Введение 

     Металлорежущие станки является одним из основных видов технологического оборудования для различной обработки деталей. Он 
представляет собой промышленную установки, обеспечивающую относительные перемещения металлорежущего инструмента и обрабатываемого изделия для придания изделию требуемой формы.

       Металлорежущие станки  представляют собой сложную электромеханическую систему. Современные металлорежущие станки оборудованы системой автоматизированного электропривода, включающего в себя многие электрические машины, всевозможные усилительные и преобразовательные устройства, многочисленную аппаратуру. Между электродвигателями станка существуют электрические блокировочные и функциональные связи с использованием сложной электрической схемы управления.

     Глубокая электрификация металлорежущих станков является одним из путей, ведущим к упрощению конструкций станков, уменьшению их веса; она способствует развитию автоматизации управления, направленной на сокращение времени, затрачиваемого для производства продукции. Автоматизация управления электроприводами весьма эффективно решает задачи комплексной автоматизации в виде автоматических линий станков, отдельных цехов и даже заводов.

     Технический прогресс дает возможность современным  электрическим системам удовлетворять почти любым техническим требованиям. Новые бесконтактные элементы, неуправляемые и управляемые вентили и другие элементы автоматики, позволяют создавать достаточно надежные системы автоматизации. При этом усложняются расчеты систем автоматизированного электропривода. Методика расчетов совершенствуется, используются моделируемые математические установки и вычислительные цифровые машины. Следует помнить о роли экспериментальной проверки того или иного расчета. Эксперимент в технике современного электропривода металлорежущих станков имеет существенное значение вследствие нелинейности большинства протекающих в системе процессов, не всегда поддающихся точному теоретическому расчету. В связи с этим специалист электромеханик в области электропривода станков должен всегда помнить о значении экспериментальных работ при проектировании и расчете систем электропривода.

     Увеличение производительности станков и уменьшение стоимости электрооборудования являются основными требованиями, предъявляемыми к системам автоматизированного электропривода, однако они противоречат друг другу. Усложнение систем влечет за собой удорожание электрической части станков за счет увеличения стоимости элементов электрооборудования. Кроме того, усложняется и удорожается его обслуживание и эксплуатация. Целесообразное решение этих вопросов получается путем использования комплексной автоматизации станков и применения, перспективных по качеству, надежности и уменьшению стоимости элементов электрооборудования.

     Электропривод подачи является одним из основных элементов в конструкции металлорежущих станков. От его характеристик во многом зависят характеристики МРС в целом.  Как правило, станки содержат несколько электроприводов подач в зависимости от числа координатных осей МРС. Конструкция исполнительных механизмов приводов подач во многом определяется требуемым перемещением.

     Для повышения точности металлообработки произведем модернизацию электропривода подачи. 
 
 

Глава 1.Общая часть.

1.1Виды  конфигурации и металлообрабатывающих станков

     Все металлообрабатывающие станки по принципу воздействия на обрабатываемый материал условно можно разделить  на три вида:

     - металлорежущие (резание),

     - кузнечно – прессовые (удар  и давление )

- электротехнологические (Электрическая энергия, преобразования  в другие виды энергии).

     Металлорежущие  станки предназначены для механической обработки металлов режущими инструментами.

     В настоящее время имеют наиболее широкое применение на производстве.

     По  весо- габаритным показателям различают  станки:

     - нормальные, с массой до 10 т;

     - крупные, с массой от 10 до 30 т;

     -тяжелые,  с массой от 30 до 100 т;

     По  точности обработки станки бывают:

     - нормальной точности,

     - повышенной точности,

     - высокой точности,

     - особо высоко  точности (прецизионные)

     По  назначению и характеру выполняемых  работ можно выделить 6 основных групп станков:

     - токарные,

     - сверлильные и расточные, 

     - строгальные,

     - фрезерные,

     - шлифовальные 

     Краткая общая характеристика этих групп  станков представлена в (Приложение 1. таблица 1.1)

1.2 Назначение, технические характеристики станка. 

     Токарно-винторезный  станок ФТ-11 предназначен для выполнения широкого круга токарных работ на чистовых и получистовых режимах.  Станков  обеспечивает  нарезание метрической дюймовой, модульной и питчевой резьбы ,а при сокращённой  кинематической цепи (прямое включение ходового винта без коробки подач) даёт возможность производить нарезание нестандартных резьб при соответствующей настройке гитары. (Приложение 2 таблица 1.2 – 1.3. )

1.3. Требования к электроприводу и системе управления.

    Пределы подач, мм/об:                                                          0,018 – 22,4

    Скорость  быстрых перемещений суппорта¹, м/мин           4,0

    Диапазон  регулирования скорости подачи²:                       4000:1

     Диапазон  регулирования рабочей  (без учета быстрых перемещений суппорта) скорости подачи:                                                           1000:1

     Относительная погрешность регулирования при  различной нагрузке на минимальной скорости, %, не более                                             5

     Допустимое  перерегулирование скорости при  скачке управляющего воздействия, %, не более                                                                20

     Время регулирования                                                              3Т_м 

            1.4.Описание конструкции токарно-винторезного станка. 

Общий вид станка представлен на рис.3

    Рис. 3. Общий вид станка. 

     1-Рукоятка  включения нормального и увеличенного  шага левой или правой резьбы.  2-Рукоятка переключения диапазонов.   3,14-Рукоятка для выключения  и реверсирования вращения шпинделя,  4-Рукоятка для поперечной подачи  суппорта.  5-Рукоятка для включения продольной и поперечной подачи.    

     6-Кнопка  включения ускоренных ходов.  7-Рукоятка зажима пиноли.  12-Пульт  управления.   19-Пульт управления на шпиндельной бабке

     8-Рукоятка  быстродействующего зажима задней  бабке.  9-Маховик для перемещения  пиноли

      3.1.1. На станке установлено следующее электрооборудование

               электродвигатель главного привода-М1

               электродвигатель насоса охлаждения-М2

               электродвигатель ускоренного перемещении  суппортной  

     группы-М3

               на задней стороне шпиндельной  бабки установлен электрошкаф  в

               котором размещена аппаратура  управления

               на плите закреплёной на задней  стенке левой тумбы станка

               расположена автоматическая  коробка  скоростей (АКС) осущест-

               вляющая переключение скорости  шпинделя с помощью            электромагнитных муфт Y1-Y7.

      3.1.2. Разводка проводов от электрошкафа осуществляется через

               штепсельные разъемы  расположенные   на  боковой стенке и дне

               электрошкафа .

      3.1.3. Силовые цепи  станка  предназначены для подключения к

               трехфазной сети переменного  тока 380 В частотой тока 50 Гц.

      3.1.4. Электромагнитные  муфты цепи управления и сигнализации

               питаются пониженным напряжением  следующих значении 

                                                                                                                               Таблица 3.1

    Основные  элементы станка. 

                                                        СТАНИНА

     Станина станка жесткой конструкции с  диагональными ребрами и с  двумя призматическими и двумя  плоскими  направляющими. Направляющие подвергнуты термообработке с последующей  шлифовкой.  Передняя и задняя направляющие служат для перемещения каретки и  защищены от воздействия внешней среды телескопическими

     щитками. Средние направлющие служат  для  перемещения  задней  бабки. Станина  устанавливается  на тумбах между  которыми расположено корыто для  сбора стружки.

                                                КОРОБКА СКОРОСТЕЙ.

     Коробка скоростей имеет 9 прямых и 3 обратных ступеней чисел оборотов. Переключение скоростей осуществляется с помощью 7 электромагнитных

     муфт. Коробка скоростей крепится на плите  закрепленной на задней стенке левой тумбы. Движение на входной вал коробки скоростей с электродвигателя осуществляется клиноременной передачей а с выходного вала АКС на шпиндельную бабку передается с помощью плоскозубчатого ремня. 

    ШПИНДЕЛЬНАЯ БАБКА.

     Шпиндельная бабка представляет собой редуктор позволяющий  получать три диапазона скоростей шпинделя со следующим кинематическим соотношением входного числа оборотов к выходному 1:1,1:4,1:16.Шпиндель разгружен от действия радиальных сил ременной передачи и смонтирован на высокоточных цилиндрических роликоподшипниках и радиально-упорных шарикоподшипниках. Он получает вращение от автоматической коробки скоростей (АКС) через зубчатую ременную передачу. Кинематическая схема показана на рис.1

     В положении диапазона 1 : 1 (вращение напрямую АКС) шпиндель получает со шкива 2, жестко соединенного с шестерней-муфтой 3 и через включенную в псе шестерню 4.

     Включение диапазона 1 : 4 происходит с помощью: шестерен 3, 5, 6 и, 7; а диапазон I :16 — 3, 5, 6, 8, 10, 9, 11 и 12 . Включение всех трех диапазонов осуществляется рукояткой 13 (рис. 1), ступица 14 которой соединена с валиком 15, на котором закреплен кулачок 16, имеющий два специальных паза 16а и 166. В эти пазы входят ролики рычагов 17 и 18. Рычаг 17 жестко связан с валиком 19, на котором так же жестко закреплен рычаг 20. Получая определенное вращение от паза 16а, через рычаг 17 и валик 19, рычаг 20 с помощью переводки  21 , кулачка 22 и вилок 23 и 24, переключает шестерни 6 и 11. Согласованно с рычагом 17, рычаг 18, свободно сидящий на вилке 19, от паза 166 получает определенное вращение и через тягу 25  поворачивает  рычаг 26, с которым связаны вилка 27 и сухарь 28 переключающие  шестерни 5 и 4.

     Привод  от шпинделя к гитаре станка осуществляется с помощью шестерен 31, 32, 33, 34 . Включение нормального или увеличенного шага правой или левой резьб производится рукояткой 35, закрепленной с кулачком 36 . Кулачок 36 управляет одновременно двумя сборными рычагами 37 и 38, которые через вилку 39 и сухарь 40 переключают в соответствующее положение шестерни 31 и 33.  

    ЗАДНЯЯ  БАБКА

     Задняя  бабка закрепляется эксцентриковым зажимом с помощью рукоятки 26 при легких работах и дополнительно винтами 13 и 50 при тяжелых работах. Если рукоятка 26, отведенная в крайнее положение, не' обеспечивает достаточный прижим, то нужно посредством регулирования гайки 37, изменить положение прижимной планки 35 и установить необходимое усилие прижима.

     Облегчения перемещения и предотвращения  износа направляющих, задняя бабка снабжена пневмооборудованием. Сжатый воздух от сети через фильтр (влагоотделитель), маслорас-пылнтель, трехходовой клапан и систему отверстий и канавок, подается между сподком задней бабки и направляющими станины, образуя воздушную подушку. 

    КОРОБКА ПОДАЧ

     Коробка подач станка позволяет получать величины и диапазон подач суппорта шагов метрическнх, дюймовых, модульных и питчевых резьб. В таблице 2, помещенной на передней стенке шпиндельной бабки, указаны все возможные величины продольных и поперечных подач, а также шаги резьб нормальной точности, полученные при помощи механизма коробки подач и соответствующих настроек гитары.

     На  кожухе, закрывающем гитару, помещена таблица 3 настроек на резьбы повышенной точности.

     Резьбы  повышенной точности нарезаются при  более короткой кинематической цепи - напрямую  (без коробки подач), т. е. путем настройки гитары на каждый шаг резьбы.

     Для выбора вида обработки: 1) подача; 2) метрическая или модульная резьба; 3) дюймовая или питчевая резьба; 4) прямое включение ходового винта — служит средняя рукоятка коробки подач, имеющая в положениях особые символы (таб. 4).

    ФАРТУК

     Механизмы фартука обеспечивают получение  подач  каретки и суппорта в  четырех направлениях в ускоренном и рабочем режимах. Для обеспечения продольной подачи включается муфта 104 или муфта на валу 99, для обеспечения поперечной подачи включается муфта 39 или муфта 41. Для предотвращения самопроизвольного включения поперечной подачи при выключенной продольной в фартуке имеется блокировочное устройство, установленное в рукоятке включения подачи. В фартуке имеется также блокировочное устройство для предотвращения одновременного включения рукоятки подачи 76 и рукоятки маточной гайки.

     Регулировка положения полугайки маточной гайки  обеспечивается специальными винтами, установленными на стенке корпуса фартука.

     Фартук  снабжен предохранительной муфтой, которая срабатывает в случае повышения допустимой осевой нагрузки. Величину предельного усилия можно регулировать гайкой 11.

     Механизм  фартука обеспечивает обработку  деталей по жесткому упору, который можно устанавливать на станине. 
 

    КАРЕТКА, ВЕРХНИЙ СУППОРТ

     Механизмы каретки и верхнего суппорта обеспечивают подачу инструмента в поперечном направлении. Механическая подача верхнего суппорта осуществляется при выдвинутом положении кнопки 1, и зафиксированном от вращения винте. Обработка конических поверхностей с применением механической подачи верхнего суппорта возможна при установке верхней части суппорта на соответствующий угол и закрепление его специальными винтами. На чертеже обозначено положение кнопки 1 при включенном винте поперечной подач. Для повышения безопасности работы, предусмотрено отключение вращения рукоятки 2 ручного перемещения суппорта 3.

     На  каретке расположены рукоятки 4 для  включения и реверсирования вращения шпинделя. Шпиндель начнет вращаться только при одновременном перемещении рукояток 4 и нажатии одной из кнопки 5, которые служат для блокировки произвольного включения шпинделя.

     Каретка снабжена дифференциальным лимбом поперечной подачи 6, который позволяет вести  непосредственный отсчет перемещений суппорта относительно оси центров станка.

     Регулирование зазора в винтовой паре поперечной подачи осуществляется поворотом червяка  7 и последующим фиксированием его двумя винтами 8.

     Регулирование зазоров  в направляющих  <ласточкин хвост> каретки и верхнего суппорта производится смещением соответствующих клиньев 9 относительно направляющих регулировочными винтами 10, которые расположены с обоих торцов клиньев.

     Для предотвращения смещения каретки при  торцевой обработке предусмотрено закрепление  ее  относительно станины специальным винтом через планку 11.

     При механической подаче недопустимы перемещения верхнего суппорта до крайних положений (перемещения верхнего суппорта ограничены рисками).

    РЕЗЦЕДЕРЖАТЕЛЬ

     Корпус  резцедержателя 4 фиксируется на зубьях плоского кольца 1, закрепленного на верхнем суппорте.

     Разжим, поворот и фиксация резцедержателя осуществляется поворотом рукоятки 12, сначала против часовой стрелки, а после выбора нужной позиции  зажим производится поворотом рукоятки по часовой стрелке.

     Конструкция резцедержателя обеспечивает надежную защиту встроенных детален от попадания грязи и эмульсии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2.Расчет электроснабжения и управления электропривода. 

    2.1. Расчет мощности двигателя продольной подачи. 

     В процессе снятия стружки резцом возникает  усилие, приложенное под некоторым углом к режущей кромке инструмента (рис. 4.1). Это усилие может быть представлено в виде трёх составляющих:

     1) F_z - тангенциальное усилие, или усилие резания, преодолеваемое шпинделем станка;

     2) F_y - радиальное усилие, создающее давление на суппорт;

     3) F_x - осевое усилие, или усилие подачи, преодолеваемое механизмом подачи. 

     1-обрабатываемое  изделие;  2-резец;   3-главное  движение; 4-движение подачи;

     Для расчета усилия резания используется эмпирическая формула, Н:

                                          F_z=9.81^. С_F ^. t^{Xp .}S^{Yf .} vⁿ;

     Скорость  резания, м/мин:   v= ;

     где С -коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал резца и вид токарной обработки; t-глубина резания для отделочных работ; s-подача, представляющая собой перемещение резца, приходящееся на один оборот изделия, мм/об; Т - стойкость резца (время работы его между двумя заточками), мин.

     Значения  коэффициентов и показателей степени, которые зависят от некоторых факторов (скорость резания, стойкость, материал, вид охлаждения резца, вид обрабатываемого материала и другие ) находятся по справочной литературе .

     Усилие, передаваемое в направлении подачи при линейном перемещении режущегося инструмента:

     где F_x - составляющая усилия резания в направлении подачи; k -коэффициент запаса, учитывающий перекосы (k =1.1-1.3); f=(0,05-0,15) - коэффициент трения при движении, G = 1400 Н-масса суппорта и каретки.

     Кроме того должны учитываться усилия от собственного трения в винтовой передаче.

     Типовая кинематическая схема привода подачи представлена на рис.4.2.

     Рис. 4.2.  Кинематическая схема привода  подачи.

     1—  двигатель; 2 — редуктор; 3 — ходовой  винт подачи.

     Вращающий момент на валу двигателя:

                                             ;

     где h_п - к. п. д. передачи от ходового винта к двигателю; i- передаточное отношение редуктора. 

                            ;        ;

     где d_cp - средний диаметр ходового винта, мм; m - шаг нарезки ходового винта, мм; и р- угол наклона резьбы и угол трения ходового винта.

     p= arctg( f )

      f- коэффициент трения при скольжении, (f = 0,05-0,15).

        Для расчета принимается наружное  точение с самым тяжелым режимом. Материал изделия - стальное литье из углеродистой легированной стали  G=    737 Н/мм. Диаметр изделия d_u = 500мм.

     Для  точения принимается проходной резец с пластинкой из твердого сплава титановольфрамовой группы марки  Т30К4 с главным углом в плане

      , вспомогательным углом в плане = 10 , передним углом 10   и задним углом 12 .

     Принимается максимальная глубина резания t = 2 мм и максимальная подача s=0,25;

     Скорость  резания:  =168.33   м/ мин.

     С учетом поправочного коэффициента k_nv=0,8-0,85 на скорость резания для работы по литейной корке:              

     Этой  скорости соответствует скорость шпинделя:

     На  станке ближайшая меньшая скорость которой соответствует скорость резания:

     Усилие  резания:

     Радиальное  усилие

     Осевое  усилие подачи:

     Суммарное усилие подачи, необходимое для перемещения  суппорта с резцом в направлении подачи при резании:

     Вращающий момент на ходовом винте:

    где           

     Расчет  момента на валу двигателя производится для двигателя с номинальной частотой  вращения  например,  n=1000 об/мин, тогда передаточное число редуктора:

                       - к. п. д. редуктора.    

     Момент  на валу двигателя:

     Мощность  двигателя привода подач:

     к = 2  коэффициент, учитывающий плохое охлаждение на низких скоростях при  высоком диапазоне регулирования скорости. 
 
 
 

    Выбирается 4ПБ80А1