РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СТАНКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЕГО ПАРАМЕТРОВ

Конструкцию станка целесообразно разрабатывать в следующей последовательности:

а) разработка технологического процесса обработки;

б) определение количества и характера исполнительных движений;

в) определение предельных режимов обработки, сил резания и эффективной мощности, а также величин рабочих и холостых ходов рабочих органов станка;

г) определение основных технических характеристик станка;

д) предварительное определение мощности двигателя привода. После разработки кинематической схемы и конструкции станка мощность уточняется;

е) выбор типа привода и разработка кинематической схемы станка;

ж) разработка предварительной схемы компоновки станка;

з) разбивка станка на узлы и корректировка кинематической схемы;

и) выполнение прочностных и других расчетов и определение размеров основных элементов станка. После разработки конструкции узлов следует произвести проверочный расчет;

к) определение опорных и базовых поверхностей для всех узлов и разработка их конструкции;

л) составление чертежей общего вида станка, показывающих компоновку его узлов;

м) разработка рабочих чертежей деталей и др.;

и) составление других технических документов, предусмотренных соответствующими положениями.

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

ВЫБОР РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ И РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ

Большое разнообразие поверхностей обрабатываемых деталей, различные требования к точности и шероховатости этих поверхностей и к производительности процессов формообразования приводят к необходимости существования нескольких вариантов технологических процессов даже для одной и той же поверхности. Многообразие технологических процессов обусловливает создание станков, различных как по принципу работы и конструкции, так и по выходным параметрам (точности обрабатываемых деталей, производительности и т. д.).

Выбор технологического процесса, т. е. метода обработки, применяемого инструмента, последовательности обработки, степени дифференциации и концентрации операций, является исходным, определяющим фактором при разработке конструкции станка. Анализ всех возможных вариантов технологического процесса обработки и выбор оптимального с точки зрения технико-экономических показателей и характера производства (индивидуального, серийного, массового) - начальная стадия проектирования станка. При выборе и разработке технологического процесса обработки той или иной детали следует руководствоваться общими положениями технологии машиностроения и особенностями отдельных отраслей промышленности. Выбранный вариант технологического процесса определяет возможности получения требуемого качества (точность, шероховатость поверхности и т. д.) обрабатываемых деталей, а также количество и характер исполнительных движений в станке.

Следующим этапом при разработке конструкции станка является установление оптимальных предельных режимов обработки. Оптимальный режим обработки должен обеспечивать наибольшую производительность и наименьшую себестоимость обработки при непременном условии получения заданного качества обрабатываемой детали. При этом следует учитывать возможность обработки деталей из разных материалов и обеспечивать условия более полного использования режущих способностей инструментов с различными свойствами.

Учитывая, что период морального износа станков составляет 10—15 лет, а технический прогресс в области режущего инструмента и инструментальных материалов происходит непрерывно, при проектировании новых станков необходимо обеспечивать достаточные резервы повышения режимов обработки, в особенности скорости резания.

Установление оптимального режима обработки заключается в определении характеристики режущего инструмента и ряда параметров самого режима (глубины резания t, подачи S, скорости резания V).

Металлорежущие станки, особенно станки общего назначения, должны обеспечивать изменение скоростей резания и подач в широком диапазоне с целью получения наивыгоднейших режимов резания при выполнении разнообразных операций.

Обычно оптимальные предельные режимы устанавливают в следующей последовательности:

- выбирают характеристику режущего инструмента;

- устанавливают предельные значения глубины резания t_max и t_min,

- определяют предельные значения подач S_{max и} S_min,

- по известным t и S, задавшись периодом стойкости инструмента, определяют предельные значения скорости резания V_max и V_min

Для назначения режимов резания, выбора вида и материала режущего инструмента необходимо знать материал заготовки, его физико-механические свойства, величину припуска на обработку, размеры детали и технические условия на нее (требуемая точность и шероховатость обработанной поверхности), а также иметь сведения о точности и жесткости металлорежущих станков и учитывать особенности обработки на малых, средних и крупных станках.

При проектном расчете режимов резания для универсальных станков в качестве исходного материала следует выбирать: малоуглеродистую сталь НВ≤170, σ_В ≤ 60 10⁷ н/м² (при определении V_max) и высокопрочную легированную сталь НВ>170, σ_В >75 10⁷ н/м² (при определении V_min); размеры заготовки (в виде поковки или проката) - максимально допустимые на проектируемый станок; припуски на механическую обработку - по справочнику. При выборе в качестве исходного материала жаропрочных, нержавеющих сталей и сплавов, неметаллических материалов следует учитывать коэффициенты их обрабатываемости, оптимально допустимые скорости резания и подачи.

При выборе характеристик режущего инструмента на проектируемый станок следует учитывать: геометрические параметры и тип инструмента, размеры сечения стержней и державок по нормативным данным и стандартам, материал режущей части, вид обработки (черновая или чистовая), жесткость системы «станок - деталь - инструмент» и другие условия резания. При проектировании универсальных станков должны быть выявлены все инструменты, которые могут применяться на нем. Если станок специальный или специализированный, то выбор инструментов определяется выполняемыми на нем операциями.

При выборе предельных значений режимов резания (S и V) следует учитывать особенности одноинструментной, многоинструментной обработки и степень автоматизации проектируемого станка. Режимы резания для универсальных станков выбирают на основе анализа технологических процессов обработки типовых деталей из материалов с различными физико-механическими свойствами, с учетом совершенствования режущего инструмента и прогресса технологии механической обработки.

При выборе режимов резания для многоинструментной обработки следует исходить из условия установления периодов стойкости инструментов, обеспечивающих экономическую рентабельность режима работы проектируемого станка, т. е. из условия наибольшей производительности или наименьшей себестоимости обработки.

Исходными данными для расчета режимов резания и времени обработки на агрегатных станках и автоматических линиях служат: производительность, коэффициент использования автоматического оборудования и ритм работы автоматической линии и агрегатного станка.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКА

Основными техническими характеристиками станка, определяющими его производственные возможности, являются:

а) предельные числа оборотов шпинделя (числа двойных ходов столов и др.): n_max и n_min и промежуточные их значения;

б) предельные подачи: S_max и S_min и промежуточные их значения;

в) мощность электродвигателя;

г) габаритные размеры заготовки.

Обычно в станках создается несколько исполнительных движений (скорости резания, подачи, врезания, вспомогательные и т. д.). Исполнительные движения в зависимости от их траектории могут быть простыми и сложными (последние встречаются, например, в зуборезных, затыловочных, копировальных и других станках). В случае простых исполнительных движений механизмы для создания этих движений в станках представляют собой кинематические цепи с органами настройки, осуществляющие передачу движения от источника движения - электродвигателя к исполнительным органам. Главными из цепей привода станка являются цепи главного движения и подачи.

2.1. Цепь главного движения

В зависимости от вида исполнительного движения металлорежущие станки можно разделить на станки:

- с вращательным главным движением;

- станки с прямолинейным главным движением.

Станки с вращательным главным движением. К этой группе относятся токарные, револьверные, карусельные, сверлильные, фрезерные, расточные, шлифовальные, полировальные, заточные и разрезные станки.

Для определения основных технических характеристик станка вначале находятся предельные числа оборотов шпинделя, а затем промежуточные его значения.

Предельные числа оборотов шпинделя n_max и n_min определяются по формулам:

, об/мин

, об/мин

где: V_max и V_min - предельные скорости резания, м/мин;

d_max и d_min - предельные диаметры обработки (или инструментов), мм.

Максимальный диаметр обработки (или инструмента) по некоторым группам станков регламентируется соответствующими ГОСТами. Для специальных станков, а в некоторых случаях и для специализированных, диаметры принимаются исходя из фактических размеров обрабатываемых деталей.

В целях экономичного использования станков принимают среднее расчетное значение диапазона регулирования по диаметру обработки (инструменту )

Для широкоуниверсальных станков это значение увеличивается до 8. Для выбора промежуточных чисел оборотов шпинделя требуется определить диапазон регулирования чисел оборотов, знаменатели ряда и число ступеней скорости. Отношение предельных значений чисел оборотов шпинделя называется диапазоном регулирования чисел оборотов, т. е.

Если в эту формулу подставить значения n_max и n_min, то получим:

,

где: R_v и R_d – диапазоны регулирования соответственно по скорости резания и диаметру обработки и определяемые по формулам

Отсюда следует, что диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя зависит только от отношений предельных скоростей резания и предельных диаметров обработки. Учитывая возможное совершенствование режущих инструментов и технологии обработки, значение R_n проектируемого станка увеличивают примерно на 25%, соответственно изменяя верхний предел чисел оборотов шпинделя п_max.

В современных универсальных станках диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя колеблется в больших пределах, что объясняется необходимостью обработки деталей из различных материалов, неодинаковыми инструментами и выполнением разнообразных операций. Для обеспечения необходимой скорости резания станок должен иметь бесступенчатое изменение чисел оборотов шпинделя. В настоящее время еще не созданы экономически выгодные для всех случаев приводы бесступенчатого регулирования, поэтому приводы главного движения большинства станков проектируются ступенчатыми. Для того чтобы станок со ступенчатым приводом работал экономично на каждой ступени, промежуточные числа оборотов между п_min и n_max должны давать постоянное падение скорости при переходе от одного числа оборотов к другому. Русский академик А. В. Гадолин в труде «Теория устройства перемены скоростей рабочего движения в токарных и сверлильных станках» показал, что числа оборотов целесообразно изменять по закону геометрической прогрессии. В этом случае для всех интервалов ряда чисел оборотов шпинделя абсолютная и относительная потеря скорости будет одинакова, т. е. станок работает в равноценных эксплуатационных условиях на всех ступенях.

Для геометрического ряда со знаменателем φ следует:

……..

Применительно к числам оборотов шпинделя (при φ>1) можно записать: n_z = n_max , n₁ = n_min.

Тогда

Зная диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя R_n и задаваясь значением φ, можно определить число ступеней скорости шпинделя

Задаваясь значением z, можно найти знаменатель геометрического ряда

Вычисленные по формулам φ и Z округляются: Z - до большего (в станках принимаются определенные значения z) целого числа, а знаменатель ряда φ - до ближайшего нормализованного значения. Соответственно изменяется и диапазон регулирования R_n

При выборе знаменателя ряда φ и числа ступеней скорости шпинделя Z необходимо учитывать следующее:

1. Значения знаменателей ряда φ нормализованы. Это сделано для того, чтобы можно было нормализовать ряды чисел оборотов (числа двойных ходов) и подач, а также и другие параметры станков (основные размеры, мощности и др.). Нормализация рядов чисел оборотов и других параметров станков упрощает и облегчает кинематический расчет и проектирование станка в целом, приводит к большим удобствам при эксплуатации станков (модернизации, нормировании станочных работ, подготовке производства и др.), а также позволяет проводить широкую нормализацию и унификацию деталей и узлов станков.

Значения знаменателя ряда φ определены нормалью станкостроения

Н11-1: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0

2. Нормаль станкостроения Н11-1 рекомендует применять в основном знаменатели ряда φ = 1,26; 1,41; 1,58.

3 При проектировании станков средних размеров в большинстве случаев принимают значения знаменателя ряда φ = 1,26 или φ = 1,41, так как они вполне обеспечивают необходимые эксплуатационные условия.

4. Если в цепи привода предусмотрены сменные зубчатые колеса, то можно принимать значение знаменателя ряда φ = 1,06; 1,12 и 1,26. Это относится в основном к станкам для массового и серийного производства, когда станок настраивается редко.

5. В станках с большими диаметрами обработки необходимо применять меньшие значения знаменателя ряда (1,06; 1,12 и 1,26), а в станках с малыми диаметрами обработки - большие (1,58 и 1,78).

6. В приводе можно применять и два значения знаменателя ряда чисел оборотов. В средней части диапазона, используемой наиболее часто, принимают меньшие значения φ, а для крайних участков - большие значения. Такой привод, не ухудшая существенно эксплуатационных качеств станка с меньшим φ, проще по конструкции и менее трудоемок в изготовлении.

7. Желательно, чтобы число ступеней скорости было произведением множителей 2 и 3 (две или три передачи между двумя валами), т. е. чтобы , где Е₁ и Е₂ - целые числа. Этому условию соответствуют значения Z = 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32, 36. В станках наиболее часто применяют значения Z = 3, 4, 6, 8, 12, 18, 24.

8. Значение Z не должно быть слишком большим числом, так как это усложнит конструкцию коробки скоростей, но в то же время она должна иметь достаточное число ступеней скорости, приближаясь по возможности к бесступенчатому приводу.

9. В целях упрощения конструкции коробки скоростей можно применять многоскоростной электродвигатель, однако это не всегда целесообразно.

10. Число ступеней скорости Z и знаменатель φ зависят от степени специализации станка (универсальный, специализированный, специальный). Коробки скоростей универсальных станков должны иметь большее число ступеней скорости и меньшее значение знаменателя φ, так как они предназначаются для обработки многих деталей и для выполнения различных работ. Коробка скоростей специального станка может иметь небольшое число ступеней скорости, так как эти станки создаются для обработки определенных деталей или же для выполнения отдельных операций.

Для выбора промежуточных чисел оборотов шпинделя пользуются (приложение 3) нормалью станкостроения Н11-1 (нормальные ряды чисел в станкостроении). Эта нормаль распространяется на ряды чисел оборотов, чисел двойных ходов, подач, мощностей и других параметров станков.

Для определения промежуточных чисел оборотов шпинделя должны быть известны предельные числа оборотов шпинделя n_max и n_min, число ступеней скорости z и знаменатель ряда φ.

Например, рассчитано, что п_max = 320 об/мин, n_min = 165 об/мин, Z = 4 и φ=1,26. Из приложения 3 выписываем следующие значении чисел оборотов шпинделя в минуту: n_mln = п₁ = 160, п₂, = 200, n₃ = 250, n₄ = 315. Как видно, предельные числа оборотов п₄ и п₁ округлены до нормальных значений.

После разработки кинематической схемы привода подсчитываются фактические (действительные – n_д) числа оборотов шпинделя и сравниваются с выбранными нормальными (n_н) путем определения величины погрешности по формуле: и сравнения ее с допустимой . Если погрешность больше допустимого значения, необходимо произвести коррекцию чисел зубьев или ввести корригированные зубчатые колеса.

Станки с прямолинейным главным движением.

К станкам с прямолинейным главным движением относятся станки с возвратно- поступательным движением и станки с прямолинейным движением, неизменным по направлению.

Порядок определения основных технических характеристик этих станков такой же, как и для станков с вращательным главным движением, только вместо чисел оборотов шпинделя определяются числа двойных ходов у станков с возвратно-поступательным главным движением или числа оборотов ведущего шкива у станков с прямолинейным главным движением, неизменным по направлению. Для этих станков применяются нормализованные значения знаменателя ряда φ и чисел двойных ходов п (соответственно чисел оборотов ведущего шкива), предусмотренные нормалью станкостроения Н11-1.

Станки с возвратно-поступательным главным движением. Возвратно-поступательное главное движение имеют продольно-строгальные, поперечно-строгальные, долбежные, протяжные, зубодолбежные и зубострогальные станки. В зависимости от типа механизмов, применяемых для преобразования вращательного движения в поступательное, их можно подразделить на: станки с приводом от зубчатого колеса и рейки, червяка и рейки или ходового винта и гайки; станки с кулисно-шатунным или кулисным приводом; станки с гидравлическим приводом.

Для станков с приводом от зубчатого колеса и рейки, червяка и рейки, ходового винта и гайки или гидравлическим характерно постоянство (исключая период реверса) скоростей рабочего и холостого ходов исполнительных органов. Скорость холостого хода V_o обычно больше скорости рабочего хода и (скорости резания).

Предельные значения чисел двойных ходов в минуту определяются по формулам:

;

где: V_max и V_min - предельные скорости резания, м/мин,

V_{o max} и V_{o min} - предельные скорости холостого хода, м/мии;

L_max и L_min - предельные длины хода стола (салазок), м.

Максимальная длина хода стола (салазок, ползуна) регламентируется соответствующими ГОСТами или определяется по габаритным размерам обрабатываемых заготовок.

Кулисный и кривошипно-шатунный приводы не обеспечивают постоянства скорости движения исполнительного органа как во время рабочего, так и холостого ходов. Предельные числа двойных ходов в минуту для таких механизмов могут быть подсчитаны по вышеприведенным формулам, если в них подставить средние значения скоростей рабочего и холостого ходов, которые зависят от конструкции и геометрических размеров механизма. Кулисные и кривошипно-шатунные механизмы находят весьма ограниченное применение в приводах главного движения отдельных типов станков.

Станки с прямолинейным главным движением неизменным по направлению. К этой группе станков относятся ленточные пилы, опиловочные станки, ленточные шлифовальные и полировальные станки.

Предельные числа оборотов n_max и n_min ведущего шкива этих станков определяют по формулам, как для станков с вращательным главным движением, где d_max= d_min=d, т. e. диаметру ведущего шкива. Диаметр ведущего шкива в станках с прямолинейным главным движением, неизменным по направлению, принимают, исходя из конструктивных соображений Предельные скорости V_max и V_min станков с прямолинейным главным движением определяют либо по нормативам в зависимости от вида обработки, либо подсчитывают по формулам теории резания.

При применении бесступенчатого регулирования чисел оборотов шпинделя (чисел двойных ходов столов и др.) определяют лишь предельные числа оборотов (числа двойных ходов), и в зависимости от диапазона регулирования R_n выбирают тип привода.

2.2 Цепь подачи

Величины подач в металлорежущих станках в зависимости от требований, предъявляемых к механизму подачи, могут регулироваться в широком диапазоне как ступенчато, так и бесступенчато.

Цепи подачи могут приводиться от общего с цепью главного движения (например, в случае необходимости получения так называемой оборотной подачи, или на токарно-винторезных станках при нарезании резьбы, когда за каждый оборот шпинделя резец должен переместиться точно на шаг резьбы) и от самостоятельного источника движения. Эго надо учитывать при разработке кинематической схемы и определении основных технических характеристик станка.

Рекомендуется располагать подачи по геометрическому ряду. В этом случае формулы для определения диапазона регулирования подач R_S знаменателя ряда подач φ_s, числа ступеней подачи Z_S подобны соответствующим формулам для цепи главного движения, т. е.

где S_max и S_min - предельные значения подачи, которые выбираются из соответствующих нормативов в зависимости от вида обработки.

Значения знаменателя ряда подач φ_s и величины подач S берут из нормали станкостроения Н11-1. Вычисленное по формулам: Z_S - число ступеней - округляется до целого числа, а знаменатель ряда φ_s - до ближайшего нормализованного значения. Соответственно изменяется и диапазон регулирования R_S . При выборе значений φ_s и Z_S руководствуются в основном теми же правилами, что и для цепей главного движения. Отклонение фактических значений подач от выбранных нормальных допускается также в пределах .

В станках с периодической подачей (продольно-строгальные, поперечно-строгальные, долбежные и др.), когда подача осуществляется от храпового механизма, подачи располагаются по арифметическому ряду. Из свойств арифметического ряда следует, что

S₂ = S₁ + C; S₃ = S₂ + C = S₁ + 2C; S₄ = S₃ + C = S₁ + 3C;

S_Z = S_Z-1 + C = S₁ +(Z - 1)C;

где: С — разность арифметического ряда. Она определяется по формуле

где S_Z и S_max - максимальная подача;

S₁ и S_min - минимальная подача;

Z_S - число ступеней подачи.

Зная предельные значения подач S_max и S_min и выбрав число ступеней подачи Z_S по формуле определяется разность арифметического ряда С и затем все промежуточные значения подачи.

К цепям подач токарно-винторезных станков, как уже было сказано выше, предъявляется дополнительное требование обеспечения возможности точного получения нужного соотношения скоростей вращательного движения заготовки и поступательного перемещения инструмента. Это соотношение должно быть пропорционально шагу нарезаемых резьб.

Шаги резьб образуют ряд, близкий к арифметическому, поэтому в этих и других станках для нарезания резьб подачи по геометрическому или чисто арифметическому ряду изменяться не могут. В этом случае цепь подач строится в соответствии с номенклатурой резьб, нарезаемых на станке. Шаги резьб вписывают в определенной последовательности в таблицу и затем разрабатывают кинематическую схему и конструкцию коробки, обеспечивающую требуемые скорости перемещения инструмента.

В станках с настройкой цепи подач сменными колесами (автоматы, полуавтоматы, специальные станки) подачи располагают обычно по геометрическому ряду. Оптимальные подачи устанавливают при помощи сменных колес, которые конструктор предусматривает при проектировании станка. Если в эксплуатационных условиях возникает необходимость получить другие величины подач, то изготавливают новые сменные колеса. Настройка кинематической цепи при помощи сменных колес позволяет получить любой закон изменения передаточных отношении.

При бесступенчатом регулировании подач (электрическом, механическом, гидравлическом) определяются предельные подачи, и в зависимости от диапазона регулирования R_S, выбирают тип привода.

С цепями подач современных станков, как правило, сопрягают цепи передач для быстрых (ускоренных) перемещений исполнительных органов станков. Эти цепи могут иметь отдельный (вспомогательный) двигатель или приводиться от общего двигателя. Цепь быстрого (ускоренного) перемещения обычно присоединяют к цепи подач в конце этой цепи, близ тягового вала.

2.3. Предварительное определение мощности электродвигателя

До начала разработки кинематической схемы станка следует приближенно определить мощность электродвигателя, так как она влияет на выбор типов передач в кинематических цепях. После разработки кинематической схемы, конструкции узлов и более точного определении к.п.д. станка мощность электродвигателя уточняется. Окончательно правильность выбранной мощности проверяется при испытаниях станка.

Мощность электродвигателя главного движения N_г определяется по полезной мощности резания N_э для наиболее эффективного режима:

где: η_г - к. п. д. цепи главного движения.

Учитывая возможность перегрузки электродвигателя на 25% для универсальных, а в некоторых случаях и для специализированных станков, можно принимать

При предварительном определении мощности электродвигателя η_г можно принимать по аналогии с существующими станками сходных типоразмеров или из опытных данных. Если имеется возможность предварительно наметить кинематику, то, зная к. п. д. отдельных элементов η_i общий к. п. д. можно подсчитать по формуле

При предварительных расчетах по формулам можно принимать η_г = 0,70 -- 0,85 для станков с вращательным главным движением и η_г = 0,60 -0,70 - для станков с возвратно-поступательным главным движением.

Если в проектируемом станке предусматривается только один электродвигатель, то при определении его мощности должна быть учтена мощность, расходуемая в цепях подач и вспомогательных движений. Мощность, потребная на подачу, обычно невелика: для токарных и револьверных станков она составляет 3—4%, для сверлильных — 4—5%, для фрезерных 15—20% от мощности привода главного движения. Если же подача и другие движения осуществляются от отдельных электродвигателей, то для каждой кинематической цепи потребную мощность подсчитывают отдельно.

Мощность N_п потребная на подачу, определяется по формуле

, кВт

где η_п = 0,15 - 0,2 — к. п. д. цепи подач;

, кВт

'Q - тяговая сила подачи, н;

V_S — скорость подачи, мм/мин.

Для продольных суппортов токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими

Q=kP_x+f '(P_z + G).

Для продольных суппортов токарных и револьверных станков и столов фрезерных станков с прямоугольными направляющими

Q = kP_x + f ' (P_z + P_v + G).

Для столов фрезерных станков с направляющими в форме ласточкина хвоста

Q = kP_x + f ' (P_z + 2P_v + G).

Для шпинделей сверлильных станков

где: Р_х — составляющая силы резания в направлении подачи, н;

Р_z — составляющая силы резания, прижимающая каретку суппорта или стол к направляющим, н;

Р_у — составляющая силы резания, отрывающая каретку или стол от направляющих, н;

G — вес перемещаемых частей, н;

М_к — крутящий момент на шпинделе, н мм;

d — диаметр шпинделя, мм]

f - коэффициент трения между пинолыо и корпусом и на шлицах или шпонках шпинделя;

f ' приведенный коэффициент трення на направляющих;

к — коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента.

Значение коэффициентов трения f' при нормальных условиях смазки направляющих неодинаково: для токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими к = 1,15 и f' = 0,15 - 0,18, для токарных и револьверных станков с прямоугольными направляющими к = 1,1 и f' = 0,15, для столов фрезерных станков к = 1,4 и f' = 0,2, для пинолей сверлильных станков f = 0,15.

Мощность привода, вычисленная расчетным путем, должна быть окончательно выбрана после сравнения с мощностью нескольких аналогичных стапков современной конструкции. Это необходимо для того, чтобы убедиться в правильности выбранной мощности, так как процессы резания еще недостаточно изучены и в формулы, по которым определяются силы резания, используемые для вычисления эффективной мощности, входят опытные коэффициенты. Кроме того, при проектировании не всегда можно точно учесть условия эксплуатации станка. После определения мощности, в зависимости от назначения электродвигателя и необходимых чисел оборотов, по соответствующим каталогам подбирается тип электродвигателя.

3. РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

К кинематике станка предъявляются следующие требования:

1. Обеспечение высокой производительности станка (в некоторых случаях производительность может быть ограничена, исходя из особенностей станка).

2. Максимальная автоматизация станка.

3. Точность работы механизмов.

4. Высокий к. п. д. станка, который можно повысить:

а) применением передач, по возможности, с высокими к. п. д., так как общий к. п. д. определяется как произведение к.п.д. отдельных передач:

б) короткими кинематическими цепями с малым числом кине­матических пар - источников потерь на трение;

в) использованием совершенных, отработанных конструкций механизмов и передач с высокими к.п.д.,

г) полным отключением кинематических цепей, не участвующих в передаче движения при данных включениях, что особенно важно для быстроходных станков;

д) применением подшипников качения, где это возможно;

е) надежным выключением фрикционных муфт;

ж) применением системы принудительной смазки от насоса и жидкой смазки вместо консистентной;

з) повышением качества изготовления деталей, сборки и регулировки станка.

5. Технологичность конструкции.

6. Наименьший расход материалов.

7. Максимальное использование нормализованных, стандартных и унифицированных узлов и деталей.

8. Простота и удобство наладки и обслуживания станка.

9. Безопасность труда.

3.1. Выбор типа привода

При разработке кинематической схемы станка в первую очередь необходимо решить вопрос выбора типа привода. Привод - источник движения и совокупность механизмов, передающих движение к конечным звеньям станка.

Станок может иметь один или несколько источников движения. Применение нескольких двигателей позволяет сократить кинематические цепи, упростить управление, механизировать и автоматизировать станок. Если же между отдельными кинематическими цепями требуется строгая взаимосвязь, то они должны получать движение от общего двигателя. Выбор привода имеет существенное значение при проектировании нового станка, так как это является одним из основных условий создания высококачественной и экономичной конструкции. Эта задача осложнена большим разнообразием типов и схем приводов, применяемых в станках, а также факторов, влияющих на их выбор.

Выбор типа привода станка определяется следующими факторами.

1. Технологическим назначением и технической характеристикой станка (характер операций, намечаемых к выполнению на проектируемом станке, значения предельных и промежуточных чисел оборотов шпинделя и подач, способ их регулирования, мощность .привода).

2. Техническими возможностями того или иного типа привода, обеспечивающими нужные характеристики проектируемого станка.

3. Экономической эффективностью применення выбранного типа привода в проектируемом станке, так как один и тот же привод может быть экономичным для одного станка, а для другого нет.

4. Частотой и временем пусков, остановок и реверсирований станка (имеет существенное значение для станков, работающих с частыми остановками и реверсированиями).

5. Временем и удобством переключения с одной скорости на другую (имеет значение для станков, работающих с частым изменением скорости в процессе обработки одной детали).

6. Коэффициентом полезного действия привода.

7. Необходимостью автоматизации станка.

8. Технологичностью конструкции привода.

9. Габаритными размерами и весом привода (включая и электродвигатель), что особенно важно, когда привод располагается в узле, движущемся с большой скоростью.

10. Необходимостью применения определенного рода тока (переменного, постоянного, высокочастотного).

11. Удобством управления (особенно важно для тяжелых станков, где оно, как правило, должно быть дистанционным).

12. Требованием минимальной утомляемости рабочего и безопасности труда.

Для создания движения скорости резания в станках могут применяться следующие приводы:

1.Приводы со ступенчатым регулированием:

1.1. Шестеренная коробка скоростей с одно- или многоскоростным электродвигателем переменного тока. В цепь привода, кроме шестеренной коробки скоростей, могут быть включены, в зависимости от типа станка, следующие передачи: зубчатое колесо и рейка, червяк и рейка, ходовой винт и гайка, кулисно-шатунный или кулисный механизмы, ременная передача, сменные зубчатые колеса.

Самым распространенным типом привода в металлорежущих станках с вращательным главным движением.средних размеров N < 100 кВт является привод с механическим регулированием скорости, состоящий из односкоростного электродвигателя переменного тока и шестеренной коробки скоростей.

1.2. Односкоростной или многоскоростной электродвигатель переменного тока и сменные зубчатые колеса.

Односкоростной электродвигатель переменного тока и сменными зубчатыми колесами нашел наибольшее применение в специальных станках для крупносерийного и массового производства, когда не требуется изменения режимов резания в процессе обработки определенной партии деталей. При этом упрощается конструкция привода, а режимы обработки в случа<