5fan_ru_Расчет электропривода металлорежущего станка токарной гр. 1. литературный обзор
 Скачать 0.89 Mb.
|
  Подпись    1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР Металлорежущие станки токарной группы относятся к наиболее распространенным станкам и широко применяется на предприятиях машиностроения. В эту группу станков входят: универсальные токарные и токарно-винторезные, револьверные, лобовые, карусельные, токарно-копировальные станки, токарные автоматы и полуавтоматы и токарные станки специального назначения. На токарных станках производится обработка наружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вращения цилиндрической, конической и фасонной формы, а так-же прорезка канавок, нарезка наружной и внутренней резьбы и т.д. Режущими инструментами на токарных станках служат в основном резцы, но применяются так-же и серла, развертка, метчики, плашки и др. Наибольшее применение получили универсальные токарно-винторезные станки, на которых выполняются всевозможные токарные работы, в том числе нарезание резьбы при помощи резцов. Основные узлы станка: станина, передняя (шпиндельная) бабка с коробкой скоростей и шпинделем, суппорт, задняя бабка, коробка передач, фартук и шкаф с электрооборудованием. Станика является основной несущей конструкцией станка. Она опирается на две ножки (тумбы). По направляющим станины перемщается нижняя каретка суппорта, а так-же задняя бабка. Передняя бабка жестко крепится к станине болтами. В корпусе передней бабки находится коробка скоростей главного движения для передачи вращения шпинделю. Шпиндель представляет собой полый вал, через который можно пропускать прутковый материал при обработке его на станке. На шпиндель навертывается патрон либо планшайба для закрепления обрабатываемого изделия, а так-же устанавливается передний центр при обработке изделия в центрах. Суппорт служит для закрепления режущего инструмента (резца) и сообщения ему движений подачи: продольной и поперечной. Фартук соединен с нижней кареткой суппорта и перемещается вместе сней вдоль станины. Движение суппорту передается через механизм фартука либо от ходового вала, либо от ходового винта, которые получают вращение от коробки подач. Ходовой винт используется при нарезании рехзьб, ходовой вал – при всех других видах обработки. Задняя бабка используется как вторая опора при обработке в центрах сравнительно длинных изделий. Она имеет выдвижную пиполь, в которой закрепляется задний центр или режущий инструмент для обработки отверстий – сверла, развертки, метчики и др. Токарно–револьверные станки предназначены для обработки в серийном производстве изделий из круглого или шестигранного прокатного материала. Процесс обработки на этих станках состоит из нескольких последовательных операций, во время которых используются различные инструменты: резцы, сверла, метчики и др., закрепленные в так называемой револьверной головке. Основные узлы станка: станина, передняя бабка с коробкой скоростей и шпинделем, пердний суппорт с фартуком, револьверный суппорт с фартуком, коробка передач. При обработке заготовки интрументы поочередно вводятся в работу путем поворота револьверной головки вокруг своей оси. Суппорт с головкой может совершать быстрые продольные перемещения по направляющим станины. Револьверные головки обычно имеют шестигранную форму, режущие инструменты закрепляются в радиальных отверстиях (гнездах) головки. При повороте головки с позиции на позицию подача револьверного суппорта автоматически отключается. На салазках переднего суппорта обычно устанавливаются два резце-держателя: передний поворотный четырехрезцовый и задний одно – или двухрезцовый. Карусельные станки являются разновидностью токарных станков. Их применяют для наружной обработки и внутренней расточки цилиндрических поверхностей, обточки торцов, конусов и нарезания резьбы на крупных деталях большого диаметра (до 13 м и более), например: заготовок зубчатых колес, маховиков, дисков турбин, бандажей и др. Обрабатываемая деталь закрепляется на горизонтальной планшайбе карусельного станка, размещенной на станине, и обтачивается резцами, установленной на левом и правом верхних суппортах, а также на боковом суппорте. Верхние или вертикальные суппорты расположены на поперечине (траверсе), которая перемещается по двум стойкам. Боковой суппорт может перемещаться вдоль стойки. Управление электроприводами станка может осуществляться при помощи подвесной кнопочной станции. Станки токарной группы очень разнообразны по назначению, которое и определяет их конструктивные особенности. 2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 2.3 Требования к электроприводу и автоматике В процессе обработки на металлорежущем станке необходимо сохранение заданной скорости резания и выбранной подачи. Отклонение от выбранного режима резания вызывает ухудшение качества обработки или уменьшение производительности. Поэтому электрический привод станка должен сохронять примерное постоянство скорости при измерениях нагрузки, вызванных колебаниями припуска (за исключением) некоторых видов управления). Этому требованию удовлетворяют электродвигатели с достаточно жесткими механическими характеристиками. У каждого металлорежущего станка электродвигатель и кинематическая цень станка совместно обеспечивают нужную скорость резания. У большей части специальных станков частота (скорость) вращения шпинделя неизменна. Если требуемая частота вращения шпинделя станка достаточно велика, то вал электродвигателя можно связать непосредственно со шпинделем станка. Если же нужна низкая ачстота вращения шпинделя, то применять электродвигатель с пониженной номинальной частотой вращения в большинстве случаев нецелесообразно, так как масса электрической машины возрастает примерно обратно пропорционально номинальной частоте ее вращения (при той же мощности). Вместе с массой возрастают размеры и стоимость электродвигателя, и потому такой привод становиться конструктивно и экономически непремлемым. Опыт показал целесообразность использования в станкостроении электродвигателей с относительно высокой номинальной частотой вращения и механических передач для последующего понижения частоты вращения. При небольшой частоте вращенияшпинделя двигатель может иметь разные номинальные частоты вращения. Чем быстроходнее двигатель, тем он меньше и дешевле, но тем сложнее механическая передача, связывающая вал электродвигателя с рабочими органами станка. Лучшее решение выбирают путем экономического сравнения ряда возможных вариантов. Сказанное в значительной мере относится также к приводам подачи и вспомогательного перемещения. В отдельных случаях в станкосторении применяют и тихоходные электродвигатели специальных конструкций для повышения жесткости передачи или упрощения конструкций. При необходимости обработки с различными скоростями резания требуется реглирование частоты вращения шпинделя. При этом может быть применен регулируемый электропривод, коробка скоростей или их сочетания – в зависимости от результатов экономического анализа выбранных вариантов. Могут также быть применены различные формы регулируемого гидропривода и разного рода механичекие вариаторы. В ряде случаев (в частности, у электрокопировальных станков) большое значение приобретают динамические свойства привода, его быстродействие, способность быстро изменять частоту вращения. Пуск и торможение станка являются переходными процессами. Пр пуске станка резания не происходит, а момент сил трения в цепи главного движения обычно не превышает 15-20% момента полной нагрузки. Поэтому особых требований к повышению начального момента привода главного движения при пуске станков обычно не прдъявляют. Для быстрого останова станка широко используют тормозные режимы электродвигателей. В процессе электрического торможения момент электродвигателя становиться отрицательным. У приводов вспомогательногоперемещения момент сил трения составляет основную перегрузку. При остановке момент дополнительно возрастает, поскольку коэффициент трения при покое больше, чем во время движения. Поэтому начальный момент привода вспомогательных перемещений должен быть достаточно большим. Сказанное относится и к приводам подачи. У некоторых приводов вспомогательного перемещения и приводов подачи нагрузки, момимо сил трения, создается массой при подъеме подвижных узлов станка. Электродвигатели станков, кроме того, должны быть достаточно дешевыми, долговечными и надежными в работе. 2.1 Описание режимов работы Приемники электричексой энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку. Различают три характерные группы приемников: 1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т.п. 2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машина или аппарат не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечны, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т.п. 3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повтороно-кратковремнный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повтороно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них отностельной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п. 2.6 Расчет мощности и выбор электродвигателя главного движения токарно- винторезного станка Процесс обработки деталей на токарных станках происходит при определенных значениях величин, характеризующих режим резания. К ним относятся глубина резания Т, подача S (перемещение резца на один оборот шпинделя), скорость резания v, т.е. линейная скорость, с которой перемещается снимаемый слой металла (стружки) относительно резца. Скорость резания vрез, м/мин, определяем согласно (1, c. 241) по формуле vрез =  (4.1)где Сv – коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материала и материал резца, вид обработки t – глубина резания, мм S – подача хv, yv – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала и вида обработки. Показатели степени приняли согласно (1, с.241) хv = 0,3; yv = 0,5 Коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материала резца приняли согласно (1, с.241) Сv = 35 Глубину резания приняли согласно (1, с.241) t = 2 Подачу приняли согласно (1, с.241) S = 5 υрез =  = 22,4 м/минУсилия резания Fрез, Н определяем согласно (1, с.241) Fрез = Ср · txp · Syp (4.2) где Ср – коэффициент резания, зависящий от свойств материала хр, yр – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, глубины резания, подачи и качества резца Fрез = 200 · 2 · 1 · 5 · 0,95 = 1900 Н Мощность электродвигателя главного движения Рдв, КВт, определили согласно (2, с.170) по формуле Рдв =  (4.3)где n – коэффициент полезного действия станка 60 – время в секундах 1000 – коэффициент Рдв =  = 9,94 кВтПриняли двигатель с короткозамкнутым ротором. Данные двигателя занесли в таблицу. Таблица 4.1 – Технические данные электродвигателя
Мощность электродвигателя Р, кВт, для привода насоса определяли по формуле согласно (1, с.84) Р =  (4.4)где k3 – коэффициент запаса γ – удельный вес жидкости; кг/м3 Н – полная высота напора, включая высоту всасывания, нагнетения и потерь, м; Q – производительность, м3/сек; Zn – КПД передачи; Zн – КПД насоса. Коэффициент запаса приняли согласно (1, с.84) k3 = 1,3 Удельный вес жидкости приняли согласно (1, с.84) γ = 1000 Коэффициент полезного действия передачи приняли согласно (11, с.84) Zn = 0,9 Коэффициент полезного действия насоса приняли согласно (11, с.84) Zн = 0,65 Р =  = 0,048Насосы относятся к числу механизмов с продолжительность режимом работы и постоянной нагрузкой. При отсутствии электрического регулирования скорости в насосных агрегатах небольшой мощности обычно применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором питания от сети. Выбрали асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Данные двигателя занесли в таблицу. Таблица 4.2 – Техническая характеристика двигателя насоса
2.5 Выбор системы электропривода, методов регулирования скорости и торможения. Для главных приводов токарных, фрезерных, расточных и других станков с редкими включениями, с небольшим диапазоном регулирвоания скорости при постоянной мощности применяют трехфазные короткозамкнутые ассинхронные двигатели, простые в управлении, надежные и удобные в эксплуатации. Регулирование скорости рабочих органов в этом случае производится переключением шестерен в коробке скоростей станка. Применяют также многоскоростные ассинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов, что обеспечивает ступенчатое регулирование скорости и позволяет уменьшить резмеры коробки передач. Для отдельных электроприводов подачи следует применять ассинхронные короткозамкнутые двигатели с повышенным пусковым моментом. Регулирование скорости подачи в этом случае производится изменением передаточного числа коробки скоростей или переключением числа пар полюсов двигателя. Приводные двигатели станков должны быть защищены от вредного влияния окружающей среды (попадания в них машинного масла, эмульсии, металлической абразивной пыли и др.). Если при работе станка не образуется металлической пыли и исключено попадание в двигатель капель масла (эмульсии), то могут быть использованы защащенные двигатели. Во всех других случаях следует применять для привода станков закрытые двигатели с наружным обдуванием с естественным охлаждением. Для наиболее полного использования режущего инструмента и станка обработка изделий должна производиться при так называемой экономически выгодной (оптимальной) скорости резания, котоая при работе станка с соответсвующей подачей и глубиной резания должная обеспечить обработку детали с необходимой точностью и чистотой поверхности при минимальных приведенных удельных затратах на обработку; производительность при этом будет несколько ниже наибольшей возможной. Оптимальная скорость резания зависит от твердости обрабатываемого материала, свойств материала и геометрии режущего иснтрумента, а также от характера обработки. На одном и том же станке могут обрабатываться детали разных размеров, из различных материалов и различными инструментами, что являается причиной изменения режимов резания. Регулировочные свойства механизмов станков характеризуются следующими показателями: 1) диапазном регулирования 2) плавностью регулирования 3) экономичностью регулирования 4) стабильностью работы привода. 2.4 Выбор рода тока и величины питающих напряжений Самое широкое распространение для питания электродвигателей в системах электроснабжения промышленных предприятий получило напряжение 380В, которое используется также в системах с заземленным нулевым проводом для питания освтеительных установок. Система 380-220В удовлетворяет основным условиям питания потребителей: а) возможности совместного питания осветительных приборов и электродвигателей: б) отногсительно низкому напряжению между «землей» и «проводом» (220В). Для цепей управления выбрали напряжение перменной величиной 110В для безопасности рабочих на станке. Эту величину получили через понижающий трансформатор. Для сетей местного освещения выбрали переменное напряжение 254В. В эту величину получили через понижающий тансформатор.  Изм. Лист № докум. Дата Лист |
