Рис., 12.3. Экспериментальные значения КПД привода станка в зависимости от нагрузки и частот вращения шпинделя и приводного вала:

--частота вращения приводного вала

830 мин-;---- 1480 мни-;----

1600 мин-

Мощность ХОЛОСТОГО хода существенно увеличивается с увеличением скорости и может составлять значительную долю общей мощности в скоростных станках:

S Р, кВт

.(12.5)

где d - средний диаметр шеек под подшипник всех промежуточных валов коробки скоростей, мм; do -диаметр шеек шпинделя, мм

2 п - сумма частот вращения всех промежуточных валов, мин-; о - частота вращения шпинделя; = l,5-f-2,0 - коэффициент, учитывающий повышенные за счет предварительного натяга потери в шпиндельном узле; 2 = 3-f-5 - коз(}к{)ициент, учитывающий совершенство системы смазывания.

Дополнительные потери составляют обычно ке более 10-15 % всей потребляемой мощности, что позволяет не учитывать их при приближенных расчетах.

Мощность двигателя может быть выбрана, если известен общий КПД привода т],

в свою очередь.

(12.7)

где t]j - КПД конкретных передач или опор; сс; - число однотипных передач или опор с одинаковым КПД.

Для приводов главного движения обычно т] = 0,75-0,85, однако он не является постоянной величиной и зависит от многих факторов: нагрузки, скорости, качества изготовления и сборки, совершенства системы смазывания и т. д. (рис. 12.3).

Расчет мощности двигателя по (}юрмуле (12.6) возможен только при передаче полной мощности; ориентировочная оценка КПД может привести к существенным ошибкам при определении мощности двигателя, особенно для быстроходных станков. В этих случаях целесообразно определять ее либо экспериментально, либо с учетом статистических данных по использованию аналогичных станков. J94

В станках, в которых режим нагрузки изменяется и носит повторно-кратковременный характер (сверлильные, токарно-револь-верные), можно допускать значительную перегрузку электродвигателя. Исходя из этого, номинальная мощность электродвигателя может быть принята равной эффективной мощности на шпинделе станка.

При обработке на станке деталей различных размеров величины и у в первом приближении остаются постоянными, переход на чистовые режимы обработки up приводит к уменьшению f г, но к возрастанию v, кроме того, при этом увеличиваются потери на трение. Поэтому, желательно (хотя и не всегда возможно), чтобы в приводах главного движения обеспечивалось постоянство передаваемой мощности по всему диапазону R (рис. 12.4).

В этом случае крутящий момент в приводе М р, определяющий размеры всех элементов привода, будет наибольшим при п = Птт, что приводит к увеличению габаритных размеров и стоимости

привода. Однако большое число статистических данных по обследованию фактической загрузки станков общего назначения показывает, что в нижней четверти или даже трети диапазона регулирования полная мощность не используется. Поэтому для станков общего назначения целесообразно применять привод с комбинированным регулирова-нием, если до условной расчетной частоты Лр = V Rn- mm Vn обеспечивается регулирование с постоянным моментом в диапазоне Rj а выше - регулирование с постоянной мощностью в диапазоне Rp. Значение максимального крутящего момента, по которому ведут силовой расчет привода, существенно уменьшается. Более точно величина Пр, до которой используется полная мощность привода, может быть найдена на основе анализа технологических процессов обработки на проектируемом станке.

§ 2. ПРИВОД СО СТУПЕНЧАТЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ СКОРОСТЕЙ

С учетом необходимости получения оптимальных по режимам резания скоростей для различных диаметров обработки привод должен обеспечивать любую частоту вращения шпинделя п =

= д , в пределах выбранного диапазона регулирования

т. е. требуется бесступенчатое регулирование частоты его вращения.

Рис. 12.4. Изменение мощности Р и крутящего момента Мкр при различных частотах вращения шпинделя

Однако существующие способы бесступенчатого регулирования отличаются повышенной стоимостью, а при использовании механических вариантов - низкой надежностью и повышенными потерями.

Поэтому в настоящее время в станках, особенно общего назначения и без числового управления, пока еще широко применяют приводы со ступенчатым регулированием с асинхронными нерегулируемыми электродвигателями. Основные их достоинства - небольшая стоимость, высокий КПД, компактность, жесткость характеристики, возможность получения постоянства мощности на всем диапазоне регулирования. При этом промежуточные значения частот вращения выбирают, как правило, по закону геометрической прогрессии. Целесообразность применения геометрического ряда частот вращения была обоснована акад. А. В. Гадолиным в 1876 г., исходя из обеспечения постоянства потери экономически выгодной скорости для всех интервалов ряда, что обеспечивает постоянство потери технологической производительности при прочих равных условиях обработки.

В координатах v к D (рис. 12.5) геометрический ряд с частотами

Пз = ПгФ = lФ

Рис. 12.5. Ддиаграмма частсяы вращения шпинделя при ступенчатом реулировании

== n.rn*-1

(12.8)

где 2 - число ступеней скорости, а ф = const - знаменатель ряда частот вращения, представляется в виде совокупности пр.чмых линий Oft = D, Проходящих через начало координат.

Следовательно, при обработке заготовки размером Do может возникнуть потеря экономически вЬ1годной скорости Аи, которая будет наибольшей, если выбранная скорость v у+х не может быть превышена исходя из условий резания (например, по условию обеспечения требуемой стойкости инструмента). При этом Дчтах = fe+i.- 196

- Uft, а наибольшая относительная потеря сюэрости и пропорциональная ей потеря производительности

ft+1

= 1--= const.

<P

(12.9)

Для геометрического ряда частот вращения число ступеней г скорости может быть определено из соотношения

= i! фг-1. (12.10)

ml а i

Отсюда

(12.11)

12.1. Стандартные значения знаменателя геометрического ряда прн заданных значениях числа членов ряда

Вычисленную по этой формуле величину г округляют до целого, не всегда ближайшего числа, что приводит к некоторому изменению действительного диапазона регулирования 7? . Геометрический ряд частот вращения шпинделя обладает и структурными преимуществами. Ступенчатое регулирование целесообразно осуществлять последовательно включенными группами зубчатых передач в виде двойных и тройных блоков; при этом из закономерных рядов частот вращения шпинделя можно осуществить только геометрический ряд.

В станкостроении все значения знаменателя ф, как и сами ряды частот вращения, стандартизованы. При установлении значений ф, которые лежат в пределах 1 < > Ф < 2, учитывали стандартные десятичные ряды предпочтительных чисел, т. е. ф = 10, где £, - целое число членов

-, %

1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 2

40 20 10

20/3 5 4

20/6

12 6 3 2

3/2 6/5 1

5 10 20 30 40 45 50

ряда

в десятичном интервале, равное

40, 20, 10, 5, 4. Кроме того, для возможности применения двух-скоростных электродвигателей с отношением синхронных частот вращения, равным 2, необходимо выдерживать принцип удвоения частот в ряду, т. е. ф = г 2, где - Целое число. Тогда, если в ряду частот есть член п, то будет также член = 2 = пф, т. е. - число членов ряда в двоично.м интервале.

Стандартные значения знаменателя ряда приведены в табл. 12.1, там же указаны величины потерь экономически выгодной скорости. Малые значения знаменателя ряда приводят к существенному усложнению привода, что экономически оправдывает применение систем бесступенчатого регулирования, поэтому ф = 1,06 в станках практически не применяют; ф = 1,12 применяют преимущественно в станках с числовым управлением и в тяжелых станках, где требуется более точная настройка на заданный режим. Наиббльшее распро-

странение получили значения Ф = 1,25 и ф = 1,4; ф = 1,58 и ф = - 1,8 применяют в специализированных станках, где велико вспомогательное время и поэтому точное установление скорости не обязательно; ф = 2 практически не применяют, так как потеря производительности в этом случае достигает 50 %.

Для того чтобы кинематическая цепь привода шпинделя обеспечивала геометрический ряд частот вращения в расчетном диапазоне

r-i L

r n in /Г

rrJ=100мин

>SJO

р,-р,=2р,=2 p,=Jp=Zp,=t prJpu-Zpr-Z p,=JpZpi,=Z ppc=fp,=Z Prp,=Zpo=z

Piic. 12,6. Привод главного движения при ступенчатом регулировании частот врашевия:

а - кинематическая схема; б - варианты структурных сеток; в - график частот вращения

/? с выбранным ф При последовательно включенных между смежными валами групповых передачах (рис. 12, 6), необходимо выполнение ряда закономерностей.

Общее число ступеней скорости

г==РаРь---р1 = Г1р,

(12.12)

щер- число отдельных передач в каждой группе; т - число групп передач.

Общий диапазон регулирования

mlQ

(12.13)

где fniax. tmin - соответственно наибольшее и наименьшее передаточное отношение привода; t(pj)max, mm - соответственно наибольшее и наименьшее передаточное отношение в k-Pi группе передач; Rk = i(Pi) maxA(p) mm - дизпазон регулирования k-vi группы.

Передаточные отношения передач в любой группе должны строиться по закону геометрической прогрессии со знаменателем

Фй = /?А-1ф = фЧ (12.14)

а именно

ti: i2:...: t>,) = 1: ф : ф:...ц>( -\ (12.15)

где Rk-i - диапазон регулирования совокупности передач, кинематически включаемых ранее данной группы; - характеристика группы, определяющая ряд передаточных отношений, т. е. порядок ее кинематического включения. Диапазон регулирования группы

/?, = ф(й-)й. (12.16)

В порядке кинематического включения различают основную группу передач с числом отдельных передач ро, которая обеспечивает начальный ряд частот вращения со знаменателем фо = ф. Для нее характеристика Xf, = Хд = I, ряд передаточных отношений tl : 1 : : ts : ... = 1 : ф : ф : а диапазон регулирования Rq = (pP~K Множительные (переборные) группы служат для расширения (размножения) начального ряда частот до требуемого диапазона Rn и числа ступеней г.

Первая переборная группа с числом передач pi имеет характеристику Xi = ро при ф1 = /?оФ =Ф<>- Ф = Ф и обеспечивает ряд передаточных отношений : ia : is : = 1 : Ф Ф° Диа-

пазон ее регулирования Ri = = фРо(р>-).

Вторая переборная группа с числом передач р2 имеет характеристику Х2 = PoPi и знаменатель ряда передаточных отношений фг == = RoRif ~ ф , обеспечивая ряд передаточных отношений tl : : fs : ... = 1 : ф : фР : ...; диапазон ее регулирования

R = ф(,Р2 -1) = фРоР. (Р2 -1).

Различные варианты привода для данного числа г, учитывающие порядок конструктивного расположения и кинематического включения групп, удобно характеризовать формулой структуры привода. Она получается, если в формуле (12.12) записать группы в порядке их конструктивного расположения, а индексы ставить в соответствии с порядком их кинематического включения.