3. Расчет мощности двигателя подачи

1-двигатель, 2- редуктор, 3- ходовой винт, 4-гайка, 5-стол,

6-направляющие.

Рисунок 1- Типовая электрическая схема электропривода подачи станка

В электроприводах подач двигатель осуществляет перемещение инструмента или изделия для обеспечения процесса резания. Подача на станках осуществляется различными способами, но наибольшее распространение получил привод с ходовым винтом, типовая кинематическая схема которого приведена на рисунке 1. Вращательное движение от двигателя 1 через редуктор 2 передается ходовому винту 3 и через гайку 4, закрепленную на столе или суппорте, преобразуется в поступательное движение подачи стола или суппорта по направляющим 6. Двигатель подачи обеспечивает усилие F_под, Н, необходимое для линейного перемещения стола или суппорта, которое в общем случае равно

, (1.27)

где k – коэффициент запаса, принимаемый равным 1,2÷1,5;

F_x – составляющая усилия резания в направлении подачи, Н;

F_тр – усилие трения стола или суппорта о направляющие, Н;

F_пр – усилие прилипания, Н.

Усилие трения о направляющие F_тр, Н, определяется массой перемещающихся механизмов подачи (стола или суппорта) и составляющими усилия резания, направленными перпендикулярно к направляющим

, (1.28)

где μ – коэффициент трения стола или суппорта о направляющие;

m_ст – масса перемещающихся механизмов подачи, кг;

F_y, F_x – составляющие усилия резания, Н.

Усилие прилипания F_пр, Н, возникает при трогании стола или суппорта с места в начале движения

, (1.29)

где β – удельное усилие прилипания, принимаемое равным 0,5 Н·см^-2;

S_пр – площадь поверхности прилегания направляющих стола или суппорта, взаимно трущихся с направляющими салазок, см².

Все составляющие усилия подачи, как правило, одновременно не действуют. В основной массе станков подача производится непрерывно и начинается вхолостую еще до начала процесса резания. Поэтому при определении нагрузки двигателя подачи рассматривают отдельно два характерных режима его работы: трогание с места и рабочую подачу.

При трогании с места действуют только усилие трения от массы перемещающихся частей механизма подачи и усилие прилипания, возникающее в начале трогания. Тогда усилие подачи при трогании стола или суппорта F_под.т, Н

, (1.30)

где μ_т – коэффициент трения в направляющих при трогании стола или суппорта с места, принимаемый равным 0,2÷0,3.

При рабочей подаче в процессе резания, когда стол или суппорт движется с установившейся скоростью, усилие подачи F_под.д, Н, определяется

, (1.31)

где μ_д – коэффициент трения в направляющих при движении, принимаемый равным 0,05÷0,15.

По большему из рассчитанных усилий подачи определяется момент на валу ходового винта механизма подачи М_х.в, Н·м

, (1.32)

где d_ср – средний диаметр ходового винта, м;

α – угол наклона резьбы ходового винта, град;

φ – угол трения резьбы, град.

Угол наклона резьбы ходового винта α, град, определяется

, (1.33)

где t – шаг нарезки ходового винта, м.

Угол трения резьбы φ определяется

(1.34)

Момент статического сопротивления на валу двигателя подачи М_с, Н·м

, (1.35)

где u_п, η_п – соответственно передаточное отношение и к.п.д. передачи от двигателя к ходовому винту.

Суммарный к.п.д. передачи принимают равным 0,1÷0,2 для передачи винт-гайка скольжения, 0,81÷0,86 для передачи винт-гайка качения без натяга, 0,72÷0,77 для передачи винт-гайка качения с натягом. При установке двигателя на ходовой винт η_п≈1.

Расчетная угловая скорость двигателя ω_{дв.расч}, рад·с^-1, определяется

, (1.36)

где v_п – скорость подачи, м·мин^-1;

u_п – передаточное отношение от двигателя к ходовому винту;

t – шаг нарезки ходового винта, м.

Мощность двигателя рассчитывают по (1.26), а двигатель выбирают по условиям (1.11), (1.12).

Так как электропривод подачи выполняется в большинстве случаев с регулированием скорости в большом диапазоне, то выбранный двигатель должен быть проверен по статическому моменту на его валу при минимальной скорости подачи с учетом снижения момента двигателя из-за ухудшения условий охлаждения в самовентилируемых двигателях. Например в частотно-регулируемых самовентилируемых асинхронных двигателях серий 4АП и 4АХ при частоте питания, равной 0,2 f_ном, допустимый по нагреву момент становится равным половине номинального.

Выбранный двигатель также должен быть проверен по пусковому моменту, обеспечивающем момент трогания с места.

Момент трогания М_с.т, Н·м, определяется

. (1.37)

Двигатель проходит по пусковым условиям, если выполняется неравенство

М_{дв.пуск}≥М_с.т, (1.38)

где М_{дв.пуск} – пусковой момент двигателя, Н·м.