3.2. Привод главного движения
В электроприводах главного движения металлорежущих станков полезным является усилие резания. Оно зависит от режимов резания (глубины, подачи, скорости), материала обрабатываемого изделия и режущих свойств инструмента. Поэтому, прежде всего при известном материале изделия выбирают технологические режимы резания на каждом переходе обработки. Соответственно выбирают резцы, их тип, геометрию и способ охлаждения, определяют длины обработки и по справочникам режимов резания назначают глубины резания t, подачи s для каждого перехода, рассчитывают скорость и усилие резания по эмпирическим формулам [12].
|
Рис. 3.3. Схема компоновочно-кинематическая станка ИР500МФ4: 1 – стол; 2 – шпиндель; 3 – инструментальный магазин |
При вращательном главном движении в станках токарной группы, расточных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных, момент на шпинделе станка от усилия резания будет равен
Мр = Fzd/2, (3.1)
где Fz – усилие резания, Н;
d – диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, м.
Далее определяется полезный момент на валу двигателя
Мпол = Mр/i = Fzd/2i, (3.2)
где i – передаточное отношение от вала двигателя к шпинделю станка.
Момент статического сопротивления на валу двигателя определяется с учетом потерь на трение в передачах
Мс = Мном/η, (3.3)
где – КПД передач от шпинделя или стола станка к двигателю, в которые входят редукторы, коробки скоростей и другие передачи.
В результате технологической проработки, выполняемой на стадии проектирования с учетом номенклатуры режущего инструмента и набора представительных деталей, предназначенных для обработки на данном станке, формируются технические характеристики станка и, в частности, зависимость эффективной мощности РЭФФ главного привода от частоты вращения шпинделя.
Процесс обработки происходит при постоянной мощности резания
Рz = Fz, (3.4)
поскольку соблюдается соотношение
Fz maxmin = Fz minmax. (3.5)
Расчет усилия резания для каждого типа станка имеет свои особенности, поэтому для расчета необходимо пользоваться специальной литературой [12]. Например, нагрузка на валу главного двигателя карусельного станка (вращение планшайбы) складывается из усилий, затрачиваемых на резание, и усилий трения в направляющих планшайбы и передачах коробки скоростей, которые непостоянны и зависят от скорости планшайбы. Мощность главного электропривода тяжелого карусельного станка складывается из мощностей, затрачиваемых на резание, на преодоление трения в направляющих планшайбы, на преодоление потерь в коробке скоростей от резания и от вращения планшайбы. Усилия трения, зависящие от скорости, оказывают влияние и на переходные процессы главного привода.
В металлорежущих станках при расчетах режимов резания обычно, минуя определение усилия резания и момента, по эмпирическим формулам или таблицам-картам подсчитывают мощность резания, далее с учетом потерь в передачах находят значения мощности на валу двигателя для каждого перехода обработки детали и на холостом ходу, а затем строят нагрузочные диаграммы в виде необходимой мощности двигателя за цикл.
Предварительно выбирают двигатель, исходя из среднего значения нагрузки за цикл с запасом на 20–30 % по мощности
Рном (1,2…1,3)Рср, (3.6)
где Рном – номинальная мощность двигателя;
Рср – среднее значение необходимой мощности за цикл.
Выбранный двигатель проверяют по нагреву для полученной диаграммы нагрузки методом средних потерь для случая асинхронного двигателя и методом эквивалентных значений, если применяется ДГТТ с регулированием скорости.
Если двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, то при расчете мощности следует учитывать длительность переходных процессов, а при методе средних потерь, кроме потерь энергии в установившемся движении, следует подсчитывать потери энергии, имеющие место при пуске и торможении двигателя.
После проверки двигателя по нагреву его следует проверить по допустимой кратковременной перегрузке
Мmax < τд Мном, (3.7)
где Мmax – максимально возможный в рабочем цикле момент;
τд – коэффициент допустимой перегрузки;
Мном – номинальный момент выбранного двигателя.