Привод подачи сверлильно-фрезерно-расточного станка

Введение

На производстве ради увеличения производительности, точности и чистоты обработки деталей применяются механизмы с числовым программным управлением, таким, например, является станок 2204ВМФ4.

Вращение шпинделю в таком станке передается от электродвигателя посредством коробки скоростей. Частоту вращения шпинделя изменяют путем регулирования частоты вращения электродвигателя и с помощью коробки скоростей. Направление вращения шпинделя изменяют реверсированием электродвигателя. Приводами перемещений шпиндельной бабки по оси Y, стойки по оси Z и стола по оси X служат высокомоментные электродвигатели, соединенные муфтами с шариковыми винтами.

Основным видом тягового устройства станков с ЧПУ является передача винт-гайка качения или шарико-винтовая передача. Эта передача используется в приводах подачи и позиционирования столов, суппортов и других подвижных узлов станков. Широкое применение передачи обусловлено высоким КПД, связанным с низкими потерями на трение, незначительным влиянием частоты вращения винта на силу трения, отсутствием осевого зазора и достаточно высокой жесткостью.

Задание движения подачи осуществляется с помощью программы блока ЧПУ. Для написания программы ЧПУ необходимо знать технические характеристики подачи, такие как максимальное ускорение стола с заготовкой, максимальная скорость подачи и быстрого хода, максимальная сила подачи стола и соответствующая ее глубина и скорость резания, которые зависят от настроек системы автоматического регулирования (САУ) подачи стола и выбранных электродвигателя, комплектного электропривода и винта. Эти характеристики при расчете привода подачи должны быть не хуже требуемых в техническом задании.

1. Техническое задание В данном курсовом проекте требуется рассчитать привод подачи сверлильно-фрезерно-расточного станка 2204ВМФ4 с передачей «винт-гайка» для фрезерования канавки, определить его технические характеристики и качественные показатели. Материал обрабатываемого изделия — медь. Направление подачи — поперечная. Основные параметры станка выбираются по исходным данным.

привод станок фрезерование.

2. Анализ технического задания Произвести расчет электропривода многооперационного станка с ЧПУ. Схема фрезерного станка приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема фрезерного станка Параметры станка приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Параметры станка.

3. Расчет режима резания Для качественного построения нагрузочных диаграмм необходимо рассчитать скорости и силы, возникающие при работе станка.

Скорость резания — окружная скорость фрезы, м/мин,.

(1).

где Сv, q, m, x, y, u, p — коэффициент и показатели степени по [1];

Т — период стойкости фрезы по [1], мин;

sz — подача на один зуб по [1], мм;

Кv — общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,.

(2).

гдеКМv — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала по [1];

КПv — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки по [1];

КИv — коэффициент, учитывающий материал инструмента по [1],.

(3).

.

Частота вращения фрезы об/мин,.

(4).

.

Сила резания. Главная составляющая силы резания при фрезеровании — окружная сила Pz, Н.

(5).

гдеСр, x, y, n, q, w — коэффициент и показатели степени по [1];

КМр — поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала по [1],.

.

Крутящий момент на шпинделе, Н· м,.

(6).

.

Мощность резания (эффективная), кВт,.

(7).

.

Сила подачи по [1], Н,.

(8).

.

Скорость подачи при фрезеровании, м/мин,.

(9).

.

Сила натяга, действующая в шарико-винтовой паре, Н,.

(10).

.

Сила трения в шарико-винтовой паре — сила трения-качения, Н,.

(11).

.

Ограничение по усилию выполняется при условии:

P0Pmax,.

где Pmax — наибольшая сила подачи стола, кН.

8,354 кН 10 кН.

Ограничение по мощности выполняется при условии:

NNгл, ,.

где Nгл — мощность электродвигателя привода главного движения, кВт.

6,12 кН 6,3 кН.

4. Разработка карты обработки Для фрезерования канавки выберем дисковую пазовую фрезу по [1], ГОСТ 3964–69, приведенную на рисунке 2, параметры которой приведены в таблице 2.

Рисунок 2 — Дисковая пазовая фреза по ГОСТ 3964–69.

Таблица 2 — Параметры фрезы.

Максимальная глубина фрезеруемой канавки t, мм,.

(1).

.

Примем глубину фрезеруемой канавки t равной 20 мм.

Схема взаимных расположений фрезы и заготовки приведена на рисунке 3. Примем, что при фрезеровании получается торцевой паз.

Исходя из таблицы 1 и параметров выбранной фрезы, следует составить карту обработки, приведенную на рисунке 5.

Рисунок 3 — Схема взаимных расположений фрезы и заготовки Рисунок 4 — Участок врезания фрезы Рисунок 5 — Карта обработки.

5. Построение нагрузочных диаграмм Найдем среднеквадратичную силу для оценки нагрева двигателя в дальнейшем.

Расчет сил на каждом участке.

1 участок (0−1) — разгон до скорости быстрого хода;

2 участок (1−2) — движение на скорости быстрого хода;

3 участок (2−3) — торможение со скорости быстрого хода;

4 участок (3−4) — разгон до рабочего хода;

5 участок (4−5) — движение на скорости рабочего хода;

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

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

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

9 участок (8−9) — движение на скорости рабочего хода;

10 участок (9−10) — торможение со скорости рабочего хода;

11 участок (10−11) — разгон до скорости быстрого хода;

12 участок (11−12) — движение на скорости быстрого хода;

13 участок (12−13) — торможение со скорости быстрого хода;

Рисунок 6 — Диаграмма скоростей и сил Наибольшая сила подачи стола.

Fmax = 10 000 Н.

Сила трения в шарико-винтовой паре зшвп = 0,95.

Н.

Масса системы стол-деталь.

Mст = M · 0,1 + md ,.

где md — наибольшая масса обрабатываемого изделия, равная 300 кг.

Mст = 7,000 · 0,1 + 300 = 1000 кг.

Назначаем путь, на котором будет разгоняться стол.

Sp = 1 мм.

Время разгона на пути Sp до скорости быстрого хода При этом стол будет двигаться с ускорением.

мм/с2.

Ускорение м/с2.

Сила, необходимая для ускорения.

Fd = 2· Mст = 2 · 1,389 · 1000 = 2,77 · 103 Н.

Время торможения со скорости быстрого хода.

tt = tp = 0,012 с.

Путь, проходимый фрезой до полного врезания.

Sвх = 35 мм.

Путь, проходимый фрезой до полного выхода из детали.

Sвых = 35 мм.

Путь, проходимый фрезой на полном врезании.

Srabmax = 500 — 14 — 70 = 416 мм.

Коэффициенты трения для элементов сталь-сталь, стол и направляющие.

k = 0,03.

Сила тяжести стола.

Pt = Mст · 9,81 = 1000 · 9,81 = 9,81 · 103 Н.

Сила, оказывающая давление на стол во время резания.

Prez = Pv + Pt = 7661 + 9,81 · 103 = 1,173 · 104 Н.

Сила трения при подводе стола и при резании.

Ftr0 = k · Pt + 0,03 · 9,81 · 103 + 500 = 794,3 Н.

Ftr1 = k · Prez + 0,03 · 1,173 · 104 + 500 = 851,7 Н.

Межоперационное время принимаем равным 60 с.

tmo = 60 c.

Сила, действующая на стол во время фрезеровки.

Pg = Ph + Ftr0 = 9,1 · 103 + 794,3 = 1,004 · 104 Н.

Pd = Fd + Ftr1 = 2,77 · 103 + 851,7 = 2,85 · 104 Н.

Таблица 5.1 — Таблица сил на каждом участке.

Время цикла равно.

tц = t0−1 + t1−2 + t2−3 + t3−4 + t4−5 + t5−6 + t6−7 + t7−8 + t8−9 + t9−10 + t10−11 + t11−12 + t12−13 + tmo.

tц = 0,012 + 1,188 + 0,012 + 1,691· 10−3 + 0,128 + 10,733 + 1,959 + 1,959 + 2,044 + + 1,691· 10−3 + 0,012 + 1,188 + 0,012 + 60 = 151, с.

Рисунок 7 — Механическая характеристика.

6. Расчет механической части электропривода Необходима динамическая грузоподъемность винта, удовлетворяющая наибольшей силе подачи стола. При этом винт должен выдерживать максимальную нагрузку. По этим условиям предварительно выбираем винт диаметром d0 = 20 мм и винт диаметром d0 = 16 мм.

Далее выбирается шаг винта, который определяет передаточное отношение i «винт-гайка». Сравним расчеты при шаге винта ф1 = 4 мм и ф2 = 6 мм.

Частота вращения, соответствующая скорости быстрого хода.

об/мин.

об/мин.

Угловая скорость рассчитывается по формуле.

рад/с.

рад/с.

Передаточное отношение винт-гайки.

рад/м.

рад/м.

Момент двигателя определяется КПД системы определяется как:

з? = зШВП •(зпод М) N = 0,9•(0,99)4 = 0,86.

Н· м.

Н· м.

Найдем момент инерции винта.

.

где mv — масса винта, кг.

.

где Lv — длина винта, принимается 1,5 от длины перемещения стола.

Lv = 1,5 · 400 = 750 мм.

сст = 7250 кг/м3.

кг.

кг.

кг/м2.

кг/м2.

Скорость двигателя подачи при скорости быстрого хода.

об/мин.

об/мин.

Скорость двигателя подачи при рабочей скорости об/мин.

об/мин.

Скорость двигателя подачи при 2500 мм/мин.

об/мин.

об/мин.

7. Выбор электродвигателя, комплектного электропривода Момент номинальный.

Н· м.

Н· м.

Двигатель 2ДВУП5М, его характеристики:

— момент номинальный, Mnom1 = 4,7 Н· м;

— максимальная частота вращения, Nmax = 3000 об/мин;

— момент инерции, Jd = 5,2 · 10−4 кг/м2;

— масса, mdvig = 7 кг.

Двигатель 2ДВУ115L, его характеристики:

— момент номинальный, Mnom1 = 7 Н· м;

— максимальная частота вращения, Nmax = 3000 об/мин;

— момент инерции, Jd = 7,3 · 10−4 кг/м2;

— масса, mdvig = 9 кг.

Момент трения двигателя (10% от момента двигателя максимального).

Mtr1 = 0,1 · Mnom1 = 0,1 · 4,7 = 0,47 Н· м.

Mtr2 = 0,1 · Mnom2 = 0,1 · 7 = 0,7 Н· м.

Масса винта, приведенная к массе стола.

кг.

кг.

Момент трения двигателя и подшипников.

Н.

Н.

Момент инерции двигателя.

Jdvig1 = 5,2 · 10−4 кг/м2.

Н.

Jdvig2 = 7,3 · 10−4 кг/м2.

Н.

Масса двигателя и винта, приведенные к столу.

Mvd1 = Mdvig1 + 1283 + 1708 = 2991 кг.

Mvd2 = Mdvig2 + 798,7 + 109 = 907,7 кг.

об/мин.

Определение силы подачи для двух двигателей.

Fф3 = Mnom1 · i1 = 4,7 · 1571 = 7383 Н.

Fф6 = Mnom2 · i2 = 7 · 1046 = 7322 Н.

Угловая скорость двигателей Определение подачи двигателей при различных передаточных отношениях.

мм/мин.

мм/мин.

Окончательно принимаем двигатель 2ДВУ115L.

Данный двигатель является вентильным двигателем с постоянными магнитами, управляемый только по якорю.

Суммарный момент двигателя с учетом момента трения и момента холостого хода в винте Выбранный двигатель трехфазный вентильный с редкоземельными магнитами со 120-градусной коммутацией.

Максимальное напряжение преобразователя.

В.

Минимальное напряжение преобразователя.

В.

Напряжение номинальное.

В.

Принимаем номинальное напряжение Unom=110 В.

КПД двигателя, в долях .

Ток номинальный,.

А.

Сопротивление якоря,.

Ом.

Ток короткого замыкания,.

А.

Поток номинальный,.

.

Заключение

В курсовом проекте был рассчитан привод подачи станка 2204ВМФ4 с передачей «винт-гайка» для фрезерования канавки, был выбран электродвигатель и комплектный привод, определены на модели его технические характеристики и качественные показатели.

Библиографический список Онищенко, Г. Б. Электрический привод. — М.: Академия, 2008;

Москаленко, В. В. Электрический привод. — М.: Академия, 2007;

Копылов, И.П., Клоков Б. К. Справочник по электрическим машинам в 2 т. — М.: Энергоатомиздат, 1998;

Справочник по автоматизированному электроприводу — под ред. В.А., Елисеева и А.В., Шинянского/ М.: Энергоатомиздат, 1983.