Расчет мощности и выбор приводного двигателя токарного станка

На рисунке 2.1 приведён эскиз обработки детали.

Рисунок 2.1

Эскиз обработки детали

Для расчета мощности приводного двигателя необходимо в начале произвести расчет технологических усилий.

На позиции шпинделя выполняются следующие операции:

1. Загрузка заготовки;

2. Продольное точение: t=4 мм, L=80 мм, S=0,6 мм ^-1

3. Подрезка торца: t=2 мм, S=0,8 мм ^-1

4. Сверление: d=10 мм, L=35 мм, S=0,30 мм ^-1

5. Прорезание канавки: t=10 мм, S=0,2 мм^-1

6. Отрезание: t=5 мм, S=0,14 мм ^-1, материал детали - сталь конструктивная.

Произведем расчет технологических условий для второй операции - продольное точение.

Определяем скорость резания V_z, м·мин^-1[3,c.68-70]

(2.1.)

где C_ν - постоянная скорости резания;

Т – среднее значение стойкости инструмента при обработке, мин;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм·об^-1;

k_ν – общий поправочный коэффициент;

m, х, у – показатели степени, зависящие от вида обработки и материала.

Определяем скорость резания для второй операции – продольное точение, при S=0,6 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=4мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для третей операции – подрезка торца, при S=0,8 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=2мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

Определяем скорость резания для четвёртой операции – сверление, при S=0,30 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=4 мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

=

Определяем скорость резания для пятой операции – прорезание канавки, при S=0,2 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=10 мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

=

Определяем скорость резания для шестой операции – отрезание, при S=0,14 мм^-1; k_ν=1; Т=60 мин; t=5 мм; C_ν=292; х=0,15; у=0,2; m=0,2.

=

Определяем частоту вращения шпинделя n, об/мин [3,c.56-57]

(2.2)

где D - диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм.

V_z – скорость резания, м·мин^-1.

Определяем частоту вращения шпинделя для второй операции – продольное точение, при V_z=115.827 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d2 =630 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для третей операции – подрезка торца, при V_z=121,313 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d3 =630 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для четвёртой операции - сверление, при V_z=133,09 м·мин^-1; D=10 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d4 =4000 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для пятой операции – прорезание канавки, при V_z=125,7 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d5 =800 об/мин [3,с.422].

Определяем частоту вращения шпинделя для шестой операции – отрезание, при V_z=149,82 м·мин^-1; D=55 мм.

По таблице скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n_d=810 об/мин [3,с.422].

Определяем действительную скорость резания, м·мин^-1

(2.3)

где D - диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм;

n_d – частота вращения шпинделя, мин^-1.

Определяем действительную скорость резания для второй операции – продольное точение, при D=55 мм; n_d=630 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для третей операции – подрезка торца, при D=55 мм; n_d=630 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для четвёртой операции – сверление, при D=10 мм; n_d=4000 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для пятой операции – прорезание канавки, при D=55 мм; n_d=800 мин^-1

Определяем действительную скорость резания для шестой операции – отрезание, при D=55 мм; n_d=810 мин^-1

Определяем усилие резания F_z, Н по

(2.4)

где C_δ – коэффициент, учитывающий вид обработки и материал при точении;

k _δ – поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

х, у, n – показатели степени, зависящие от вида обработки.

Определяем усилие резания для второй операции – продольное точение, при S=0,6 мм^-1; t=4 мм; V_z.d=108,801 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75;n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для третей операции – подрезка торца, при S=0,8 мм^-1; t=2 мм; V_z.d=108,801 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75;

n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для четвёртой операции – сверление, при S=0,3 мм^-1; t=4мм; V_z.d=125,6 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для пятой операции – прорезание канавки, при S=0,2 мм^-1; t=10мм; V_z.d=138,16 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Н

Определяем усилие резания для шестой операции – отрезание, при S=0,14 мм^-1; t=5мм; V_z.d=139,887 м·мин^-1; k_δ=0,8; C_δ=330; х=1; у=0,75; n=-0,15

Н

Определяем мощность резания P_z, кВт [3,c.61-62] по

(2.5)

где F_z – усилие резания, Н;

V_z.d. – действительная скорость резания, м·мин^-1.

Определяем мощность резания для второй операции – продольное точение, при F_z=3562,726 Н; V_z.d=108,801 м·мин^-1

Определяем мощность резания для третей операции – подрезка торца, при F_z=2210,327 Н; V_z.d=108,801 м·мин^-1

Определяем мощность резания для четвёртой операции – сверление, при F_z=2073,273 Н; V_z.d=125,6 м·мин^-1

Определяем мощность резания для пятой операции – прорезание канавки, при F_z=3769,807 Н; V_z.d=138,16 м·мин^-1

Определяем мощность резания для шестой операции – отрезание, при F_z=1439,804 Н; V_z.d=139,887 м·мин^-1

Определяем технологическое время обработки Т_м, мин по

(2.6)

где L – длина рабочего хода резца, мм;

n_d – ближайшая частота вращения шпинделя.

Определяем технологическое время обработки для второй операции – продольное точение, при L=80 мм; n_d=630 м·мин^-1; S=0,6 мм

Определяем технологическое время обработки для третей операции – подрезка торца, при L=80 мм; n_d=630 м·мин^-1; S=0,8 мм

Определяем технологическое время обработки для четвёртой операции – сверление, при L=35 мм; n_d=4000 м·мин^-1; S=0,3 мм

Определяем технологическое время обработки для пятой операции – прорезание канавки, при L=80 мм; n_d=800 м·мин^-1; S=0,2 мм

Определяем технологическое время обработки для шестой операции – отрезание, при L=80 мм; n_d=810 м·мин^-1; S=0,14 мм

Данные расчетов по всем операциям сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Данные расчёта технологических усилий

№ операции	Vz, м·мин^-1	n, мин^-1	Vz.d., м·мин^-1	Fz,H (Мкр, Н·м)	Рz, кВт	Тм, мин.
Первая операция	-	-	-	-	-	-
Вторая операция	115,827	670,683	108,801	3562,726	6,46	0,212
Третья операция	121,313	702,449	108,801	2210,327	4,008	0,159
Четвертая операция	133,09	4238,535	125,6	2073,273	4,34	0,029
Пятая операция	125,7	727,852	138,16	3769,807	8,681	0, 5
Шестая операция	149,82	867,516	139,887	1439,804	3,357	0,705

Зная мощность резания Р_z и технологическое время обработки Тм на каждой операции, можно определить эквивалентную мощность резания Р_{z экв.}, за цикл обработки приведенную к наиболее длительной операции.

(2.8)

где Р_z2 - Р_z6 - мощность резания на каждой операции соответственно, кВт;

Т₂ – Т₆ - технологическое время обработки на каждой операции соответственно, мин.

Т_наиб – наибольшее время обработки, мин.

При Р_z2=6,46 кВт; Р_z3=4,008 кВт; Р_z4=4,34кВт; Р_z5=8,681 кВт; Р_z6=3,357кВт; Т_М2=0,212 мин; Т_М3=0,159 мин; Т_М4=0,029 мин;Т_М5=0,55 мин; Т_М6=0,705 мин получим:

Рассчитываем мощность двигателя главного привода Р_дв, кВт

(2.9)

где P_z.экв.- эквивалентная мощность резания,кВт;

η_ст – КПД станка.

При Р_{z экв}=9,037 кВт; η_ст=0,92

Выбираем двигатель AИP132-M4 из таблицы [4,c.110], данные которого заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Данные выбранного главного двигателя

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
АИР132-М4			0,85	88,5	7,5	2,9	22,222

Расчет двигателей для вспомогательных приводов производим аналогично главному приводу.

Таблица 2.3 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М₂

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
АИР71В4	0,75		0,76				2,05

Таблица 2.4 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М₃

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
АИР80А4	1,1		0,81		5,5	2,2	2,76

Таблица 2.5 – Данные выбранного вспомогательного двигателя М₄

Тип	Pном, кВт	nном, об/мин	cos φ	ŋ,%	Iпуск / Iном	λ	Iном, А
4А71В4У3	0,75		0,73		4,5	2,2	2,168

Определяем максимальную мощность резания Р_z макс., кВт

(2.10)

где ∑Р_z - сумма мощностей резания на каждой операции, кВт.

При Р_z2=6,46 кВт; Р_z3=4,008 кВт; Р_z4=4,34 кВт; Р_z5=8,681 кВт; Р_z6=3,357кВт:

Р_z.макс=6,46+4,008+4,34+8,681+3,357=26,846кВт

2.5 Проверка выбранных электродвигателей

Проверим выбранный двигатель для главного привода по перегрузочной способности. Двигатель удовлетворяет условию перегрузки, если выполняется следующее условие

, (2.11)

где М_макс – максимальный момент нагрузки, Н·м

0,8– коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей возможное снижение напряжения на 10%;

λ – перегрузочная способность выбранного двигателя;

М_ном –номинальный момент двигателя, Н·м

Определяем максимальный момент двигателя M_макс, Н·м

(2.12)

где P_дв.- мощность двигателя главного привода, кВт;

n_{дв.расч.}- расчетная частота вращения двигателя, мин^-1.

При P_дв =9,823 кВт; n_{дв.расч.}=1500 об/мин; η_ст=0,92

Определяем номинальный момент двигателя М_ном, кВт

М_ном= (2.13)

где P_ном- номинальная мощность выбранного двигателя, кВт;

n_ном- номинальная частота вращения выбранного двигателя, мин^-1.

При P_ном=11 кВт и n_ном=1500 об/мин

М_ном=

Проверяем условие (2.11)

0,8·2,5·70,033 67,978

162,477 67,978

Так как это условие выполняется, то двигатель АИР132-M4 принимаем к установке для главного привода.

Аналогично проверяем двигатели, выбранные для вспомогательных приводов.

Произведем проверку двигателя М₂:

Проверяем условие (2.11)

0,8·2,5·4,775 5,19

8,404 5,19

Так как это условие выполняется, то двигатель АИР71В4 принимаем к установке для вспомогательного привода.

Произведем проверку двигателя М₃:

Проверяем условие (2.11)

0,8·2,5·7,003 7,612

12,325 7,612

Так как это условие выполняется, то двигатель АИР80А4 принимаем к установке для вспомогательного привода.

Произведем проверку двигателя М₄:

Проверяем условие (2.11)

0,8·2,5·5,153 5,601

9,069 5,601

Так как это условие выполняется, то двигатель 4А71В4У3 принимаем к установке для вспомогательного привода.

Так как все выбранные двигатели удовлетворяют условию перегрузки, то принимаем их к установке для вспомогательных приводов.

3 Описание принципиальной электрической схемы

Привод шпинделя и рабочей подачи суппорта осуществлён от Ак.з.Д. Регулирование угловой скорости шпинделя производится переключением шестерён коробки скоростей с помощью рукояток, изменение продольной и поперечной подач суппорта – переключением шестерён коробки подач также посредством соответствующих рукояток. Для быстрых перемещений суппорта служит отдельный АД. Включение и выключение шпинделя станка, а также его реверсирование производится с помощью многодисковой фрикционной муфты, которая управляется двумя рукоятками. Включение механической подачи суппорта в любом направлении производится одной рукояткой.

На схеме представлена электрическая схема станка ИК-62. Кроме главного двигателя М1 и двигателя быстрых ходов М4 на схеме показаны: двигатель насоса охлаждения М2 и двигатель гидроагрегата М3, присоединяемый через электрический разъединитель (штепсельный разъём) ШР в случае применения на станке гидрокопировального устройства.

Напряжение на станок подаётся включением пакетного выключателя SA1. Цепь управления получает питание через разъединительный трансформатор TV с вторичным напряжением 110В, что повышает надёжность работы аппаратов управления. Такое питание цепей управления характерно вообще для большинства электрических схем металлорежущих станков.

Пуск двигателя М1 производится нажатием кнопки SB1, при этом включается контактор KM1 и главными контактами присоединяет статор двигателя к сети, а вспомогательными контактами шунтирует пусковую кнопку. Одновременно пускаются двигатели насоса охлаждения (если включён пакетный выключатель SA2) и гидроагрегата. Включение шпинделя производится поворотом вверх рукоятки управления фрикционной муфтой. При повороте этой рукоятки в среднее положение шпиндель станка отключается; одновременно нажимается путевой переключатель SA и включается пневматическое реле времени KT. Если пауза в работе превышает 3-8 мин, то контакт реле KT размыкается и контактор KM1 теряет питание. Главный двигатель отключается от сети и останавливается, что ограничивает его работу вхолостую с низким значением cos f и уменьшает потери энергии. Если пауза мала, то реле KT не успевает сработать и отключение двигателя шпинделя не произойдёт.

Для управления быстрым перемещением суппорта служит рукоятка на фартуке станка. При повороте этой рукоятки она нажимает на переключатель ВБХ, его контакт замыкает цепь катушки контактора КБХ, который включает двигатель М4. Возврат рукоятки в среднее положение приводит к отключению двигателя М4.

Станок имеет местное освещение. Питание лампы EL производится напряжением 36В от отдельной обмотки трансформатора TV. В цепи лампы находятся предохранитель FU4 и выключатель SA3. Иногда один из выводов обмотки трансформатора НН TV присоединяют к газовой трубке, в которой проложен второй провод, питающий лампу. В качестве одного из проводов вторичной цепи местного освещения при напряжении 12 и 36В обычно используют станину станка.

Схемой управления предусмотрены: защита двигателей М1-М2 от длительных перегрузок тепловыми реле KK1, KK2 и KK3, от к.з. соответствующими плавкими предохранителями. При кратковременных перегрузках, возникающих на шпинделе, происходит проскальзывание фрикционной муфты, и приводной двигатель отсоединяется от входного вала коробки скоростей станка. Для быстрой остановки шпинделя станка служит установленный в передней бабке механический тормоз [2,c.244-247].

Дата добавления: 2015-08-21