Основные узлы станков

Расчет частот вращения шпинделя и валов коробок скоростей и подач

Кинематические возможности приводов коробок скоростей и подач можно оценить диапазоном регулирования, который показывает соотношение между максимальными и минимальными частотами вращения шпинделя или же минимальными и максимальными величинами подач. При главном вращательном движении шпинделя, скорость резания связана с диаметром обрабатываемого изделия и частотой вращения шпинделя:

n_шп = (1000*V)/(πD)

При ступенчатом регулировании частоты вращения шпинделя от n_min до n_max, значения частот вращения образуют геометрический ряд, имеющий следующий вид:

n₁/n₂ = n₃/n₄ = n₅/n₆ = … = n_z-1/n_z = ϕ

В этом геометрическом ряду, число ϕ является знаменателем ряда частот вращения, поэтому этот ряд можно записать в следующем виде:

//n₁ = n_min; n₂ = n₁/ϕ…….n_max*ϕ^z-1

Величина ф стандартизована и имеет стандартное значение, равное 1.06; 1.12; 1.26; 1.41; поэтому, при расчете коробок скоростей и подач, можно выбирать величину ф из стандартного ряда. Как правило, используются значения 1.26 или 1.41.

При расчете коробок скоростей и подач, используется графо-аналитический метод, который заключается в графическом изображении частот вращения и передаточных отношений ввиде графиков частот вращения и структурных сеток.

При выполнении графо-аналитического расчета, принимается, что величина передаточного отношения выражается следующим образом:

i = Z_n/Z_n-1 = ϕ^x

При этом, значение Х берется со знаком «+» для повышающих передач и со знаком «-» для понижающих передач. При расчете, величину Х округляют до ближайшего целого значения. Для вычисления величины Х используют логарифмирование.

При изображении графиков частот вращения, каждому валу коробки скоростей или подач соответствует своя шкала частот вращения, на которой точками отмечается число оборотов данного вала при соответствующих соотношениях зубьев зубчатых передач. График частот вращения строится в логарифмическом масштабе и поэтому геометрический ряд частот вращения валов отмечается точками в углах клеточек, расстояние между которыми равно величине ф. Передаточные отношения отмечаются линиями, соединяющими соответствующие точки частот вращения, при этом наклон линий характеризует вид передачи: если линия идет вверх, то она соответствует повышающей передаче, а вниз – понижающей.

Одним из основных узлов станков является шпиндели или шпиндельные узлы. Шпиндельный узел является последним звеном коробки скоростей и несущей либо заготовку, либо инструмент. От шпиндельного узла во многом зависит точность обработки и поэтому к нему предъявляются высокие требования по жесткости конструкции и точности вращения. Высокие требования определяют размеры шпинделей и виды опор. Имеет существенное значение вид привода вращения, вид крепления зажимного устройства, наличие отверстия в шпинделе, а также некоторые конструктивные элементы шпинделя. Передачу вращения на шпиндель можно осуществлять с помощью зубчатой или ременной передачи. Использование той или иной системы передачи вращения связано с точностью вращения и величиной чисел оборотов, а также с величиной передаваемого крутящего момента.

Зубчатые передачи отличаются простотой конструктивного исполнения, компактностью и возможностью передачи польших крутящих моментов, однако из-за погрешностей шага зубчатых передач, из-за наличия зазоров между зубьями, трудно получить высокое качество обработки изделий. При обработке с переменными силами резания возрастают динамические нагрузки в деталях коробок скоростей, что также влияет на точность обработки и поэтому зубчатые передачи применяются для передачи частот вращения в пределах 2000-3000 об/мин.

При использовании ременных передач, усложняется конструкция системы, но повышается плавность вращения шпинделей и снижается уровень операции, что повышает сложность обработки. Ременные передачи могут использоваться при вращениях с частотой 5000-6000 об/мин и более.