Нагрузка Эпр в типовых МРС

3.1 Условия нагрузки.

Технологические условия нагрузки характеризу­ются зависимостью мощности (N) и момента (М) нагрузки от ω вращения.

- главный привод ТКС требует регулирования ω почти во всем диапазоне при постоянной N-ти Эпр.

- привод подачи – при постоянном М.

Стабильность Эпр характеризуется перепадом Δω при изменении нагрузки. Она зависит от системы питания, типа ЭД (АД или ДПТ) и СУ Эпр.

Экономичность Эпр определяется капитальными затратами (изготовление Эпр, монтаж, наладка), а также стоимостью потерь при регулировании ω.

Из рис.1 видно, что с уменьшением N_В растут ΔР.

В главном приводе (ГП) полезным является уси­лие резания F_Z, оно зависит от: режима резания (глубины подачи), материала заготовки, режущих свойств инструмента.

1). При вращательном ГД (в токарных, расточ­ных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных станках) М_С на шпинделе от усилия резания будет:

М_Р = F_Z× d /2 (нм), d – диаметр заготовки, м.

М_В = F_Z× d /2 i_р (нм), i_р – передаточное число.

2). При поступательном ГД (в продольно-строгальных, продольно-фрезерных станках) М_Р от усилия резания будет:

М_Р = F_Z×ρ (нм), ρ = υ/ω – приведенный радиус.

Момент статического сопротивления на валу ЭД будет: М_С = М_В / η, η – учитывает потери от трения в передачах.

3). На станках с горизонтально вращающейся планшайбой или движущимися столами (карусельные, продольно-строгальные и фрезерные) ЭД развивает дополнительное усилие на преодоление трение в направляющих планшайбы (стола).

F_ТР = F_N×μ, где F_N – сумма сил, действующих ┴, которые определяются массой планшайбы или стола m_ст, m_д детали и составляющей усилия резания F_y, ┴ к направляющим планшайбы (стола).

F_N = g (m_СТ + m_Д) + F_У;

Коэффициент трения планшайбы о направляющие зависит от ω (υ) и достигает больших значений при страгивании и в начале разгона.

На крупных МРС М_С при пуске ЭД планшайбы достигает 60÷80 % от М_СТ.НОМ. В установившемся режиме μ меняется мало и составляет ~ 0,05÷0,08. При обработке на планшайбе тяговое усилие F_Т равно:

F_Т = F_ТР + F_Z = [g (m_СТ + m_Д) + F_У ]×μ + F_Z, (Н).

М_С.ВР = F_Т (d /2ηi_р); М_С.ПР = F_Т (ρ/η) (Нм).

4). В Эпр подачи – подача суппорта с помощью ходового винта. Усилие складывается из усилия линейного перемещения суппорта (стола), которое в свою очередь складывается из усилия резания, трения и прилипания: -

F_ПОД = К F_Х + F_ТР + F_ПРИЛ, К – коэффициент запаса (1,2÷1,5), F_Х - составляющая усилия резания в направлении подачи, F_ТР – усилие трения стола о направляющие, F_ПРИЛ – усилие прилипания.

F_ТР = μ (g m_СТ + F_У + F_Z); F_ПРИЛ = β×S, β ~ 0,5н/см².

Все усилия одновременно не действуют (F_ТРОГ или F_РЕЗ). Определим эти силы раздельно:

F_ТРОГ = μ_ТР g m + β×S; μ_ТР ~ 0,2÷0,3.

F_ПОД._РЕЗ = К F_Х + μ_g (g m + F_У + F_Z);

М_Х.В = 0,5· F_ПОД ·d_СР · tg (α + φ); d_СР – средний диаметр ходового винта, α – угол наклона резьбы, φ – угол трения резьбы. α –определяется d_ХВ и шагом его нарезки t, а выражение α = arc tg (t/πd_СР). М_С.ПОД = М_Х.В (1/ η i_р);

3.2 КПД станка.

При полной нагрузке и ω – const η_СТ.Н = η₁ η₂ η₃…η_П, где η_П – КПД звена передачи.

Потери в МРС зависят от нагрузки и ω, потери постоянные обозначим -L, переменные -q, К_З – коэффициент загрузки.

М_ТР = М_{ПОЛ.НОМ} (L /К_З + q), тогда КПД равен:

η = М_{ПОЛ.НОМ} / (М_{ПОЛ.НОМ} + М_ТР).

η = 1/ [1 + (L/К_З) + q];

Для ГП величина Х_К = L /К_З – const.

Для легких станков Х_К = 1; для тяжелых - Х_К = 2;

Для средних условий Х_К = 1,5 из условий, что

L = 0,6 (L_НОМ + q_НОМ), q = 0,4 (L_НОМ + q_НОМ), тогда:

η = 1/ [1 + ((L_НОМ×ω / К_З×ω_Н) + q_НОМ].