- 2. Состояние станкостроения в странах СНГ
- 6. Асинхронный электродвигатель
- 3. Роль станкостроения в обеспечении научно-технического прогресса.
- Привода главного движения станков с ЧПУ
- 4. Основные направления совершенствования конструкции станков, их элементов в курсовом и дипломном проектировании.
- Электродвигатели постоянного тока
- 10.Знаменатель геометрического ряда
- 11.Основные кинем-кие завис-ти для привода гл. дв-я.
- 17. Множительные структуры с частичным перекрытием ступеней частот вращений
- 18. Привода с выпадением частот вращений
- 19.Структуры с ломанным геометрическим рядом
- 20. Сложенная структура привода
1. Общие сведения о металлорежущих станках
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
1. Общие сведения о металлорежущих станках Разнообразные устройства, создаваемые человеком подразделяются на 2 группы:
Техническая система – совокупность деталей, механизмов, объединенных общностьюсвязей, предназначенные для выполнения определенных функций. Механизмы могут иметь самостоятельное применение(редуктор), но чаще оно является кинематической основой технической системы. Техническая система – один или несколько связанных между собой механизмов, предназначенных для преобразования энергии одного вида в другой (системы-двигатели), а для выполнения полезной механической работы системы-орудия. Системы-двигатели преобразовывают энергию в механическую(двигатели внутреннего сгорания), механику движения жидкости в механику вращения вала (гидравлические). Системы-орудия – это технологические системы в широком смысле: молоты, пресса, металлорежущие станки. 2. Состояние станкостроения в странах СНГ Станкостроение – базовая отрасль машиностроения. Парк металлорежущего оборудования определяет производственно-технический и экономический потенциал машиностроительного комплекса страны. Технологические системы, производимые станкостроительной отраслью составляют около 60% активных фондов машиностроения. В период распада СССР выпуск металлорежущего оборудования сократился в 7,7 раза, деревообрабатывающего в 6,9 раз, кузнечно-прессового в 20 раз. В 1967 году в БССР выпускалось 2,9 станка на 1000 населения, а в США 1,2. 6. Асинхронный электродвигатель  , где f – частота подаваемого напряженияр – число пар полюсов S – скольжение(величина 2-12%, позволяет обеспечивать регулирование в частоте вращения) Преимущества:
Недостатки:
Способы изменения частоты вращения:
Способы охлаждения:
Электродвигатели с нормальным скольжением имеют жесткую характеристику и применяются в большинстве станков, а электродвигатели с повышенным скольжением до 16% имеют мягкую характеристику и применяются в приводах с частым включением и значительной нагрузкой при пуске. Торможение асинхронного двигателя производится механическим и электрическим способом(к электрическим относятся – торможение с рекуперацией, электродинамическое и торможение с противотоком) Рекуперация – способ торможения для многоскоростных электродвигателей. 3. Роль станкостроения в обеспечении научно-технического прогресса. Металлорежущий станок – технологическая техническая система, являющаяся основой для построения современных технологических систем и производств. При их проектировании и создании используются все новые достижения машиностроения, приборостроения, электрики и электротехники, автоматики и информатики. Для достижения прецезионности (высокой точности), производительности, экономичности, надежности и др. требований потребителя необходимо постоянно совершенствовать конструкцию ТО. Преимущества получает тот производитель, который наряду с высокими техническими характеристиками гарантирует стабильность качества в течении заданного периода эксплуатации и способен в кратчайшие сроки осуществить выпуск новой работоспособной конструкции. Точность – степень приближения готового изделия или детали к требованиям чертежа. Качество – степень соответствия изготавливаемого изделия требованиям заказчика, потребителя. Недооценка необходимости опережающего развития станкостроения ведет к снижению производительности труда, несоответствия качеству, дефициту рабочей силы, низким темпам обновления продукции и высокой стоимости. Генеральной тенденцией развития машиностроения является его автоматизация на базе станков с ЧПУ(числовое программное управление). Следующий принцип позволяет снизить потери производительности за счет сокращения вспомогательного времени – применения групповой технологии. Значительная часть металлорежущего оборудования находится в ремонтно-механических подразделениях машиностроения – это универсальное оборудования, а поэтому используется неэффективно в отношении рабочего времени и технологических возможностей. Факторы, снижающие трудоемкость обработки:
Направления кафедры:
Факторы, повышающие трудоемкость обработки:
Трудоемкость механической обработки в общем объеме трудоемкости снижается на 3-5% при комплексной оценке различных факторов, что приводит к снижению объема трудоемкости до 47%. Использование обработки давлением для производства заготовок значительно снижает трудоемкость механической обработки. Все многообразие потребительских свойств технологического оборудования сводится к основным:
Эффективность ТО в условиях высокой стоимости может обеспечиваться интенсивной эксплуатацией с максимальным использованием фонда рабочего времени. Увеличение производительности оценивается сокращением штучного времени  , при этом  . Сокращение основного времени возможно за счет повышения параметров режимов резания. Автоматизация ТО позволяет сокращать вспомогательное время и время обслуживания(применение ЧПУ) от 2-4 раз. В связи с необходимостью повышения производительности сокращается расчетная стойкость инструмента, поскольку стоимость инструмента (станкоминуты) на порядок выше стоимости 1 минуты работы инструмента, то стойкость инструмента снижается до 5-10 минут. На сегодняшний день опережающими темпами развиваются возможности инструмента. Вопросы автоматизации, контроля позволяют сокращать вспомогательное время. Системы контроля могут быть оперативными и пассивными. При определении точности ТО руководствуются стандартами ISO(у нас ГОСТ 25443-82Е) и (ГОСТ 8-82Е, ГОСТ 22267-76, ГОСТ 27843-88). Методы повышения точности:
Переналаживаемость оборудования заключается в возможности переналадки на изготовление различных изделий с целью расширения номенклатуры изделий. Методы повышения переналаживаемости:
Методы повышения надежности:
Наиболее эффективно комплексное применение автоматизации ТО.В условиях массового производства широко применяются автоматические, роторные и роторноконвеерные линии, на которых производительность в 4-0 раз выше чем просто на автоматических линиях.
При сохранении мощности можно изменять частоту вращения. Основным способом регулирования является изменение подаваемого напряжения. Позволяет полностью отказаться от механических коробок и выполнить шпиндельную группу в виде отдельного унифицированного узла. Сами мотор-шпиндели могут выпускаться с планетарным редуктором или через ременную передачу. Приводы главного движения по блочному методу осуществляют ведущие производители QUASER, WEISSER, OKUMA, SIEMENS. 4. Основные направления совершенствования конструкции станков, их элементов в курсовом и дипломном проектировании. Совершенствование ТО осуществляется за счет повышения структуры вследствие оснащения высокопроизводительного и прецезионного оборудования. Гибкая автоматическая станочная система состоит:
Основные направления:
Основные направления совершенствования конструкций:
Основные этапы курсового проекта:
Электродвигатели постоянного тока Это электродвигатели с проверенным возбуждением и применяются в тяжелых станках. Регулирование частот вращения осуществляется 3 способами:
Торможение теми же способами, что и асинхронных, но наиболее распространенный электродинамический 16. Вариатор Вариатор – механическая фрикционная передача. При небольшом диапазоне регулирования частот вращения применяются механические вариаторы. Для расширения диапазона регулирования их встраивают в механические коробки.  Чтобы ряд часто вращения в пределах nmin, nmax был непрерывен, коробка должна иметь ряд передаточных отношений, чтобы обеспечить бесступенчатый ряд  ;  ; При  , при  .Для компенсации потерь на трение и проскальзывание  , к<1 тем самым обеспечивается небольшое перекрытие диапазона.5. Привода движения ТО Требования к приводам ТО:
Классификация приводов: а) по виду используемой энергии:
б) по выполняемым движениям:
в) по способу регулирования:
г) по способу встраивания исполнительного звена:
Структура привода:  М – мотор или источник движения Р – редуктор КС – коробка скоростей Ш Г – шпиндельная группа СУ – система управления ТГ – тахогенератор Д – датчик, который контролирует положение исполнительного звена Ряды частот вращения В коробках передач наиболее целесообразно применять геометрический ряд частот вращений, что было впервые обосновано в 1876 году русским академиком Годолиным в работе «Теория устройства перемены скоростей рабочего движения в токарных и сверлильных станках». Расположение подач по закону геометрической прогрессии предположил в 1937 году профессор Каширин, руководствуясь наилучшими условиями использования режущих свойств инструмента.       Величины φ, С, Д являются основными параметрами геометрического ряда.  Перепад показывает возможный процент потери скорости резания по отношению к требуемой, вследствие ступенчатого регулирования. Использование геометрического ряда удобно тем, что обеспечивается постоянный перепад скоростей и на его основе можно проектировать сложные коробки скоростей, состоящие из двухвенцовых передач. Если ряд построен по арифметической прогрессии, то данный ряд не может обеспечить арифметический ряд на шпинделе. У всех коробок ступенчатого регулирования частоты вращения, построенных на геометрическом ряду, их значения регламентированы. Нормализация рядов частот вращения упрощает кинематический расчет при проектировании коробки и облегчает условия эксплуатации при модернизации и способствует проведению нормализации и унификации узлов. 10.Знаменатель геометрического ряда В основу выбора стандартных значений знаменателя положены следующие принципы:
 ,  ,  Х= 5 10 20 40 У= 1,58 1,28 1,12 1,06
 ,  ,  ,  ,  ,  ,  В качестве основного ряда принят ряд с  . Знаменатель остальных рядов получается возведением основного ряда в степень n -для автоматов и  - основные для универсальных станковЕсли в станке применяются сменные зубчатые колеса, то   и  - время рабочего хода меньше чем время холостого ходаВ приводах можно применять и два значения  . В средней части диапазона с меньшим , у крайней части – с большим.Нормаль станкостроения регламентируют  . Желательно чтобы С=произведению 2;3.  С=2,4,3,6,8,9,12,16,18,24,27,32,36 Число ступеней зависит от специализации станка. Для определения промежуточных значений частот вращения должны быть известны предельные значения  и , с, . После определения всех значений частот вращения они округляются до ближайшего стандартного.13. Передаточное отношение, их распределение, а также частот вращения всех валов привода могут быть выражены в форме степеней знаменателя ряда ϕ. Кинематические связи привода удобно изображать графически на логарифмических шкалах с постоянными интервалами между соседними точками, равными lgϕ. Структурная сетка отображается уравнением в виде графика. Для этого проводят ряд параллельных горизонтальных и вертикальных прямых с интервалом lgϕ и количеством этих линий, равным С. Перпендикулярно проведённым линиям на одинаковое расстояние проводят линии, равные числу валов. Для каждой группы передач отводят поле между двумя линиями, обозначают валы в порядке конструктивного расположения группы. Структурная сетка содержит значения: число ступеней в каждой группе, порядок расположения групп, порядок кинематического расположения групп, диапазон регулирования каждой группы, частоты вращения всех валов. Все кинематические отношения в структурной сетке выражаются через степени знаменателя. Структурная сетка показывает относительные связи между передаточным отношением групповых передач, но не указывает этих значений. На графике частот вращения указывают конкретное значение частот вращения всех ступеней привода и всех валов. Передаточное число отображается в виде ϕm, где m – число интервалов между горизонталями, перекрывающимися лучами. Если частоты наносятся наносятся в порядке возрастания, то для повышающей передачи u больше 1, а m больше 0 и луч направлен вверх (всегда считают от ведущего к ведомому). Для замедляющей передачи (понижающей) u меньше1, а m меньше 0 и луч направлен вниз. Для паразитной передачи u=1, m=0 и луч направлен горизонтально. График частот вращения содержит ту же информацию, что и структурная сетка, а также одиночные передачи для конструктивного решения. их располагают среди групп, передаточное отношение всех ступеней, частоты вращения всех валов. Преимущества графо-аналитического метода: содержит структурную формулу кинематической связи и расчётные величины, выраженные через ϕ. Аналитический метод применяется для исследования приводов, предварительного расчёта и проработки. 11.Основные кинем-кие завис-ти для привода гл. дв-я. Кинем-я цепь ступеней частот вращ-я привода гл. дв-я при ступенчатом регулировании должна обеспечивать градацию частоту по геометрическому ряду с принятым ϕ(фи) и заданные предельные частоты: nmin=n1;nmax= nпред. Для этого проводится кинем-кий расчет, т.е. определение всех частот вращения. При настройке частот при помощи 1ой группы передач,переключением ступеней одной группы передач между 2мя валами можно создать любой ряд частот вращения, надо подобрать соотв-щий ряд передаточных отношений. А для настройки при помощи последовательно соединенных групп с постоянным фи возможно только по геометрич.ряду. Такой способ настройки позволяет:1.увеличивать число ступеней частот вращения шпинделя.2.увеличивать диапазон регулировки привода. 3.уменьшать число передач необходимых для настройки. Геометрич-й ряд обеспечивает конструктивное упрощение,экономичность, является основным для станкостроения. На ряду с геометр.рядом имеет место гармоничность,логорифмы, дифференциалы. Гармонический ряд можно обеспечить если в основу его построения положить условие постоянства величины интервала диаметра заготовок обрабатываемого со скоростями близкими к оптимальным, при этом ᴧd=dmax-dmin=(60000V/πr)*(1/nmax-1/nmin)=const.где 1/nmax-1/nmin=С=const.V-скорость(м/с),n-мин-1 Логарифмический ряд-это ряд в котором интервалы диаметров заготовок, обрабатываемых со скоростями резания близкими к оптимальным ᴧd=2z*dp, где z-коэф. положения, задавшись которым необходимо через число ступеней с данного ряда, получить требуемые значения частоты вращения шпинделя. Дифференцируемый ряд-это ряд в котором частоты вращения располагаются на геометрическом ряду с добавлением n. n=kϕc-1+m, ϕc-1- ϕ1/2(Д-1)-Д=0.Д=np/n1, ϕ1/2=m/k, n1=k+m. Данный ряд легко воспроизвести в любой многовалловой коробке, построенной по геометрическому ряду, при помощи добавления дифференцируемого мех-ма.Основные завис-ти: 1.изменение ступеней частот вращения:при настройке последовательно включенных передач с кол-вом включенных числом ступеней С1,С2,С3…СР общее число ступеней С=С1*С2*С3*…* СР . 2.Диапазон регулирования привода: Umax= U1max* U2max*… Upmax, Umin= U1min* U1min* Upmin. Д=nmax/nmin= Umax/ Umin=Д1*Д2*Др=Т*Д. 3.Характеристика группы передач: Первая группа называется основной и явл-ся множительной для совокупностей одиночных передач, обеспечивающих Ск=1 и соответственно х1=Ск=1.Это означает что характеристика=1. Следующая за первой группа ступеней наз-ся первой перебороной.Для нее Ск=С1, Х2=С1 при этом кол-во ступеней в основной группе. Третья группа наз-ся второй переборной для нее Ск=С2 ,Х3=С1*С2. С2-число ступеней первой переборной группы. Формула структуры привода: С=С1(Х1=1)*С2(Х2=С1)*С3(Х3=С1*С2)*…*СР(Хр=С1*С2*…*Ср). 12. Для кинематического расчета инструмента необходимо иметь ряд частот вращений шпинделя n, с определенным знаменателем ϕ, числом ступеней С, nmin=n1, nmax=np. Получают формулу структуры привода, кол-во одиночных передач необходимых для компоновки всего привода; строится кинематическая схема привода, применительно к которой производится расчет: 1)нормальное передаточное отношение обеспечивается если используется стандартизованные частоты вращения Н11-1. Все нормальные частоты содержатся в ряде частот ϕ=1,06. 2)предельное передаточное отношение. Во избежание чрезмерно больших диаметров ведомых зубчатых колес ,принято ограничивать передаточные отношения Uminпред=1/4, Umaxпред=2. Для прямозубого зацепления=2, для косозубого зацепления=2,5. Для станков с приводом с гибкой связью от электродвигателя Umaxпред=4/1.Для коробок подач допускает 1/5≤U≤2.8/1.Если необходимо, чтобы предельное передаточное отношение и соответствующий предельный диапазон был больше в пределах от 10 до 12, применяются переборные устройства с последующим включением понижающих передач. Передаточное отношение передач в привода определятся:1)по формуле структуры привода определяются характеристики групп;2)по уравнению настройки для каждой группы передач определяют относительную связь между передаточными отношениями, групповых передач необходимую для распределения частот вращения по геометрическому ряду;3)определяют минимальное передаточное отношение Umin=n1/nэ=1/ϕq. q определяется по таблицам согласно нормам Н11-1;4)учитывая предельные значения, намечают передаточные отношения одиночных передач и минимальное отношение групповых передач так, чтобы в произведении получилось Umin всего привода. Для этого передаточные отношения, равные UН=ϕ-+Е так, чтобы алгебраическая сумма Е значений в каждой группе была равна q;5)получив значение U1=Umin для всех групповых передач определяют значение U для остальных передач каждой группы при помощи уравнений настройки. 17. Множительные структуры с частичным перекрытием ступеней частот вращений В обычных множительных структурах х0=1; х1=С1; х2=С1∙С2. При этом иногда диапазон регулирования последней переборной группы оказывается больше допустимого расчетного Д≤8. Для его уменьшения можно подкорректировать структуру. Создав частичное перекрытие ступеней за счет уменьшения общего диапазона регулирования, уменьшается диапазон последней переборной группы. Сn=Хn(Сp-1); C=C-Cn= C-Хn(Сp-1); Хр=Хр- Хn/(Сp-1). Д уменьшается в ϕх0(Ср-1) раз. Чтобы не вводить в структуру переборное устройство, Др≤Дпред= Umax пред/ Umin пред=8…10. ϕ=1,26; Дпред=82/ϕ=64/1,26=50. Применение в станках широкого назначения инструментов с различными режущими свойствами требуют увеличения диапазона регулирования привода в 2-4 раза выше предельного. Для уменьшения диапазона регулирования последней переборной группы применяют:
Перекрытие может быть достигнуто:
Для получения большого числа ступеней при ϕ=1,26 общее число передач в группах увеличивают на 4-5 передач.  18. Привода с выпадением частот вращений При уменьшении характеристики не последней переборной группы, а другой, будет наблюдаться совпадение частот вращений. На ведомом валу данной группы будет наблюдаться перекрытие частот вращений, а выпадение – на последнем.   Если искусственно увеличить характеристику основной группы, то произойдет выпадение частот вращений по концам интервала регулирования всего привода. В данном случае получается привод с двумя ϕ. Структура с выпадением частот вращения по середине диапазона практического применения не находит, так как оборудование используется в средней части диапазона. по концам диапазона используется чаще. Структура с выпадением частот вращения. Такая структура называется ломанным геометрическим рядом. 19.Структуры с ломанным геометрическим рядом Академик Годолин предложил значения частот вращения располагать в геометрической прогрессии исходя из равных условий работы на всех ступенях в пределах всего диапазона работы. Чтобы сориентировать работу шпинделя на обработку средних диаметров заготовок нужно использовать другое оборудование с ломанным геометрическим рядом со знаменателем ϕ для средней части диапазона. Для крайних значений частот это позволяло уменьшить число частот вращений и число передач в коробке по сравнению с нормальной равномерной. Достигается увеличение диапазона привода, упрощаются коробки передач, сохраняются неизменными Umax пред и Umin пред и нет необходимости вводить переборное устройство. 20. Сложенная структура привода Она образуется как сумма 2-х приводов, один из которых предназначен для высоких, а другой – для низких частот вращений. Сложенную структуру получают из 2-х и более соединенных структур с последовательным включением групповыми передачами. Одна из них называется основной, другие – дополнительными. Основная участвует в передачах всех ступеней, а каждая дополнительная – для своей части. С=СО(С`+С``) С` – число ступеней высокоскоростной части С`` – число ступеней тихоходной части    Основная структура привода обеспечивает 6 ступеней, дополнительная – 4, а сложенная – 30. Преимущества сложенного привода:
|
. Если выбран ряд с 
, то все остальные ряды получаются, если выбрать члены ряда через один
и желаем получить член 
увеличивается в 10 раз.
в 2 раза больше данного. Это удобно для построения таблиц и применения коробок скоростей с двумя скоростями.