3. Построение диаграммы сил и механической характеристики

Наибольшая сила подачи стола

F_max = 10000 Н.

Сила трения в шарико-винтовой паре

η_швп = 0,95.

Масса системы стол-деталь

M_ст = M · 0,1 + m_d ,

где m_d - наибольшая масса обрабатываемого изделия, равная 300 кг.

M_ст = 11,37 · 10³ · 0,1 + 700 = 1,837· 10³ кг.

Назначаем путь, на котором будет разгоняться стол

S_p = 4 мм.

Время разгона на пути S_p до скорости быстрого хода

При этом стол будет двигаться с ускорением

Ускорение

Сила, необходимая для ускорения

F_d = 2 · M_ст = 2 · 2,222 · 1837 = 8,164 · 10³ Н.

Время торможения со скорости быстрого хода

t_t = t_p = 0,06 с.

Путь, проходимый фрезой до полного врезания

S_вх = 80 мм.

Путь, проходимый фрезой до полного выхода из детали

S_вых = 80 мм.

Путь, проходимый фрезой на полном врезании

S_rabmax = 500 - 7 - 80 - 80 = 333 мм.

Коэффициенты трения для элементов сталь-сталь, стол и направляющие

k = 0,03.

Сила тяжести стола

P_t = M_ст · 9,81 = 18,02· 10³ Н.

Сила, оказывающая давление на стол во время резания

P_rez = P_v + P_t = 22,69· 10³ + 18,02 · 10³ = 40,71 · 10³ Н.

Сила трения при подводе стола и при резании

F_tr0 = k · P_t + 0,03 · 18,02 · 10³ + 500 = 1,041 · 10³ Н._tr1 = k · P_rez + 0,03 · 40,71 · 10³ + 500 = 1,721 · 10³ Н.

Сила трения при подводе стола и при резании

F_g = M · 9,8 · 0,1= 11,37 · 10³ · 9,8 · 0,1 = 11,14 · 10³ Н.

Сила, действующая на стол во время фрезеровки

P_g = P_h + F_tr1 = 9,555 · 10³ + 1,721 · 10³ = 7,964 · 10³ Н.

P_d = F_d + F_tr0 = 8,164 · 10³ + 1,041 · 10³ = 6,225 · 10³ Н.

Найдем среднеквадратичную силу для оценки нагрева двигателя в дальнейшем.

Расчет сил на каждом участке.

участок (0-1) - разгон до скорости быстрого хода;

участок (1-2) - движение на скорости быстрого хода;

участок (2-3) - торможение со скорости быстрого хода;

участок (3-4) - разгон до скорости рабочего хода;

участок (4-5) - движение на скорости рабочего хода;

участок (5-6) - движение фрезы на скорости рабочего хода до полного врезания;

участок (6-7) - движение фрезы на скорости рабочего хода на полном врезании;

участок (7-8) - движение фрезы на скорости рабочего хода до полного выхода из детали;

участок (8-9) - торможение со скорости рабочего хода;

участок (9-10) - разгон до скорости быстрого хода;

участок (10-11) - движение на скорости быстрого хода;

участок (11-12) - торможение со скорости быстрого хода;

Таблица 1 - Таблица сил на каждом участке

№ участка

Сила на каждом участке F, Н

Время на каждом участке t, с

формула

значение

формула

значение

1 (0-1)

F0-1 = -(Fd + Ftr0) + Fg

1,938 · 103

t0-1 = tp

0.06

2 (1-2)

F1-2 = -Ftr0+ Fg

10,1· 103

t1-2 = 1.815

3 (2-3)

F2-3 = Fd - Ftr0+ Fg

18,27 · 103

t2-3 = tt

0.06

4 (3-4)

F3-4 = Fd + Ftr0+ Fg

20,35 · 103

t3-4 = tр

0.06

5 (4-5)

F4-5 = Ftr0+ Fg

12,18 · 103

t4-5 = 0.716

7 (6-7)

F6-7 = Ph + Ftr1+ Fg

22,42 · 103

t7-8 = 79.508

6 (5-6)

F5-6 = 14,95 · 103t6-7 = 19.101

8 (7-8)

F7-8 = 7,473 · 103t8-9 = 19.101

9 (8-9)

F8-9 = -Fd + Ftr0+ Fg

4,019 · 103

t11-12 = tt

0.06

10 (9-10)

F9-10 = -Fd - Ftr0+ Fg

1,938 · 103

t12-13 = tр

0.06

11 (10-11)

F10-11 = - Ftr0+ Fg

10,1 · 103

t13-14 = 1.815

12 (11-12)

F11-12 = Fd - Ftr0+ Fg

18,27 · 103

t14-15 = tt

0.06

= 15,85 · 10³ Н.

Время цикла равно

t_ц = t_0-1 + t_1-2 + t_2-3 + t_3-4 + t_4-5 + t_5-6 + t_6-7 + t_7-8 + t_8-9 + t_9-10 + t_10-11 + t_11-12 + t_mo

t_ц = 0,024 + 2,976 + 0,024 + 0,024 + 0,456 + 0,024 + 29,033 + 137,906 + 29,033 + + 0,024 + 1,608 + 0,024 + 60 = 182,417 с.

Рисунок 3 - Диаграммы скоростей и сил

Рисунок 4 - График зависимости скорости от силы