Приводы и передачи станков

 

Каждый металлорежущий станок имеет ряд частей и механизмов, выполняющих определенные функции: закрепление заготовки и инструмента; выполнение главного движения резания и подачи; вспомогательных движений.

Приводом станка называют совокупность механизмов которые передают движение от электродвигателя к исполнительным органам станка. Исполнительным или рабочим органом станка обычно является шпиндель, на котором закрепляется инструмент или заготовка, стол или суппорт на котором крепятся заготовка или инструмент.

Различают приводы главного движения, движения подачи и вспомогательных движений.

В металлорежущих станках главное движение передается от эл. двигателя с помощью коробки скоростей, позволяющей изменять число оборотов шпинделя или двойных ходов стола.

Как правило, коробки скоростей обеспечивают ступенчатое (через зубчатые колеса) регулирование чисел оборотов.

В некоторых случаях находят применение приводы бесступенчатого регулирования скоростей: фрикционные, электрические, гидравлические и т.д. (это обеспечивает возможность работы на расчетном режиме резания V_расч.).

Привод подачи, как правило осуществляется от какого-либо звена главного движения, а иногда (фрезерные станки) от отдельного электродвигателя.

Изменение величины и направления подачи осуществляется с помощью коробки подач, а также сменных зубчатых колес и реверсивных механизмов.

Для размещения шпиндельных узлов, коробки скоростей и подач, столов, суппортов и других механизмов (передач) кинематической цепи станки имеют общую корпусную деталь – станину, которая обычно является литой или сварной.

Передачей называется механизм, передающий движение от одного элемента кинематической цепи станка к другому (с вала на вал) или преобразующий один вид движения в другой. Кинематические цепи станка служат для передачи и преобразования движений и состоят из отдельных звеньев кинематических пар (винта с гайкой, рейки с зубчатым колесом и т.д.).

Кинематические цепи условно изображаются в плоскости чертежа кинематическими схемами, где показывают в какой последовательности расположены кинематические пары, которые передают движение от привода к исполнительным органам станка, взаимосвязь отдельных элементов и механизмов станка, а также данные об электродвигателя, диаметре шкивов, числах зубьев зубчатых колес и др.

С помощью кинематической схемы можно делать расчеты по настройке кинематических цепей станка.

 

Элементы режима резания.

 

К основным элементам режима резания относят глубину, подачу и скорость резания. Рассмотрим схему резания при точении на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке.

1. t – глубина резания, величина снимаемого слоя металла, измеряемая перпендикулярно к обработанной поверхности и снимаемая за один проход режущего инструмента:

 

, мм;

 

где D_заг – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

d – диаметр обработанной поверхности, мм;

Глубина резания t принимается обычно равной припуску. При чистовом проходе t должна быть не более 1...2 мм.

 

 

Рисунок 4.1 – Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

 

2. Подача S – величина (путь) перемещения режущей кромки за один оборот обрабатываемой заготовки, либо за один ход заготовки или инструмента в направлении движения подачи, мм/об, мм/дв.ход.

Подачу назначают из условия обеспечения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно работают на S_пр = (0,20...0,25) мм/об. Высокая чистота получается при работе на S_пр = 0,03...0,05 мм/об.

Эти параметры элементы режима резания t и S непосредственно влияют на размеры снимаемой стружки, так:

а – толщина срезаемого слоя, расстояние между двумя последовательными положениями главной режущей кромки за один оборот заготовки определяется а = S × sinj;

в – ширина срезаемого слоя, расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания: в = .

Заштрихованная площадь называется площадью поперечного сечения срезаемого слоя F:

 

F = t × S = a × b, мм².

 

3. V – скорость резания, путь перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущей кромки резца в единицу времени, м/мин.

 

, м/мин, м/с,

n – число оборотов заготовки/мин.

Если главное движение возвратно–поступательное, (например строгание), а скорости рабочего и холостого ходов различны, то скорость резания в м/мин находят по следующей зависимости

 

V = Lm(К=1)/1000,

 

где L – расчетная длина хода инструмента;

m – число двойных ходов инструмента в мин;

К – коэффициент показывающий отношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Для повышения производительности процесса обработки V резания должна быть наибольшей. Однако, скорость резания ограничивается стойкостью режущей кромки инструмента, т.е.

 

V = или V = , м/мин,

 

где Т – стойкость инструмента, т.е. способность сохранять в рабочем состоянии режущие кромки (до достижения критического критерия затупления h_зкр);

С_v – коэффициент учитывающий конкретные условия обработки: физико-механические свойства обрабатываемого материала, качество поверхности заготовки, углы резца, условия охлаждения и т.д.; х_v и y_v – показатели степени при глубине резания t и подаче S, точно также как и С_v указаны в нормативных справочниках по резанию. Для определения оптимальной скорости резания нужен экономический анализ, необходимо выяснить, что выгоднее – повышение скорости резания или повышение стойкости инструмента. Например, расчетами или опытами выявлено, что при скоростях резания

V, м/с 1,2 1,5 1,7 2,0

Т, сек 425 166 100 33

Анализируя эти результаты можно отметить, что увеличение скорости резания на 25% приводит к снижению стойкости резца почти в три раза. Поэтому нужно учитывать, что по времени выгоднее – увеличение скорости или сохранение стойкости? В справочниках имеются рекомендуемые скорости резания V для данных конкретных условий обработки. При назначении V учитывают ее влияние на шероховатость поверхности, которая оказывает существенное влияние на износостойкость рабочих поверхностей детали, ее усталостную и коррозионную стойкость, а также на коэффициент полезного действия машин.

Шероховатость – один из показателей качества поверхности оценивается высотой, формой, направлением неровностей, включающая выступы и впадины на поверхности деталей, характеризующиеся малыми шагами т.е. . Она характеризуется тремя высотными параметрами R_a, R_r, R_max двумя шаговыми S_m, S и относительной опорной длиной t_р.

На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.

По современным представлениям сила трения F_т включает силу молекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей и силу сопротивления их перемещению вследствие зацепления неровностей.

При благоприятном профиле износостойкость детали выше за счет меньшей величины контактных напряжений. Необходимо иметь ввиду, что усталостные разрушения вызываются знакопеременными нагрузками и трещины при этом развиваются с поверхности, причем в местах наиболее напряженных, т.е. во впадинах, где высокая степень пластического деформирования.

Следовательно скорость резания назначается таким образом, чтобы через определенное время (период стойкости Т) резец износился до значения критерия h₃. Так Т = 30...60 мин для резцов из быстрорежущей стали и Т_max = 90 мин – для резцов с напаянными твердыми сплавами.

Для определенных условий обработки на токарно-винторезном станке модели IК62 определим значения теоретической скорости резания V_т:

– при точении проходным резцом, оснащенным напаянной пластиной из твердого сплава ВК8

 

, м/мин;

 

– при точении проходным резцом, оснащенным напаянной пластиной из твердого сплава Р18

 

, м/мин.

 

Значения С_v = 5640 и 1500, m = 0,8, Х_v = 0,55 и У_v = 0,55 приняты из справочных нормативных материалов по резанию.

Необходимо отметить, что скорость резания не оказывает существенного влияния на шероховатость, как значение подачи.

По паспортным данным станка IК62 определяем фактическую скорость резания V_д.

Расчетная частота вращения шпинделя, п_р (для V_т = 120 м/мин):

 

П_р = = 639,9 мин^–1.

 

На станке V_т – теоретическая скорость резания для данных условий обработки, м/мин; D_з – диаметр заготовки, мм.

Машинное время обработки определяется по формуле

 

мин,

 

где – длина заготовки, мм;

₂ – длина перебега, по нормативным таблицам: для глубины резания

 

мм, ₂ = 2 мм,

 

где d – диаметр, обработанной поверхности;

₁ – длина врезания

 

 

где j – главный угол в плане проходного резца, примем равным 60°.

S – продольная подача резца за один оборот заготовки. Теоретическое значение подачи S = 0,6 мм/об заменяем величиной ближайшей подачи, имеющейся на станке IК62, т.е. S = 0,61 мм/об.

Мощность N_р, затрачиваемую на процесс резания, при силе резания Р_z = 300 кГ определяем по формуле

 

кВт.

 

Необходимая мощность электродвигателя для выполнения заданного режима обработки

 

кВт,

 

где h – коэффициент полезного действия (кпд), равный 0,75.

Коэффициент загрузки станка IК62 для указанной обработки, при мощности его электродвигателя N_ст = 10 кВт.

 

К_з = .

 

К параметрам процесса резания относят основное (технологическое) время обработки – время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки.

При токарной обработке цилиндрической поверхности основное (машинное) время и элементы режима резания связаны зависимостью

 

,

 

где L_i = – путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи ( – длина обрабатываемой поверхности, мм; ₁ = t×ctgj – величина врезания резца, мм; ₂ = 1–3 мм выход резца (перебег)), i = – число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку (Н – толщина удаляемого слоя металла, мм).

В целом штучное время состоит

 

Т_шт = Т_о + Т_в + Т_об + Т_п,

 

где Т_в – вспомогательное время необходимое для выполнения действий, связанных с подготовкой к процессу резания (подвод и отвод инструмента, установка и снятие заготовки и т.д.);

Т_об – время обслуживания рабочего места, оборудования и инструмента в рабочем состоянии;

Т_п – время на отдых и естественные потребности, отнесенное к одной детали.