револьверных станков и столов фрезерных станков с прямоугольными направляющими

Q = kP_x + f ' (P_z + P_v + G).

Для столов фрезерных станков с направляющими в форме ласточкина хвоста

Q = kP_x + f ' (P_z + 2P_v + G).

Для шпинделей сверлильных станков

где: Р_х — составляющая силы резания в направлении подачи, н;

Р_z — составляющая силы резания, прижимающая каретку суппорта или стол к направляющим, н;

Р_у — составляющая силы резания, отрывающая каретку или стол от направляющих, н;

G — вес перемещаемых частей, н;

М_к — крутящий момент на шпинделе, н мм;

d — диаметр шпинделя, мм]

f - коэффициент трения между пинолыо и корпусом и на шлицах или шпонках шпинделя;

f ' приведенный коэффициент трення на направляющих;

к — коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента.

Значение коэффициентов трения f' при нормальных условиях смазки направляющих неодинаково: для токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими к = 1,15 и f' = 0,15 - 0,18, для токарных и револьверных станков с прямоугольными направляющими к = 1,1 и f' = 0,15, для столов фрезерных станков к = 1,4 и f' = 0,2, для пинолей сверлильных станков f = 0,15.

Мощность привода, вычисленная расчетным путем, должна быть окончательно выбрана после сравнения с мощностью нескольких аналогичных стапков современной конструкции. Это необходимо для того, чтобы убедиться в правильности выбранной мощности, так как процессы резания еще недостаточно изучены и в формулы, по которым определяются силы резания, используемые для вычисления эффективной мощности, входят опытные коэффициенты. Кроме того, при проектировании не всегда можно точно учесть условия эксплуатации станка. После определения мощности, в зависимости от назначения электродвигателя и необходимых чисел оборотов, по соответствующим каталогам подбирается тип электродвигателя.