Модернизация привода главного движения станка с ЧПУ 6305Ф4

            

        2.5. Предельные частоты вращения шпинделя

    Полученные скорости резания дают возможность определить предельные значения частот вращения шпинделя по формулам [1]:

                

;                                             (2.7)

                 

,                                             (2.8)

где  и – наибольшая и наименьшая скорости резания, принятые для расчета, м/мин; и – наибольший и наименьший диаметры обрабатываемых  заготовок или режущего инструмента, мм;

           Используя формулы (2.7) и (2.8) находим максимальную и минимальную частоту вращения шпинделя:

               

мин^-1;                                          мин^-1.

        Из нормали станкостроения Н11-1 для знаменателя геометрического ряда  принимаем:

n_max=3150 мин^-1;

n_min=63мин^-1.

 

 

3. Кинематический расчёт привода главного движения

 

        3.1. Определение числа ступеней коробки скоростей

       Максимальная частота вращения шпинделя n_max=3150 мин^-1, минимальная n_min=63 мин^-1.

     Определяем общий диапазон регулирования R_n шпинделя [4]:

                                                                     (3.1)

где n_max , n_min – соответственно максимальное и минимальное числа оборотов

шпинделя, мин^-1.

         Число ступеней частоты вращения шпинделя определяется по формуле:

                                                                                             (3.2)

       Определяем знаменатель геометрического ряда чисел оборотов шпинделя:

                                    (3.3)

где Zn – число ступеней частот вращения.

      Принимаем стандартное значение .     

      Из нормали станкостроения Н11-1 для знаменателя геометрического  ряда  выписываем стандартный ряд частот вращения шпинделя, мин^–1:

       n₁ = 63, n₂ = 80, n₃ = 100, n₄ = 125, n₅ = 160, n₆ = 200,n₇ = 250, n₈ = 315, n₉ = 400, n₁₀ = 500, n₁₁= 630, n₁₂ = 800, n₁₃ = 1000, n₁₄=1250, n₁₅= 1600, n₁₆ = 2000,n₁₇=2500, n₁₈=3150 мин^-1.

 

         3.2. Определение силы резания и эффективной мощности

       Для определения мощности необходимо определить самую большую силу резания. Очевидно, что наибольшая сила резания будет при обработке наиболее твердого материала, т. е. конструкционной стали.

     Сила резанья рассчитывается по формуле [2, С. 282]:

                                       _(3.4)

                                                (3.5)

      По формуле (3.5) рассчитываем:            

 

 

      Из  [2, табл. 41] выбираем:

С_p=825; x=1; y=0,75; u=1,1; q=1,3; w=0,2.

        По формуле (3.4) рассчитаем:

 

Н.

 

       Эффективная мощность при фрезеровании определяется по формуле[1]:

,                                            (3.6)

    По формуле (3.6) рассчитаем  эффективную мощность  при фрезеровании:

 

N_эф=6,3кВт.

 

 

         3.3. Выбор электродвигателя для привода главного движения

 

      Предварительный выбор электродвигателя выполняется на стадии разработки кинематической схемы привода по расчетной номинальной мощности N, которая вычисляется по следующему выражению:

                                                                     _{,                                               (3.7)}

где N_V-максимальная мощность резания в цикле работы станка, выбирается в соответствии с заданием или рассчитывается по формуле; -коэффициент перегрузки, в зависимости от режима работы; -КПД цепи привода главного движения ( =0,75…0,8).

       Используя формулу (3.7) определим  номинальную мощность электродвигателя:

 

       Из каталога на электродвигатели выбираем двухскоростной электродвигатель АИР180М12/6 500/1000 мин^-1.

 

         3.4. Построение структурной сетки и графика частот вращения шпинделя привода главного движения

 

       Для обеспечения 18 скоростей вращения шпинделя используем 6 ступенчатую автоматическую коробку скоростей и двойной блок колес.

     Структурная формула привода главного движения имеет вид:

.

      Исходя из структурной формулы построим структурную сетку. Вертикальными линиями обозначим валы привода, горизонтальными – частоты вращения шпинделя. Точки пересечения вертикальных линий с горизонтальными соответствуют частотам вращения валов, представленным в логарифмическом масштабе. Луч с наклоном вверх изображает повышающую передачу, луч с наклонно вниз – понижающую, горизонтальный луч – передачу с передаточным отношением, равным 1. Параллельные лучи изображают одну и ту же передачу. Структурная сетка представлена на Рис. 2.

 

Рис.2 – Структурная сетка привода главного движения.

 

        Определяем общее передаточное отношение привода:

;

;

.

       Разбиваем общее передаточное число на частные:

.

        График частот вращения  строим на основании принятого варианта структурной формулы и структурной сетки в соответствии с предварительно разработанной кинематической схеме.

       Изображаем график частот вращения шпинделя на Рис.3.

 

Рис.3 – График частот вращения главного привода движения.

       Определяем передаточные отношения передач:

 

 

3.5. Определяем числа зубьев колес коробки скоростей

 

        Определяем числа зубьев зубчатых  передач табличным методом для  построенного ранее графика частот  вращения шпинделя:

i₁=1/1.26 =40/50                                

i₂=1/1.58 = 35/55 

i₃=1/2=30/60

   i₄=1/2= 27/54                      

   i₅=2=54/27

 

    i₆=1/2=29/57                         

   i₇=2=57/29

 

3.6. Определяем действительные частоты вращения шпинделя

 

       Определение отклонений действительных частот вращения шпинделя от нормальных.

 

                                            (3.8)

      Относительные отклонения фактических частот от стандартных:

 

                       (3.9)

      Расчеты  записываем в таблице 2.

 

 

 

Таблица 2

Действительные частоты вращения привода главного движения.

Уравнение кинематического  баланса (УКБ)	n¶, мин–1	nн, мин -1	Dn, %
	62,5	63	-0,79
	79,54	80	-0,56
	101,75	100	1,75
	127,2	125	1,75
	161,8	160	1,17
	203,5	200	1,75
	254	250	1,6
	320	315	1,6
	406,4	400	1,6
	491,4	500	-1,72
	636	630	1
	818,8	800	1,6
	980	1000	-2
	1234,8	1250	-1,2
	1568	1600	-2
	1960	2000	-2
	2469,6	2500	-1,21
	3136	3150	-1,5

 

Найденные относительные  отклонения фактических частот не превышают [Δn]=2,6%. Так как погрешность отклонения всех фактических частот от стандартных не превысили допустимого значения, следовательно, числа зубьев подобраны верно.

3.7. Построение  кинематической схемы

          Модернизированный привод  многоцелевого станка 6305Ф4 представляет собой 6 ступенчатую АКС и двойной блок колес. Исходя из графика частот вращения шпинделя и подобранных табличным методом числа зубьев строим кинематическую схему, которая изображена на Рис. 4.

 

Рис.4 – Кинематическая схема привода главного движения  станка 6305Ф4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Прочностной  расчет деталей привода

 

          4.1. Расчет мощности и крутящего момента коробки скоростей

          Из графика частот вращения берем расчетную цепь (рис. 3.)

          Несущая способность деталей привода определяется величиной действующих нагрузок. Мощность привода является основным показателем, который характеризует возможности станка преодолевать силы, возникающие в процессе обработки.

          Рассчитаем значения передаваемой  валами мощности:

                                                  (4.1)                  

где Ni  - мощность электродвигателя;  - общий КПД от электродвигателя до рассчитываемого звена в общем случае (вал).

         В процессе работы станка крутящий момент привода уравновешивается крутящим моментом от сил сопротивления и сил трения в кинематических цепях.

  Крутящий момент на любом ведомом звене привода при установившемся движении и статическом характере действия нагрузок определяется по формуле:

                                                                                     (4.2)                 

где  - мощность на валу; - частота вращения вала.

         

            Рассчитаем крутящий момент на валах коробки скоростей:

 

          Сведем все полученные данные в таб. 3.

 

Таблица 3

Расчет мощностей  и крутящих моментов коробки скоростей.

№	Расчетные параметры	Номера валов
		I	II	III	IV
1	Расчетная частота  вращения, .	1000	800	400	200
2	КПД привода  от ЭД до вала,	0,98	0,96	0,936	0,918
3	Номинальная мощность, , кВт.	7,35	7,2	7	6,88
4	Расчетный крутящий момент,   Нм.	71,6	87,75	170,625	335,4

         4.2.  Расчет делительных диаметров  и модулей зубчатых колес

           Основной прочностной характеристикой зубчатого колеса является модуль. Модуль определяется расчетом из условия работы зуба на изгиб ( ) и рабочих поверхностей зуба на усталость по контактным напряжениям ( ). Особенностью расчета является то, что модуль определяется, исходя из  условий ограниченной долговечности работы зубчатых передач, при ограниченной скорости вращения, заданном передаточном отношении и числах зубьев шестерен. Кроме того, в целях уменьшения осевых габаритов коробок передач принимается ограниченная ширина зуба шестерен .

           В результате расчета следует принять большее из двух значений модуля ( ), которое округляется до ближайшего большего из нормального ряда: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; (3,5); 4; 5; 6; 8; 10мм (модуль 3,5 мм применять не рекомендуется).

         Величина модуля (в мм) определяется по формулам:

при расчете  на изгиб:

 

                                            (4.3)      

           

при расчете  на усталость по контактным напряжениям:

 

                                     (4.4)  

               

        В приведенных формулах приняты следующие обозначения:

 и  - допускаемые напряжения на изгиб и по усталости поверхностных слоев, МПа; номинальная передаваемая мощность, кВт; расчетная частота вращения меньшей из двух шестерен, мин^-1; Z – число зубьев меньшей шестерни в рассчитываемой паре (определяется при кинематическом расчете коробки скоростей); U – передаточное число зубчатой пары, которое должно быть больше или равно единице, коэффициент ширины зуба ( ); коэффициент формы зуба; скоростной коэффициент.

         При окружной скорости на начальной окружности шестерен м/сек, При более высоких скоростях, в случае ориентировочных вычислений, коэффициент  можно подсчитать по формуле Барта: 

 

                                                   (4.5)    

             

где С – коэффициент, зависящий от материала и степени точности обработки шестерен. Для шестерен 7-й степени тонности незакаленных С=6, закаленных – С=9; V – окружная скорость вращения шестерен, м/с.

 

                                              (4.6) 

                

        Расчет зубчатых передач производится по программе.