Описание конструкции системы управления и принцип работы проектируемого узла

Проектируемый привод подачи выбранного станка-прототипа содержит асинхронный двигатель, поликлиновую ременную передачу. Привод продольного перемещения суппорта состоит из двигателя, зубчатых колес и шариковой пары винт — гайка. Высокомоментный двигатель постоянного тока с широким регулированием частоты вращения обеспечивает диапазон рабочих подач суппорта до 2000 мм/мин и скорость быстрых перемещений его 6000 мм/мин.

Расчет и обоснование основных технических характеристик проектируемого узла

Находим знаменатель геометрического ряда при помощи предельного значения подач и шагов нарезания резьб:

где z – число скоростей вращения;

S_max/S_min – предельное значение подач и шагов нарезаемых резьб.

В результате подставления данных в формулу получаем значение знаменателяя геометрического ряда:

=1,41

Определяем минимальные частоты вращения шпинделя для каждого из поддиапазонов регулирования:

Описание кинематической схемы проектируемого узла

Приводы подач СБ 5582 в продольном и поперечных направлениях осуществляются соответсвтенно от двигателей постоянного тока М2 и М3 через одноступенчатые передачи и винт-гайки качения. На ходовых винтах 7,8 установлены измерительные фотоимпульсные датчики обратной связи.

Продольная подача каретки осуществляется от шагового электрогидравлического привода (шаговый электродвигатель – гидроусилитель) через передачу 50/50 и ходовой винт с P = 10 мм шариковой винтовой пары.

Поперечная подача суппорта с поворотной резцедержавкой осуществляется аналогично от шагового электрогидравлического привода через зубчатые колеса 40/40 и ходовой винт с P = 5 мм шариковой винтовой пары.

Рис. Кинематическая схема станка СБ5582 и передачи винт-гайка качения.

Расчет передач, устройств и механизмов привода станка

Предварительный расчет привода продольной подачи

Передача «винт—гайка качения» (ВГК) обладает свойствами, по­зволяющими применять ее как в приводах подач без отсчета перемеще­ний (универсальных станков, силовых столов агрегатных станков), так и в приводах подач и позиционирования станков с ЧПУ. Механизмы ВГК также используют в приводах подач столов, суппортов, траверс почти всех станков.

Для передачи характерны высокий КПД (0,8...0,9), небольшое раз­личие между силами трения движения и покоя, незначительное влияние частоты вращения винта на силу трения в механизме, полное отсут­ствие осевого зазора. Недостатками являются высокая стоимость, пониженное демпфирование, отсутствие самоторможения.

В соответствии с DIN 69 051, часть 1, шарико-винтовой привод опре­деляется как винтовой приводной механизм с шариками, работающими в режиме качения. Он предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот.

Критерии выбора шарико-винтовых приводов.

Для расчета шарико-винтового привода существенны следующие исходные данные:

-требования к точности (отклонения хода);

- нагрузка;

-ресурс;

-предельная скорость вращения;

- продольная устойчивость;

- жесткость / люфт;

-коэффициент скорости вращения.

Чтобы получить конструктивно и экономически оптимальное реше­ние, необходимо учитывать следующее:

- шаг является решающим фактором для допустимой нагрузки (определяется также максимальным диаметром шариков);

- при расчете необходимо принимать не крайние, а средние зна­чения величины нагрузки и скорости вращения.

Выбор шарико-винтовой пары

Ресурс машины при длительности включения шарико-винтового привода 60% должен составлять 40 000 часов. При и вменяющихся режимах работы (переменные скорость вращения и нагрузка) ресурс рассчитывается на основе средних значений Fm и пт по формулам (1.1) и (1.2). Значения нагрузок для различных условий следующие:

холостой ход: F3 = 20 Н, q3 = 20%, n3 = 3 000 об / мин;

режим разгона: F4 = 3 770 Н, q4 = 10%, n4 = 3 000 об / мин.

Тяговая сила при движении на рабочем ходу: Q = 6 500 Н.

Начальная сила трения на одной грани То = 4...5 Н; тогда Qбх = 20 Н.

Тяговая сила при разгоне вычисляется по формуле (1.4).

Масса шпиндельной бабки т = 1500 кг.

Из формулы (1.5) находим ускорение.

Максимальная скорость быстрого хода, V = 30 ООО мм / мин.

Время изменения подачи от 0 до максимума, t - 0,2 с.

Qразг=4*5+1500+2,5=3770 Н

Среднюю скорость вращения nm расчитываем по формуле (1.2)

Среднюю нагрузку при переменных нагрузке и скорости вращения рассчитываем по формуле (1.1):

Найдем требуемый ресурс L по зависимости:

L=24000*900*60=13*107 об

Рассчитаем допустимую динамическую нагрузку С по формуле (1.6)

По полученным данным подбираем передачу «винт-гайка качения» фирмы “Rexroth” SEM-E-S 32 x lOR * 3.5-4, статическая грузоподъем­ность Со =58,ЗкН; динамическая грузоподъемность Са/И =31,7 кН. Фланцевая одинарная гайка.

Определение вращающего момента на ходовом винте Вращающий момент на валу определяется по формуле:

Коэффициент полезного действия винтовой передачи принимаем ηВ=10,8, тогда

Определение частоты вращения ходового винта при быстрых перемещениях

Частоту вращения ходового винта на быстром ходу п6 х определяем по формуле

Скорость быстрого хода суппорта V= 30 000 мм / мин.

Предварительный выбор электродвигателя

При повторно-кратковременном режиме двигатель выбирают с учетом продолжительности включения (ПВ), т. е. по моменту с по­мощью формулы:

Табли ца 1.2— Конфигурация двигателя 1FT5074-1AF71

Показатель	Значение
Статический момент М, Н • м	25,0
Максимальный момент М , Н • м	34,0
Момент инерции ротора (без тормоза) J, 1(Г* кг • м2	36,7
Максимальная частота вращения, мин'1	3 000,0
Мощность, кВт	5,7

Исходя из вышеприведенных расчетов, подбираем синхронный сер­водвигатель фирмы “Siemens” серии 1FT5074-1AF71. Основные пара­метры этого двигателя приведены в таблице 1.2.