книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

Обозначим (см. рис. X II.2): а, Ь, с, d — числа зубьев сменных колес; da и dd — диаметры валов зубчатых колес соответственно а и d в мм; т — модуль колес в мм. Если ограничиться только условием, чтобы головки зубьев колес Ъ и с не задевали валиков da и dd (не учитывая ограничений, вносимых размерами приклона гитары), то принимая конструктивно da = ddт 13 т, получим неравенства, которые должны быть соблюдены для возможности установки зубчатых колес:

am , bm ^ (с-\-2)т , 13т

Если условие не обеспечивается, то необходимо поменять местами зубчатые колеса в числителе или знаменателе и снова проверить их на сцепляемость. Если и в этом случае не соблю­ даются условия сцепляемости, то необходимо повторить расчет чисел зубьев.

* Иногда диаметры валов da и dd принимают равными 20 т, тогда сла­ гаемое вместо 15 будет равно 22.

\

Глава X III

Приводы станков

§ 1. Общие сведения

Под приводом станка понимают совокупность устройств, пере­ дающих движение от источника движения к рабочим органам станка. Современные станки имеют индивидуальные приводы,.т. е. каждый станок приводится в движение от отдельного электродви­ гателя, причем все движения станка осуществляются либо от одного, либо от нескольких электродвигателей. Различают привод главного движения, привод подачи, привод быстрых перемещений и т. д.

Источником движений является электродвигатель, чаще всего асинхронный, короткозамкнутый, установленный в непосредст­ венной близости от станка или на самом станке. Асинхронные дви­ гатели переменного тока с короткозамкнутым ротором, обладая жесткой характеристикой, обеспечивают постоянство мощности на всем диапазоне скоростей и незначительное изменение скорости вращения под нагрузкой. Двигатели, которые устанавливают непосредственно на станке, крепят к нему своей крышкой (флан­ цем) называются фланцевыми. Чаще всего такие двигатели при­ меняют на сверлильных станках. На станках шлифовальных, заточных находят широкое применение встроенные электродви­ гатели. Это — двигатели, у которых ротор посажен на шпиндель станка.

По характеру регулирования скорости движения рабочих орга­ нов станка различают ступенчатые и бесступенчатые приводы. Ступенчатые приводы позволяют получить в заданных пределах определенный ряд частот вращения, двойных ходов или величин подач. Системы бесступенчатого регулирования позволяют уста­ навливать на станке наиболее выгодные элементы режима реза­ ния, к тому же это может осуществляться без останова станка (на ходу). В современных станках для бесступенчатого регули­ рования движений применяют электрическое регулирование, гидравлическое регулирование и регулирование механическими вариаторами.

§ 2. Ступенчатые приводы станков

Приводы со ступенчатым регулированием выполняются в виде шестеренных коробок передач (см. рис. XIV.2). Механизмы, обес­ печивающие ступенчатое регулирование, простые по конструкции и надежные в эксплуатации, вследствие чего они получили более широкое применение в современных станках, чем механизмы бесступенчатого регулирования.

Ряды частот вращения шпинделей. Так как станки общего назначения применяются для обработки деталей из различных^ материалов и различных размеров (диаметров), то значение частот вращения в современных станках колеблется в довольно больших пределах.

Предельные частоты вращения шпинделя станка находят по наибольшим и наименьшим допустимым скоростям резания и предельным диаметрам обработки:

где пШіП и иinах — соответственно наименьшая и наибольшая частоты вращения шпинделя в минуту; кшіп и птах — соответст­ венно нижний и верхний пределы скоростей резания в м/мин;

.Dmin и Dmax — соответственно наименьший и наибольший диа­ метры обрабатываемой заготовки или вращающегося инструмента в мм.

Поскольку шестеренные коробки дают ступенчатые ряды обо­ ротов, возникает вопрос о выборе наиболее целесообразной струк­ туры построения таких рядов. А. В. Гадолиным в 1876 г. была впервые доказана целесообразность изменения частот вращения шпинделей в станках по закону геометрической прогрессии. Геометрический ряд обладает большими структурными преиму­ ществами, имеющими важное значение при разработке привода проектируемого станка, а также и экономическими преимущест­ вами. Он позволяет создавать сложные коробки передач из эле­ ментарных двухваловых механизмов, построенных также на основе геометрического ряда.

При геометрическом ряде частот вращепия относительная потеря скорости резания (вследствие использования меньшей частоты вращения шпинделя против требуемой) остается одинаковой для всех интервалов частот вращения. Действительно, относительная

потеря Аѵ скорости резания может быть представлена следующим образом:

Д г ;= ^іГо = 1 _D> = 1 _ D l

V V п ’

где ѵ = л!)п требуемая скорость резания в м/мин; ѵ0= nDnn----

действительная скорость резания в м/мин; п и тг0 — соответст­ венно требуемая и действительная частота вращения шпинделя

324

в об/мин; D — диаметр обрабатываемой поверхности (или диа­ метр вращающегося инструмента) в мм.

Из приведенной зависимости следует, что относительная потеря Аѵ будет тем меньше, чем меньше интервалы между соседними частотами вращения, чем ближе, следовательно, будет «0 и «.

вращения; ср — знаменатель геометрического ряда и расположив

где Д — диапазон регулирования частот вращения; «т ;п и «тах — соответственно наименьшая и наибольшая частота вращения.

Выразим относительную потерю скорости Аѵ через знамена­ тель ряда ф:

Так как значение ф для данного ряда — величина постоянная, то относительная потеря скорости является величиной постоянной и зависит только от знаменателя геометрического ряда. На прак­ тике относительная потеря скорости выражается в процентах и называется перепадом скоростей:

Стандартные значения знаменателя ф рядов частот вращения шпинделей установлены, исходя из того, что в приводах станков часто применяют двухскоростные электродвигатели трехфазного тока, у которых отношение частот вращения равно 2 (например, 3000/1500, 1500/750). Поэтому, если в ряде частот вращения есть член пх, то должен быть такяте член пу = 2пх, причем пу = «лфЕ, где Е — целое число. Тогда можно записать

пхфЕ = 2пх,

3 2 5

от к у д а

Ф = ^ 2 \

Наряду с этим должен быть учтен ГОСТ 8032—56 «Предпо­ чтительные числа и ряды предпочтительных чисел оборотов» (частот вращения) и нормаль станкостроения Н11-1, устанавли­ вающая предпочтительные величины и градации параметров в станкостроении.

Ряды предпочтительных чисел построены в виде геометриче­ ских прогрессий, знаменатели которых должны удовлетворять

Значения частот вращения шпинделей могут отклоняться от табличных значений не более чем на ± 10 (ф — 1)%.

Указанный закон построения рядов частот вращения шпин­ делей применяют и для рядов подач, а также для чисел двойных ходов у станков с возвратно-поступательным главным движением.

Структурные сетки и графики частот вращения шпинделей. Проектирование коробок скоростей связано с определением пере­ даточных отношений находящихся в них передач, на основе которых подсчитывают числа зубьев колес. Передаточные отно­ шения можно определить как аналитическим, так и графо-анали­ тическим способом. В практике проектирования станков приме­ няют преимущественно графо-аналитический метод, который более нагляден и позволяет быстрее определить рациональные варианты решения.

Для графического изображения кинематических связей в ко­

(І—ІѴ), с одинаковым (произвольной величины) расстоянием между ними. Перпендикулярно этим прямым проводят столько

326

горизонтальных прямых, сколько должен иметь частот вращения последний (выходной) вал. Если откладывать на прямой линии, соответствующей выходному валу, последовательные значения логарифмов частот вращения пи п2, п3 ...., то интервалы между

(линиями), которые характеризуют передаточные отношения между соответствующими валами.

Р и с . X I I 1 . 1 . С т р у к т у р н ы е с е т к и

Если ряд частот вращения шпинделя построен по геометриче­ скому ряду со знаменателем ф, то и частоты вращения промежу­ точных валов коробки передач также подчиняются закону гео­ метрической прогрессии со знаменателем ф.

Все кинематические соотношения в структурной сетке выра­ жаются через степени знаменателя ф. Для замедляющих передач передаточные отношения между валами будут

. _ J _

Ф* ’

для ускоряющих передач

і = ф*,

327

коробок передач на 12 частот вращения.

На структурных сетках л^чи располагают симметрично, а точки

зубчатых пар, по которым (в зависимости от принятого значения ф) определяют числа зубьев колес. При выборе значения ф и числа ступеней скоростей вращения шпинделя требуется экономически выгодно сочетать стремление к уменьшению неизбежной потери скорости резания и обусловленное этим усложнение конструкции станка. На рис. X III.2 приведена зависимость между диапазоном регулирования частот вращения Д, числом ступеней скорости z и знаменателем ряда ф.

При проектировании коробок передач необходимо учитывать следующее:

1. При ступенчатом регулировании для подавляющего боль­ шинства станков общего назначения достаточно хорошие экс­ плуатационные условия обеспечиваются при ф = 1,26 или

1,41.

328

2.Если в кинематической цепи привода предусмотрена на­ стройка сменными колесами, то при проектировании станка для серийного или массового производства можно принимать ср = 1,12

или ср = 1,26.

3.В небольших станках с малыми диаметрами обработки при­ меняют большие значения (ср = 1,58; ф = 1,78), а в крупных

станках — меньшие значения (ф = 1,26; ф = 1,12; ф = 1,06). 4. Желательно, чтобы число z ступеней скорости представляло произведение множителей 2 и 3. Чаще всего применяют z = 3, 4,

6, 8, 12, 18, 24.

При разработке кинематической схемы и проектировании коробки скоростей необходимо стремиться к тому, чтобы зубчатые колеса имели относительно меньшие размеры и меньшие модули. При этом валы будут меньше диаметром, а подшипники более легкими.

Следует избегать больших передаточных отношений зубчатых передач. Чем больше понижение скорости, создаваемое зубчатой парой при заданном диаметре ведущего зубчатого колеса, тем больше получится диаметр ведомого, больше будет межцентровое расстояние, а отсюда и габариты коробки скоростей. Практически установлено, что для подавляющего большинства случаев можно ограничиваться замедляющими передачами с передаточным отно­ шением 1 : 4, в крайнем случае 1 : 5. При ускорительных пере­ дачах не рекомендуется повышать скорости вращения с передаточ­ ными отношениями более чем 2 :1 .

Надо стремиться к тому, чтобы все промежуточнхле валы ко­ робки были по возможности более быстроходными, с максимальной редукцией на последней паре валов. При передаче заданной мощ­ ности от электродвигателя к шпинделю станка выгоднее сообщать промежуточным валам возможно большие скорости вращения. При этом крутящие моменты на валах и окружные силы на зуб­ чатых колесах будут меньше, а следовательно, меньше будут изгибающие усилия и нагрузки на опоры. В результате вся кон­ струкция будет более компактной, легкой и работоспособной.

§ 3. Электрическое регулирование скорости движения

На рис. X III.3 показана распространенная система привода, в которой регулирование скорости двигателя достигается изме­ нением напряжения на зажимах генератора постоянного тока, питающего электродвигатель. Эта система получила название

генератор — двигатель.

Система состоит из нерегулируемого асинхронного или син­ хронного двигателя АД, генератора постоянного тока Г, возбу­ дителя В и двигателя постоянного тока Д, приводящего станок. Двигатель АД присоединяют к сети трехфазного тока, и он вра­ щается непрерывно с приблизительно постоянной скоростью. Этот двигатель приводит во вращение генератор постоянного

329

тока Г с независимым возбуждением и возбудитель В, представ­ ляющий собой небольшой генератор постоянного тока параллель­ ного или смешанного возбуждения. Двигатель Д имеет независи­ мое возбуждение. Обмотки возбуждения генератора ОВГ и дви­ гателя ОВД питаются от возбудителя В. Изменяя реостатом 1 сопротивление цепи возбуждения генератора Г, меняют напря­ жение, подводимое к якорю двигателя Д, а тем самым регулируют скорость его вращения. Двигатель при этом работает с полным и неизменным потоком (реостат 2 выведен). Изменение магнитного

потока электродвигателя Д, осу­

(0,5—0,7, а у систем малой мощности доходит до 0,2—0,3) и высо­ кая стоимость. Стоимость системы превышает стоимость одного

стемы генератор — двигатель в станкостроении получили широкое применение системы электромашинного управления, позволяющего осуществлять автоматическое регулирование скорости вращения рабочего двигателя в требуемых пределах.

На рис. ХІІІ.4 представлена схема электромашинного усили­ теля (ЭМУ), получившего широкое применение в системах управ­ ления приводами постоянного тока.

Пропуская через обмотку возбуждения I двухполюсной машины постоянного тока небольшой ток Щ вызывающий магнитный поток Фъ и вращая асинхронным двигателем якорь машины, получим э. д. с., направление которой на рисунке указано знаками на сечениях проводников. Щетки, установленные на горизонтальной оси, перпендикулярной к потоку Фи замкнуты накоротко. Так как поток Фх и вызванная им э. д. с. незначительны, то появив-

330

гаийся в цепи якоря ток не опасен для машин. Ток, протекающий по обмотке якоря, вызывает значительный поток Ф2 реакции якоря, направленный перпендикулярно потоку Ф4 и пересекаемый про­

мощность р значительно превышает входную. Отношение ~ — кѵна­

Использование ЭМУ может значительно расширить возмож­ ности регулирования скорости в системе генератор — двигатель.

На рис. X III.5 приведена схема, в которой ЭМУ выполняет функции возбудителя генератора Г. Посредством потенциометра П, питаемого постоянным током, изменяют величину и направле­ ние тока в задающей обмотке 1 ЭМУ и тем самым устанавливают

331