Модернизация приводов станков

Общие положения. Исследование, вопросов, связанных с мо­дернизацией приводов станков, доказывает, что, как правило, мощ­ность привода можно повысить только при 'повышении числа обо­ротов первого вала коробки скоростей. Но и при этих условиях мощность может быть повышена только до определенных преде­лов и не во всех случаях.

На первый взгляд, исходя из формулы для определения крутя­щих моментов (-М_кр= 97300 N/n) кажется, что без ущерба для ра­боты привода его мощность может быть повышена в тех же пре­делах, что и быстроходность, так как крутящие моменты и соот­ветственно усилия, действующие на элементы привода, остаются постоянными. В действительности, как подтверждают практика и теоретические расчеты, вначале, повышая угловые скорости всех элементов привода, можно увеличить мощность электродвигателя.

По мере повышения числа оборотов элементов привода воз­можности для увеличения мощности электродвигателя уменьша­ются. Наконец, при каком-то числе оборотов допустимая мощность электродвигателя достигает максимума. Если далее повышать чис­ла оборотов, возникает необходимость уменьшения мощности электродвигателя во избежание -повышенного износа элементов привода или их поломки. Такая зависимость между повышением быстроходности станка и (мощности электродвигателя объясняет­ся тем, что на детали привода, кроме рабочих нагрузок, действу­ют также динамические нагрузки, обусловливаемые многими при­чинами, в первую очередь ошибками зацепления зубчатых колес. Динамические нагрузки резко увеличиваются с повышением бы­строходности привода. Чтобы сохранить неизменными суммарные нагрузки на детали привода, приходится уменьшать полезные на­грузки и соответственно мощность -приводного электродвигателя.

Следовательно, повышение- быстроходности станка за счет увеличения передаточного отношения первого звена целесообраз­но только в определенных пределах, в которых одновременно можно повысить и мощность привода, заменяя электродвигатель. Динамические нагрузки по-разному влияют на работу различ­ных деталей привода. Например, динамические нагрузки, дейст­вующие на валы и подшипники качения, незначительны и могут практически не учитываться. Динамические нагрузки на зубчатые колеса могут.достигать большой величины. Вместе с тем повыше­ние окружных скоростей зубчатых колес приводит к уменьшению срока их службы. Поэтому пределы. повышения быстроходности и мощности приводов станков определяют «а основе поверочных расчетов зубчатых колес.

Повышение быстроходности станка ограничивается не только условиями нагрузки деталей привода, но и допустимыми для них окружными скоростями и виброустойчивостью станка в целом.

При решении вопроса о повышении быстроходности привода

надо иметь в виду и влияние скоростей вращения элементов при­вода на КПД станка, который имеет тенденцию к. снижению по мере увеличения быстроходности привода. Уменьшение КПД зависит от возрастания потерь на трение, часть которых увеличи­вается.пропорционально повышению 'быстроходности привода, а часть в большей степени, чем быстроходность.

Выбор оптимального варианта модернизации привода зависит также от технологических задач, для решения которых модерни­зируется ставок, и от -вида производства — индивидуальное, се­рийное или массовое, для которого предназначается модернизиро­ванный станок.

Таким образом, в зависимости от технологических задач, кон­струкции привода и запасов прочности и долговечности его дета­лей следует выбирать варианты модернизации привода движения резания, являющиеся для данного конкретного случая наиболее оптимальными.

Ниже рассматриваются основные варианты модернизации приводов движения резания в применении к консольно-фрезерным станкам.

Варианты модернизации приводов.

Первые три вариан­та модернизации являются наиболее простыми. Они предусматривают повышение быстроходности путем пропор­ционального увеличения чисел оборотов всех элементов привода. В первом варианте это достигается упразднением 'первой пони­жающей передачи; во втором варианте — установкой более бы­строходного электродвигателя, в третьем — увеличением переда­точного отношения первой постоянной передачи.

Каждый из указанных вариантов имеет свои преимущества и недостатки. В отношении КПД оптимальным является первый вариант, то объему работ наилучшим является второй вариант, третий вариант, создает наиболее широкие возможности варьиро­вания пределов повышения быстроходности станка и соответст­венно мощности электродвигателя. В отношении других парамет­ров все три 'варианта примерно равноценны.

Четвертый вариант модернизации привода применяется в том случае, если окружные скорости промежуточ­ных элементов привода настолько высоки, что дальнейшее повы­шение их быстроходности сокращает срок их службы и может привести к поломкам. Повышение быстроходности шпинделя до­стигается увеличением передаточного отношения последней пере­дачи. Эффективная мощность на шпинделе может даже из-за увеличения потерь, связанных с увеличением быстроходности, не­сколько понизиться. Данный метод целесообразно применять для модернизации станков, используемых на чистовых операциях, ко­торые требуют быстроходности, но небольшой мощности,

Пятый вариант модернизации применяют в случае, когда окружная скорость зубчатых колес привода уже достаточно вели­ка и повышение быстроходности в нужных пределах за счет уве­личения скорости всех звеньев привода оказывается невозможным. Этот вариант предусматривает повышение быстро­ходности станка частично за счет увеличения передаточного от­ношения последнего звена и частично посредством повышения числа оборотов первого звена привода движения резания по одному из первых трех вариантов.

Повышение быстроходности шпинделя может быть достигнуто в весьма широких пределах, а увеличение мощности привода не­значительно, поэтому данный вариант пригоден в тех случаях, когда модернизированный станок предназначается для получистовых и чистовых операций, не требующих большой мощности привода.

В рассмотренных пяти вариантах модернизации приводов движения резания обычно удается обеспечить прежний диапазон регулирования скорости и прежнее количество скоростей враще­ния шпинделя, которые станок имел до модернизации и, следова­тельно, сохранить его универсальность.

Однако модернизировать станки устаревших конструкций рас­смотренными методами обычно не удается, так как вся конструк­ция привода в целом (материал деталей привода, их термическая обработка, точность изготовления, система смазки и т. л.) оказы­вается совершенно не приспособленной для работы на высоких скоростях и требует при модернизации коренной переделки, что нерационально.

Модернизацию станков устаревших конструкций, в частности станков со ступенчато-шкивным приводом, целесообразно вести в направлении их специализации, автоматизации и изменения основного технологического назначения для использования в круп­носерийном и массовом производстве.

Для станков, используемых в -серийном -производстве, диапазон регулирования и количество скоростей могут быть при модерни­зации существенно сокращены; станки, модернизируемые для мас­сового производства, могут иметь 1—3 скорости и весьма малый диапазон регулирования скорости. В этом случае в зависимости от вида производства и технологических задач можно использо­вать шестой, седьмой или восьмой варианты модернизации.

Шестой вариант широко применяется для станков со ступенчато-шкивным приводом, конструкции которых не позволяют рассмотренными выше методами повысить их быст­роходность и мощность. При этом методе широко используются стандартные приставные коробки скоростей, имеющие от четырех до девяти передач, или различные варианты для бесступенчатого изменения скорости, например, тороидные вариаторы конструкции Светозарова, шарикового типа, с раздвижными конусами и др. Для модернизации фрезерных и токарных станков приставные коробки

скоростей иногда применяются совместно с колонкой н натяжными роликами.

Диапазон регулирования при этом методе модернизации нахо­дится в пределах 3—10. Объем работ по модернизации значителен. Однако в этом случае может быть достигнуто весьма сущест­венное повышение быстроходности и мощности даже для станков устаревших конструкций.

Этот вариант особенно пригоден для модернизации группы аналогичных станков, предназначенных для работы в условиях серийного производства.

Седьмой вариант модернизации применяет­ся для массового производства, где за станком закрепляется опре­деленная операция и поэтому можно обойтись без изменения ско­ростей, осуществляя привод шпинделя. Непосредственно от элект­родвигателя через ременную передачу.

Рисунок 11

Для изменения скорости при настройке станка на другую опе­рацию можно использовать сменные шкивы, а в ряде случаев — ступенчатые. Затраты по этому варианту незначительные, а эф­фект в условиях массового производства весьма большой, так как быстроходность и мощность привода могут быть повышены в не­обходимых для осуществления заданной операции пределах.

Восьмой вариант модернизации (рис. 12 ) предусмат­ривает установку новой шпиндельной бабки (в большинстве слу­чаев упрощенной конструкции) с ограниченным диапазоном ре­гулирования. Этот вариант чаще 'всего используется для расшире­ния технологических возможностей станков или изменения их основного технологического назначения и одновременно обеспечи­вает возможность внедрения скоростных методов обработки.

Рисунок 12

В практике заводив этот метод модернизации широко исполь­зуется для переоборудования устаревших горизонтально- и универсально-фрезерных станков в вертикально-фрезерные для рабо­ты на скоростных режимах в условиях серийного и крупносерий­ного производства.

Многошпиндельные продольно-фрезерные станки устаревших конструкций, имеющие привод всех шпиндельных бабок и привод подач от одного электродвигателя, ери модернизации оснащаются новыми шпиндельными бабками с индивидуальным приводом от отдельного электродвигателя и сравнительно небольшим диапазо­ном изменения скоростей вращения, но зато весьма быстроходны­ми и достаточно мощными.

Такие же шпиндельные бабки используются для переоборудо­вания устаревших продольно-строгальных станков в продольно-фрезерные, пригодные для скоростных методов работы, а также токарно-карусельных станков в станки для непрерывного фрезеро­вания.

Установка шлифовальных бабок на продольно-строгальных станках позволяет расширить их технологические возможности и использовать как продольно-шлифовальные.