6 Проектирование привода подач

Электромеханические приводы подач также как и приводы главного движения подразделяются на приводы со ступенчатым и бесступенчатым регулированием. Приводы подач со ступенчатым регулированием могут быть независимыми или кинематически связанными с приводом главного движения.

Методики структурного построения привода подач, графоаналитического и кинематического расчетов рассмотрены в разделе 2. Особенностью графоаналитического расчета кинематически связанного привода подач, как уже говорилось, является то, что расчет и построение графиков ведется в пересчете на один оборот шпинделя.

Для изменения подачи применяют коробки передач с передвижными колесами или электромагнитными муфтами, сменные колеса и специальные механизмы, предназначенные для сокращения числа валов и создания компактной коробки подач. Чаще всего в коробках подач приводов со ступенчатым регулированием подач применяют механизмы с вытяжной шпонкой, со ступенчатым конусом и накидным колесом, типа меандр и др.

Основным недостатком этих механизмов является малая жесткость. Замена этих механизмов на более жесткие является одним из путей модернизации привода подач.

Реализацию прямолинейного движения подачи подвижных узлов станка осуществляют тяговые механизмы, которые являются последним звеном кинематической цепи привода подачи. Круговые подачи в станках карусельного типа осуществляют обычно, с помощью червячных передач реже используют зубчатые, фрикционные и др. передачи.

Тяговые механизмы прямолинейного движения основаны на использовании передач: ходовой винт-гайка, зубчатое колесо-рейка или зубчатый сектор-рейка, червяк-рейка, кулачковых, шатунных, рычажных механизмов.

В некоторых разработках станков для прямолинейных подач используют линейные электродвигатели, непосредственно передающие движение якоря двигателя исполнительному органу станка (столу, суппорту и др.).

Для обеспечения высокой производительности, точности, надежности тяговые устройства должны удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать заданный закон движения с заданной скоростью;

- иметь высокий к.п.д.; обладать высокой жесткостью;

- обладать высоким быстродействием и обеспечивать точность позиционирования; обладать высокой чувствительностью к малым перемещениям;

- беззазорность соединений; обладать высокой износостойкостью.

Наибольшее распространение имеют передача ходовой винт-гайка, принцип действия которой основан на взаимодействии винтовых поверхностей винта и гайки и характеризуется условиями, определяющими вид трения. По этому признаку винтовые передачи подразделяются на использующие трение скольжения и трение качения.

К первой группе относятся передачи винт-гайка скольжения и гидростатическая передача, ко второй передача винт-гайка качения.

Винт-гайка скольжения применяется в станках с ручным управлением и в неответственных механизмах, используемых для вспомогательных перемещений в станках с ЧПУ.

Гидростатическая винтовая передача является эффективной, особенно в приводах подач тяжелых станков высоких классов точности, так как она является беззазорной и обеспечивает высокую равномерность движения.

Передача ходовой винт-гайка качения обычно применяется с использованием шариков в качестве тел качения, циркулирующих по замкнутой траектории, и получила название шариковой винтовой передачи (ШВП). Эта передача получила преимущественное распространение в механизмах подач современных станков всех типов.

В станках с большой длиной рабочего хода перемещаемого узла (продольно-фрезерных, горизонтально-расточных и др.) в качестве модификации винтовой применяют червячно-реечную передачу, в которой червяк выполняет роль короткого винта, а длинная рейка – гайки. Эти передачи также как и винтовые бывают скольжения, гидростатические или шариковые (качения).

Зубчато-реечная передача применяется:

- в приводах подач крупных станков, в том числе и с ЧПУ при большой длине перемещений, и в долбежных станках;

- в приводах подач и установочных перемещений, где не требуется высокая точность движения.

Кулачковые механизмы применяют для реализации сложного закона движения обычно в станках-автоматах с цикловым управлением.

При решении вопросов модернизации привода подачи станка базовой модели необходимо проанализировать возможность замены используемой в станке тяговой передачи на более совершенную по точности и производительности в зависимости от поставленной в задании на проектирование задачи.

Исходные данные для проектного расчета тягового механизма подачи разрабатываются на основе параметров технической характеристики, кинематической схемы и конструкций тягового механизма станка базовой модели в соответствии с заданием на проектирование.

Основной задачей проектного расчета является определение размеров наиболее нагруженного элемента тягового механизма (ходового винта, червяка, рейки и др.) обеспечивающих износостойкость, прочность, жесткость и точность механизма.

Все тяговые механизмы характеризуются нагрузочной способностью - тяговой силой.

В курсовом проекте тяговая сила привода подачи станка базовой модели может быть определена по мощности или крутящему моменту на валу двигателя привода подачи.

Крутящий момент на ходовом винте (гайке) или червяке или на оси реечного колеса и др. можно определить по известной зависимости (31) с учетом передаточного числа и к.п.д. привода.

Т = 9550 , (61)

где Р - мощность двигателя привода подачи или доля мощности общего двигателя привода станка на подачу кВт;

n_н - номинальная частота вращения двигателя, мин^-1;

- к.п.д. кинематической цепи от двигателя до расчетного элемента;

и - передаточное число этой цепи.

Предварительные расчетные диаметральные размеры для винтов и червяков устанавливаются по рекомендациям станкостроителей [13,15] или по ГОСТ (у) 25 329-82. Линейные размеры устанавливаются по данным станка базовой модели с учетом длины рабочего хода узла, размеров элементов тягового механизма (подвижного узла, опорной части, ограничителей хода и др.) Длина резьбовой части винта равна длине рабочего хода плюс длина гайки.

Проверяется соотношение линейных размеров и его соответствие рекомендованным для данной конструкции тягового механизма. Корректируются принятые для расчета геометрические параметры механизма в соответствии с рекомендациями.

После этого выполняют проектный расчет.