Параметр
|
Порядковый
номер операции
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
Оптимальная
скорость резания V0i, м/мин
|
208,37
|
21,05
|
19,54
|
42,92
|
37,3
|
25,13
|
Обороты
шпинделя ni, об/мин
|
331,8
|
209,5
|
138,3
|
546,8
|
339,5
|
1334,2
|
Минутная
подача Si, мм/мин
|
1626
|
37,7
|
33,2
|
136,7
|
142,6
|
333,5
|
Момент
резания Mi, Н·м
|
847,78
|
1261
|
60,57
|
149,4
|
71,68
|
9,93
|
Усилие
подачи Fi, Н
|
-
|
-
|
-
|
512,5
|
-
|
289,6
|
Окружное
усилие Fi, Н
|
-
|
-
|
-
|
-
|
4095,9
|
-
|
Мощность
резания
Pi, кВт
|
29,44
|
27,7
|
0,88
|
8,55
|
2,54
|
1,38
|
|
|
|
|
|
|
|
Построение
технологических диаграмм
Диапазон регулирования при Р = const:
Dp
=
nmax
/n0
=
1334,2/195,3 = 6,83
n0
= n1
= 331,8об/мин.
Минимальная скорость nmin
= 0,1·n0
= 33,18об/мин. При этом Рmin
= 0,1·Р1 = 2,94 кВт. Технологические диаграммы нагрузки Pi
= f(ni)
и Mi = f(ni)
представлены соответственно на рис. 2 и рис. 3.
Рис. 2. Технологическая диаграмма нагрузки Pi
= f(ni)
Рис. 3. Технологическая диаграмма нагрузки Mi
= f(ni)
Построение
нагрузочных диаграмм
Для построения нагрузочных диаграмм рассчитаем
время всех технологических операций.
Торцевое
фрезерование (операция 1)
Время прохода при фрезеровании:
Число проходов:
Суммарное время первой операции:
Время перехода:
где Sбх = 12 м/мин
- скорость быстрого хода.
Концевое
фрезерование (операция 2)
Время прохода при фрезеровании:
где Lп21 = L - 4∙a = 2 -
4·0,064 = 1,744 м;
Lп22 = В - 2∙a = 1,4 -
2·0,064 = 1,272 м.
Число проходов m21 = 6; m22 = 4; m2 = m21 + m22 = 10 .
Суммарное время второй операции:
Время перехода:
Концевое
фрезерование (операция 3)
Время прохода при фрезеровании:
Число проходов m3 = 6.
Суммарное время третьей операции:
Время перехода:
Сверление (операция
4)
Время прохода при сверлении:
Число отверстий m4
= 4.
Суммарное время четвертой операции:
Суммарное время перехода:
где ΣLпер4 = 2∙(L-a)+2·(B-2∙a) = 2∙(2-0,064)+2·(1,4-2∙0,064)
= 6,41 м.
Точение (операция
5)
Время прохода при точении:
Число отверстий m5 = 4.
Суммарное время пятой операции:
Суммарное время перехода:
Сверление (операция
6)
Время прохода при сверлении:
Число отверстий m6 = 10.
Суммарное время шестой операции:
Суммарное время перехода:
где ΣLпер6
= 2∙(L-4·a)+2·(B-a) = 2∙(2-4·0,064)+2·(1,4-0,064) =6,16 м.
Примем, что время смены инструмента
одинаково для всех операций:
Время смены детали:
Время производственного цикла изготовления
одной детали:
;
Нагрузочные диаграммы представлены
на рис.4 и 5.
Рис. 4. Нагрузочная диаграмма первой операции
Рис. 5. Нагрузочная диаграмма производственного
цикла изготовления детали
Выбор мощности главного
электродвигателя и проверка его по нагреву
Так как , то
номинальная мощность электродвигателя выбирается для продолжительного режима:
,
Выбираем асинхронный двигатель с
короткозамкнутым ротором 4А200L6У3
с номинальной мощностью Рн = 30 кВт, синхронной частотой вращения n0=1000
об/мин, номинальной частотой вращения nн
= 979 об/мин и моментом инерции ротора Jд
= 0,45 кг·м2. Циклограмма M(t)
изображена на рис.6. Проверим двигатель по нагреву методом эквивалентного
момента:
;
Рис. 6. Циклограммы M(t) и n(t)
Номинальный момент:
Так как , то
необходимо использовать понижающий редуктор. Передаточное число редуктора:
Принимаем ближайшее из стандартного ряда
значение i = 3,55.
Выбираем в качестве источника питания для
главного двигателя преобразователь частоты MITSUBISHI
FR-F740-00620-EC
с номинальной мощностью Pнпр
= 30 кВт, так как данный преобразователь обеспечивает широкие регулировочные
возможности, что необходимо для главного электропривода универсального
фрезерно-сверлильно-расточного станка, имеющего различные скорости вращения
обрабатывающего инструмента.
Расчет параметров механики главного
привода. Расчет ведущего и ведомого вала редуктора
Чертеж одноступенчатого редуктора шпиндельного
узла изображен на рис. 7.
Рис. 7. Чертеж одноступенчатого редуктора
шпиндельного узла:
I, II
- валы; III, IV - шестерни; V - соединительная муфта
Согласно варианту задания принимаем диаметр
шестерни D4
= 100 мм, жесткость соединительной муфты Cм
= 6·107 Н·м.
Диаметр ведомой шестерни:
D3
= D4·i
= 100·3,55 = 355 мм = 0,355 м,
где i
= 3,55 - передаточное число редуктора.
Диаметр ведущего вала:
где - требуемая жесткость ведущего
вала;= 81010
Н/м2 - модуль упругости.
Диаметр ведомого вала:
где - требуемая жесткость ведомого
вала.
Рассчитаем длины валов:
L1 = 0,4·D1 = 0,4·0,2 =
0,08 м;2 = 2,5·D3 = 2,5·0,355 = 0,89 м;3 =
0,4·D4 = 0,4·0,01 = 0,04 м;4 = L5 = 2·D3
= 2·0,36 = 0,72 м.
Расчет моментов инерции элементов,
приведенных к ведущему и ведомому валам
Момент инерции элемента:
где = 7800 кг/м3 - удельная
плотность стали.
Рассчитаем суммарную жесткость
передачи:
Определение
резонансной частоты редуктора
Во время выполнения операций
сверления, точения и фрезерования резонансная частота редуктора не достигается:
где - максимальная скорость, достигаемая
при выполнении операции сверления.
Следовательно, при работе главного
привода данного станка не возникают колебания, способные привести к порче
оборудования.
Выбор электродвигателя подачи
фрезерно-сверлильно-расточного станка. Исходные данные
Исходные данные для расчета представлены в
таблице 3.
Таблица 3. Исходные данные
Шаг
винта tв, мм/об
|
20
|
ηв
|
Скорость
быстрого хода Sбх, м/мин
|
12
|
Коэффициент
трения, μ
|
0,07
|
Расчет основных
параметров
Главная сила резания при фрезеровании
определяется по формуле:
где Ср = 825, x = 1; y = 0,75; q = 1,3;
w
= 0,2.
Наибольшее тяговое усилие ЭДП при
резании:
где - наибольшие усилия по координатам
x, y, z станка;
- вес стола с деталью, Н;
g = 9,81 м/с
- ускорение свободного падения;
b = 104
Н·с/м - коэффициент вязкого трения;
Масса детали mдет
приближенно рассчитывается по данным чертежа детали (рис.1):
Массу стола mст
определяем в соответствии с выбранными шириной Вст и длиной Lст стола:
Вст = 1,5 м; Lст = 2 м; 2Внапр
= 0,3 м; mст = 6,6 т.
Усиление подачи на быстром ходу:
Мощность ЭДП:
Мощность ЭДП выбираем из условия:
Выбираем асинхронный двигатель с
короткозамкнутым ротором 4А90L4У3
с номинальной мощностью Рн = 2,2 кВт, синхронной частотой вращения n0
= 1500 об/мин. Выбираем в качестве источника питания для электропривода подачи
преобразователь частоты MITSUBISHI
FR-F740-00052-EC
с номинальной мощностью Pнпр
= 2,2 кВт.
Номинальная скорость двигателя:
Угловая скорость винта:
В соответствии с выбранной
номинальной скоростью двигателя ωН, заданным
шагом винта tв и
полученной угловой скоростью винта ω2max определим
передаточное число редуктора:
Принимаем ближайшее из стандартного
ряда значение iп = 2,24.
1.1. Проверка на трогание с места
Усилие трогания:
где - коэффициент сухого трения при
подаче S=0;
SН =2Внапр·Lст = 7200 см2
- площадь направляющих.
Момент трогания на винте:
Момент трогания на ЭДП:
,
где λ ≈ 1,5
- коэффициент перегрузки ЭДП.
,
следовательно, электродвигатель
обеспечивает момент трогания.
Библиографический список
.Сандлер
А.С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. - М.: Высшая школа ,
1972.
.Елисеев
В.А., Шинянский А.В. Справочник по автоматизированному электроприводу. - М.:
Энергоатомиздат, 1983.
.Зайцев
В.С. Стандарты Липецкого государственного технического университета по
оформлению и нормоконтролю учебных отчетов, работ, проектов. - Липецк: ЛГТУ,
2002. С.32.