54. Структуры и механизмы приводов подачи со ступенчатым регулированием

. Токарно-винторезные, вертикально-сверлильные и станки других типов имеют приводы подачи, кинематически связанные с главным приводом (рис. 10.1, а, б). Шпиндель получает вращение от электродвигателя М через короб­ку скоростей с регулируемым передаточным отношением i_n и ряд постоян­ных передач . Тяговый механизм привода подачи связан со шпинделем с помощью коробки передач или сменных колес с регулируемым передаточным отношением i_S и постоянных передач . Фрезерные и другие станки имею привод подачи с отдельным электродвигателем (рис. 10.1, в, г).

Для изменения подачи применяют коробки передач с передвижными ко­лесами или электромагнитными муфтами, сменные зубчатые колеса и специальные механизмы. Компактный механизм со ступенчатым конусом (рис. 10.2, а) позволяет получать от 4 до 12 ступеней подачи. В цепь подачи он мо­жет быть включен таким образом, что от конуса зубчатых колес движение с помощью колес z₁ и z₂ передается на вал II каретки или в обратном направ­лении от вала II каретки на вал I конуса. Недостатком механизма являет­ся пониженная жесткость.

Механизм с вытяжной шпонкой (рис. 10,2, б) состоит из колес, находя­щихся в постоянном зацеплении. На валу I колеса закреплены, на валу II установлены свободно. Вытяжная шпонка, которую можно перемещать вдоль прорези в валу, входит в шпоночный паз одного из колес и связывает его c валом П. В этом компактном механизме можно установить косозубые колеса. Механизм имеет сравнительно малую жесткость.

Механизм типа меандра (рис. 10.2, в) состоит из нескольких одинаковых зубчатых блоков и передвижной каретки с накидным или передвижным коле­сом. Зубчатые блоки, за исключением одного, на валах установлены свобод­но. Передаточные отношения передач образуют геометрический ряд. Для ме­ханизма характерны малые осевые габариты, большой диапазон регулирова­ния и в то же время пониженные жесткость и износостойкость.

Приводы подачи со ступенчатым регулированием применяют в универ­сальных неавтоматизированных станках, а также в редко переналаживаемых автоматах и полуавтоматах.

55. Кинематический расчет привода. Исходными данными при проектировании привода подачи со ступенчатым регулированием являются минимальная подача S_min, максимальная подача S_max, число ступеней подачи z, тип ряда подач (геометрический или арифмети­ческий) , тип станка, для которого проектируется привод. С типом станка свя­заны структура привода подачи (общая или раздельная), характер движения подачи (непрерывное или периодическое), вид тягового механизма, уровни скорости подачи, необходимая точность настройки. Рассмотрим несколько случаев.

1. Проектируется раздельный привод подачи с регулированием по геомет­рическому ряду при применении в качестве тягового механизма винтовой передачи (см. рис. 10.1, в). Заданы значения минутной подачи Smin и S_max.

По исходным данным определяют диапазон регулирования привода

знаменатель ряда подач

Значение R_S округляют до ближайшего, рекомендуемого для станков данно­го типа (табл. 10.1).

Получив значения подач ряда, округляют их до стандартных. Если крайние значения существенно отличаются от заданных, возможна коррекция z. В ре­зультате получают ряд подач:

Ориентируясь на существующие станки, принимают шаг ходового винта р. Определяют ряд его частот вращения (мин^-1), соответствующий ряду подач:

Дальнейший расчет привода подачи выполняют аналогично расчету главно­го привода. Одиночные передачи, необходимые для редукции частоты враще­ния, располагают между коробкой подач и тяговым устройством и этим уменьшают крутящие моменты на ее валах. Изменение передаточных отноше­ний зубчатых передач в коробке подач допускается в интервале от 0,2 до 2,8.

2. Проектируется раздельный привод подачи с регулированием по геомет­рическому ряду при применении в качестве тягового механизма пары зубчатое колесо—рейка (см. рис. 10.1, г).

Ориентируясь на существующие станки, принимают число зубьев z_р и модуль m реечного колеса и вычисляют длину его делительной окружности πmz_р. Затем определяют ряд частот вращения реечного колеса (мин^-1):

3. Проектируется общий привод подачи с регулированием по геометри­ческому ряду при применении в качестве тягового механизма винтовой пе­редачи (см. рис. 10.1, а). Подача задается в миллиметрах на оборот.

В качестве первого вала привода принимают шпиндель станка и за его расчетное число оборотов — 1 оборот. Частоты вращения ходового винта отно­сят к одному обороту шпинделя.

4. Проектируется общий привод подачи с регулированием по геометричес­кому ряду при применении в качестве тягового механизма передачи зубчатое колесо - рейка (см. рис. 10.1, б). Подача задается в миллиметрах на оборот.

При построении графика частот вращения в качестве первого вала прини­мают шпиндель станка. За расчетное число оборотов шпинделя принимают 1 оборот. Частоты вращения реечного колеса относят к одному обороту шпин­деля.

56. Выбор асинхронного электродвигателя для ступенчатого привода подачи. Двигатели приводов подачи работают в режимах S1, S3,.,., S8. Их выби­рают по методике, используемой при выборе двигателя главного привода.

При проектировании привода задают цикл его работы. При этом указы­вают последовательность движений, определяют их длительность, задают вре­мя разгона (торможения), длительность пауз, число включений двигателя в те­чение часа. Находят силы резания при выполнении на станке разных операций, силу тяжести перемещающихся узлов, силы инерции, возникающие при разгоне и торможении стола или суппорта. Вычисляют силу трения в направляющих, а также момент холостого хода в механической части привода. Определяют приведенный к валу двигателя статический момент сопротивления привода, обусловленный силами трения:

где М_х.х — момент холостого хода редуктора, Нм; М_т.н, М_т.в, М_т.п — приведенные к валу двигателя моменты от силы трения в направляющих, в винто­вом механизме и в опорах ходового винта, Нм.

Если в приводе применена винтовая передача скольжения, М_т.н, М_т.в, М_т.п находят по зависимостям (9.4), (9.5) при η_в = 0,3...0,4. Когда конеч­ным звеном привода подачи является передача зубчатое колесо—рейка,

где F_т.н - сила трения в направляющих, Н; D — делительный диаметр реечно­го колеса, м; i — передаточное отношение редуктора; η_к - КПД передачи зубчатое колесо—рейка; η_р —КПД редуктора.

Для определения приведенных к валу двигателя моментов М_Р и M_G от силы резания и силы тяжести перемещающихся узлов находят проекции Р и Gsinα этих сил на направление движения подачи (а— угол между этим на­правлением и горизонтальной плоскостью) . Если тяговым механизмом приво­да служит передача винт—гайка скольжения, моменты М_Р и M_G находят по

зависимостям (9.2) и (93) при η_в = 0,3...0,4. В случае применения передачи зубчатое колесо—рейка

Суммарный приведенный к валу двигателя момент статического сопро­тивления привода (Н) в периоды цикла, когда выполняется резание,

При выполнении установочных движений с постоянной скоростью двига­тель нагружен приведенным статическим моментом:

Приведенный к валу двигателя момент инерции элементов привода опре­деляют, как и для привода с двигателем постоянного тока

57. Выбор электродвигателя для вспомогательного привода. К вспомогательным приводам относятся приводы быстрых перемещений силовых столов, суппортов, бабок, поперечин, узлов для закрепления обраба­тываемых деталей и т д Цикл работы узла обычно включает следующие эле­менты разгон за короткий интервал времени до установившейся скорости, перемещение узла с постоянной скоростью в течение короткого интервала вре­мени, отключение двигателя и длительная пауза, во много раз превышающая время его работы Электродвигатели, работая в кратковременном режиме S2, не успевают нагреваться до допустимого предела. Их подбирают только по условиям пуска (трогания исполнительного органа). Двигатель выбирают в следующем порядке.

Определяют суммарный момент статического сопротивления М_с = M_G + М_Т, где M_G приведенный к валу двигателя момент от силы тяжести узла; М_Т - приведенный к валу двигателя момент от сил трения в механизмах при­вода По каталогу выбирают электродвигатель с номинальным моментом М_Н. Проверяют двигатель по условиям пуска с учетом возможного понижения напряжения сетити

где - каталожные значения отношении пусково­го М_п и минимального М_min — моментов двигателя к номинальному п mm

Определяют момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя, средний пусковой момент двигателя и время пуска t_п двигателя с нагрузкой. Если t_п не больше заданного, двигатель пригоден для проектируемого меха­низма.

58. Рекомендации по конструированию приводов подачи. Механизм подачи получает движение от отдельного электродвигателя или от шпинделя станка. Если необходимо обеспечить жесткую кинематическую связь между шпинделем и тяговым устройством, что требуется, например, при нарезании резьбы, ременную или цепную передачи в привод встраивать

нельзя. Кроме передач, необходимых для редукции и регулирования подачи, в привод включают устройство для реверсирования подачи, предохранительное устройство, цепь передач для быстрых ходов суппорта, устройство для вклю­чения механизма подач.

В качестве устройств для реверсирования подачи применяют механизмы с цилиндрическими или коническими колесами, а также с составным зубча­тым колесом. Предохранительное устройство помещают между коробкой по­дач и тяговым устройством. Цепь передач для быстрых ходов суппорта может иметь привод или от отдельного электродвигателя или от привода подачи. Цепь быстрых ходов соединяют с цепью рабочих подач в самом конце послед­ней. Устройство для включения механизма подач выполняют в виде передвиж­ного колеса, кулачковой или фрикционной муфты и помещают в начале цепи подачи.

Большинство валов, входящих в состав коробок передач, относятся к малонагруженным. Они вращаются медленно. Их диаметр обусловлен требова­ниями жесткости. Такие валы изготовляют из стали 45 и не подвергают упроч­няющей термической обработке.