Для расчета усилия резания Fg,H, используются эмпирические формулы типа

F=9,81cpts vnk, (14.3)

где Ср - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал, материал резца и внд токарной обработки (при обработке стали твердосплавным резцом Ср = 208, при обработке серого чугуна ср = 92); t, stiv - то же, что и в (14.2); k - произведение поправочных коэффициентов. Значения коэффициентов и показателей степени находятся по справочнику режимов резания [14.3 . Радиальное усилие и усилие подачя выражаются формулами, аналогичными (14.3), но со своими коэффициентами [14.3].

В электроприводах главного движения металлорежущих станков полезным является усилие резания. Оно зависит от режимов резания (глубины, подачи, скорости), материала обрабатываемого изделия и режущих свойств инструмента. Поэтому прежде всего при известном материале изделия выбирают технологические режимы резання на каждом переходе обработки. Соответственно выбирают резцы, их тип, геометрию и способ охлаждения, определяют длины обработки я по справочникам режииЬв резания назначают глубины резания t, подачи для каждого перехода, рассчитывают скорость и усилие резания по эмпирическим формулам [14.3]. При вращательном главном движении в станках токарной группы, расточных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных момент, Н-м, на шпинделе станка от усилия резания будет Мр = = Fsd/2, где - усилие резания, Н; d - диаметр обрабатываемого изделия яли инструмента, м.

Момент на шпинделе станка определяет полезный момент иа валу двигателя Мпол - = Mp/i = Fgd/2i, где i - передаточное отношение от вала двигателя к шпинделю станка.

При поступательном главном движении, например иа продольно-строгальных, продольно-фрезерных и других станках, полезный момент иа валу двигателя определяется усилием резания и радиусом приведения усилия к валу двигателя р:

РгР.

Радиус приведения усилия резання к балу двигателя р определяется соотношением линейной скорости движения стола станка v я угловой скорости двигателя ш : р = о/со.

Момент статического сопротивления на валу двигателя определяется полезным моментом с учетом потерь на тренне в передачах

где т1 - КПД передач от шпинделя или стола стайка к двигателю, куда входят редукторы, коробки скоростей и другие передачи.

На станках с горизонтально расположенными вращающимися планшайбами или движущимися столами, на карусельных, про-дрльночпрогальиых, продольно-фрезерных и

других станках двигатель должен развивать дополнительное усилие, Н, преодолевающее усиление треняя в направляющих планшайбы или стола.

где fjy - сумма сил, действующий нормально к направляющим планшайбы или стола, f - коэффициент трення о нарравляющие.

Сумма сил, действующих нормально к направляющим, определяется массой планшайбы или стола т , массой детали т, , установленной на планшайбе или столе, и составляющей усилия резания /у,иаправ-ленной нормально к направляющим:

.9,81 ( -!-/ , ,

.) + fy.

В установившихся режимах иа планшайбах карусельных и столах продольноч:тро-гальных и фрезерных станков определяют тяговое усилие, состоящее из усилий резания и трения,

Ляг = f г + Ftp -Fg + lg (Шст +Щет) + у1д-

Тогда статический момент нагрузки на валу двигателя при вращении

Alc-fT rd/2it)

и при поступательном движении

Лс-тягР/Ч.

в результате технологической проработки, выполняемой на стадии проектирования с учетом номенклатуры режущего инструмента и набора представительных деталей, предназначенных для обработки на данном станке, формируются технические характеристики стайка и, в частности, зависимость эффективной мощности Рвфф главного привода от частоты иращения шпинделя.

Процесс токарной обработки происходит при постоянной мощности резания Pg = Fv, поскольку соблюдается соотношение

Рг mtuflmtn = Ре mhflmax-

Расчет усилия резания для каждого типа станка имеет свои особенности, поэтому дли расчета необходимо пользоваться специальной литературой [14.4, 14.5]. Например, нагрузка на валу главного двигателя карусельного станка (вращение планшайбы) складывается из усилий, затрачиваемых на резание, и усилий треиия в направляющих планшайбы и передачах коробки Скоростей, которые ие постоянны и зависят от скорости планшайбы. Мощность главного электропривода тяжелого карусельного станка складывается из мощностей, затрачиваемых на резание, яа преодоление трения в направляющих планшайбы, на преодоление потерь в коробке с{аростей от резания и от вращения планшайбы. Усилия трения, зависящие от скорости, оказывают влияние и на переходные процессы глав1юго привода.

В металлорежущих стайках при расчетах режимов резання обычно, минуя определение

усилия резания и момшта, по эмпирическим формулам или таблицам-картам подсчитывают мснцность резания, далее с учетом потерь в передачах находят значения мощности иа валу двигателя для каждого перехода обработки детали и на холостом хо;, а затем строят нагрузочные диаграммы в виде необходимой мощности двигателя за цикл.

Предварительно выбирают двигатель, исходя нз среднего значения нагрузки за цикл с запасом на 20-30 % по мощности Риом RS (1,2-5-1,3) Рср. где Рион - номинальная мощность двигателя; - среднее значение необходимой мощвости за цикл.

Выбранный двигатель проверяют по нагреву дЛя полученной диаграммы нагрузки методом средних потерь для случая асии:фои-иого двигателя и методом эквивалентных значений, если применяется ДПТ с регулированием скорости.

Если двигатель работает,в повторно-кратковременном режиме, 10 при расчете мощности следует, учитывать длительность переходных процессов, а при методе средних потерь, кроме потерь энергии в установившемся движении, следует подсчитывать потери энергии, имеющие место при пуске и торможении двигателя. После проверки двигателя по нагреву его следует проверить по допустимой кратковременной перегрузке Мтах дМион. где Мтах максимально возможный в рабочем цикле момеит; Мйон - номинальный момеит выбранного двигателя; Шд - коэффициент допустимой перегрузки.

Электропривод механизма подачи. Первоначальным этапом расчета привода является выбор исполнительного двигателя. От правильного выбора двигателя зависят обеспечение всех технологических режимов обработки и необходимых динамических характеристик, а также конструкция механической части привода.

Исходными данными для выбора привода подачи служат: масса перемещаемого органа привода вместе с деталью или инструментальным магазином; сила трения и опорах, направляющих и в передаче; передаточные отношения механических звеньев привода (коробки передач, винтовой пары, передачи рейка - шестерня и т. д;); моменты инерции механических звеньев; КПД механических передач; скорости быстрого хода и диапазон рабочих подач; допустимые для механизмов ускорения и нес<5ходимое время переходных процессов; циклограмма нагрузки двигателя при работе механизма. Кроме того, для правильного выбора двигателя необходимо знать законы его регулирования и управлеиия в переходных режимах. Как правило, в механизмах подач регулирование частоты вращения двигателя осуществляется при постоян- иом моменте изменением напряжения иа якоре. Закон управления при разгоне и торможении реализуется системой управления станком, в частном случае - системой программного управлеиия. Шиболее распространенными законами управлетия -являются скачкообразный и линейно-изменяющийся, одиакс возможны и другие формы задающих сигналов.

Частота вращения двигателя определяется по скорости перемещения рабочих органов станка и передаточным отношением механической передачи:

дли передачи винт-гайка

nga=oilt; для передачи рейка-шестерня

Максимальная частота вращения двигателя

Максимальная и минимальная частоты вращения двигателя соответственно равны:

раб max = раб maxWi раб max

раб mln = f раб mint

раб min - f раб minU,

где t/g , Ораб max И f раб mln - скорости быстрого хода максимальной и минимальной рабочих подач; t - шаг винта; d - диаметр шестерни; i - передаточное отношение зубчатой, червячной или ременной передачи коробки подач.

Общий вращающий момент двигателя складывается из статического и динамического моментов:

Л1дв = Мст + Мдин.

Статический момеит определяется усила-ем, передаваемым в направлении подачи при установившемся движении органа станка.

Усилие подачи по оси х .

где Fx -г- составляющая от усилия резания вдоль оси х; k - коэффициент запаса (обычно ft = 1-5-1.5); / - коэффициент трения; - сумма нормальных сил, действующих на направляющие; F - усилие от предварительного натяга, не учтенное в N.

При резании статический момеит равен сумме моментов от составляющей усилия ])езания вдоль оси станка Fx я art сил трения .хо в подаижных звеньях механизма:

рез-Г тр-

При установившемся движении на быстром ходу статический момеит равеи моменту холостого хода:

Для вертикальных и наклонных осей должен бь-ть учтен дополнительный момент на двигателе Mq от полной или неуравновешенной части веса G перемещаемых узлов:

для передачи винт-гайка = 0</2я1Т);

для передачи рейка-шестерня Л1- =

Момент на двигателе от силы резания: для передачи винт-гайка

для передачи рейка-шестерня

Alpe3 = fxd/2iTl.

где 2я/< - передаточное отношение передачи винт-гайка.

Обычно КПД передачи винтгайка качения без натяга ц = 0,95, с натягом Т) = 0,85- -0,8; зубчатой коробки скоростей т) = 0,85- -0,9. При установке двигателя иа ходовой винт TJ s%s 1.

Момент на двигателе от сил трения складывается из моментов треиия в направляющих, в паре винтгайка качения и подшипниках ходового винта от предварительного натяга:

Мр - Мнапр + Af винта Ь Afподш-Момент треиия в направляющих узлах станка Мнапр. перемещающихся в горизонтальной плоскости, зависит от силы трения, коэффициента- полезного действия н передаточного отношения от даигателя к перемещаемому узлу:

для передачи нинт-гайка

Л1напр=тр</2ягт1; для передачи рейка-шестерня

иапр

2iTi

Сила трения Рр определяется массой перемещающегося узла станка mi, массой установленной иа нем детали и коэффициентом трения /тр:

f,р = 9,81 (mi+та)/тр.

Для узлов, перемещающихся в вертикальной плоскости, нагрузка от сил трення равна иулю.

Для узлов, перемещающихся в наклонной плоскости, сила трения

Рр = 9,81 (mi + та) /тр cos а,

где а - угол между направлением перемещения и горизонтальной плоскостью. Если движение по наклонной плоскости осуществляется с противовесом, то следует учитывать только неуравновешенную массу.

Коэффициент трения зависит от материала трущихся поверхностей и нх смазки для направляющих скольжения, от конструкции направляющих и их предварительного натяга для направляющих качения и комбинированных. Обычно для направляющих скольжения со смазкой при смешанном трении коэффициенты трения принимают /тр = 0>1. для направляющих качения с танкетками /тр = 0,005-0,01.

Момент от сил трения в шариковой паре WpH наличии предварительного натяга

AiBHHTa = 0,032f#/3.

Момент от сил трения в подшипниках ходового винта при наличии предваритель-

ного натяга

М одш=2.21.10-& вн/*/3.

где ft - количество подшипников ходового винта; d - внутренний диаметр подшипников; 2,21 10 - условный коэффициент трения в шарикоподшипнике.

По примерному статическому моменту от сил резания и треиия М = Щез + А!тр. по скоростям быстрого хода и рабочих подач предварительно выбирается двигатель, а затем производится уточнение его параметров после расчета необходимого динамического момента.

Если ПВ ч& 100 %, то двигатель выби-раетси не по AIct, а по моменту

ЛстМПВ %/100 %.

Предварительно выбирают двигатель с длительно допустимым (номинальным) моментом Мион Afpa6 при частотах вращении Праб/па* -ПраблЧп И С длительиым момеи-том М Мтр прн максимальной частоте вращения ПтахПе.ж.

Затем из таблиц технических характеристик и кривых Af = / (я) режимов длительной и повторно-кратковремениой иагруз-ки принятого двигателя берут все параметры, необходимые для проведения дальнейшего расчета.

Динамический момент на двигателе, определяется суммарным моментом виерпин механизма, приведенным к валу двигателя, и собственным моментом ниерцин двигателя /дв с учетом моментов инерции датчиков скорости и угла поворота, если они имеются:

Л1днн-(--еж + -,в) ( х + -дв)

Для поступательно ижущихся узлов с передачей винт-гайка J = Л*/4я*; с передачей рейка-шестерня / = /d*/4; для коробки скоростей / = *; дли муфт, шестерен, винта и других механизмов, вращающихся те скоростью, равной скорости двигателя,

Момеит инерции линейно-перемещаюпю-гося узла, приведенный к валу двигателя.

, (Ист+ де1,

где тт - масса узла станка; тдет - масса детали; i - передаточное отношение коробки подач.

Момент инерции винта, приведенный к аалу двигатели,

/=ndcp/v/32P,

где dcp - средний диаметр виита; / - длина винта; v - плотность (для стали w = = 0,077 кг/м ).

Момент инерции стального внита

/=7.88-10-4Z) pi .

Момент инерции зубчатой передачи, прн-недениый к валу двигателя.