Техническая характеристика металлорежущих станков

При рассмотрении вопросов целесообразного резания металлов было установлено, что для наиболее полного и выгодного использования режущих свойств инструмента при данных условиях резания необходима определенная скорость резания. Для получения нужной скорости резания требуется определенное число двойных ходов или оборотов в минуту. Резание металлов целесообразно, если действительная скорость резания соответствует расчетной, т. е. если число двойных ходов при прямолинейном движении или число оборотов при вращательном движении совпадает с необходимым. Следовательно, числа двойных ходов или оборотов в минуту являются одной из его характеристик, позволяющих выбрать нужный станок и правильно его настроить.

Было установлено, что для срезания определенного слоя металла при данных условиях резания требуются соответствующая сила резания, крутящий момент и мощность. Это — величины, необходимые для выполнения резания при определенных условиях. Этим величинам должны отвечать такие же величины на станке. Если они меньше потребных, то запроектированные условия резания не могут быть выполнены, так как технические возможности станка меньше предъявляемых к ним требований. Если, наоборот, станок располагает техническими возможностями, превышающими потребность, то его использование делается неполным и выполнение работы на таком станке нецелесообразно. Таким образом передаваемая сила, крутящий момент и мощность являются наряду с числами двойных ходов или оборотов в минуту техническими характеристиками станка.

В соответствии со степенью влияния отдельных параметров резания на тепловые явления, возникающие при резании металлов, следует для целесообразного и выгодного выполнения резания сначала назначать глубину резания, затем подачу и потом скорость резания. Ограничением назначения большой подачи при черновой работе является прочность деталей механизма подачи станка, которая должна противостоять силе резания, действующей в направлении подачи. Следовательно, предельная величина силы, допускаемой прочностью механизма подачи станка, является еще одной его характеристикой.

Перечисленные технические характеристики являются важнейшими в области механики станка. Их записывают в паспорт, который, кроме того, содержит еще ряд других сведений о станке. На основании паспортных данных для каждой работы выбирают соответствующий ей станок.



Сила, передаваемая ремнем, зависит от напряжения, которое допускается материалом ремня, а также от ширины и толщины ремня. Ширину ремня подсчитывают по ширине шкива

где b — ширина ремня, мм;

В — ширина шкива, мм, и затем выбирают из числа стандартных данных. После этого определяют по справочным данным толщину и допускаемое в данных условиях напряжение ремня и подсчитывают силу

где P — сила, передаваемая ремнем, кг;

К — допускаемое напряжение ремня, кг/мм2;

а — толщина ремня, мм.



Передаваемая сила не может быть полностью использована на выполнение полезной работы, так как во время работы станка преодолеваются вредные сопротивления, возникающие в его механизмах, главным образом на трущихся поверхностях. Простой станок с короткими кинематическими цепями рабочего движения и подачи и небольшим количеством деталей в них имеет более высокий коэффициент полезного действия, чем сложный станок с длинными кинематическими цепями и большим количеством деталей и механизмов. Коэффициент полезного действия станка зависит от состава и размера кинематической цепи

где n — количество элементов в кинематической цепи рабочего движения; nст — коэффициент полезного действия станка;

nр — коэффициент полезного действия ременной передачи; nz — коэффициент полезного действия зубчатой передачи;

nск — коэффициент полезного действия подшипника скольжения;

nкач — коэффициент полезного действия подшипника качения;

К — коэффициент, учитывающий потери в кинематической цепи подачи.

Так как состав и размер кинематической цепи рабочего движения на разных ступенях чисел оборотов может меняться, то следовательно, каждому числу оборотов соответствует свой коэффициент полезного действия станка.



Величина крутящего момента на шпинделе станка зависит от силы, передаваемой ремнем, или от мощности двигателя и числа оборотов шпинделя, а также от конструкции механизма, рабочего движения и коэффициента полезного действия станка.

Так, станок со ступенчатым шкивом при работе без перебора имеет для каждого положения ремня и, следовательно, для каждого числа оборотов шпинделя свой крутящий момент, который представляет собой произведение силы, передаваемой ремнем ведомому шкиву, на плечо, т. е. половину диаметра шкива:

где M — крутящий момент на шпинделе, кгм;

d —диаметр ведомого шкива, мм;

n — коэффициент полезного действия станка.

Величина крутящего момента пропорциональна диаметру ведомого шкива.

При работе станка с перебором получается столько же крутящих моментов, сколько их при работе без перебора, т. е. свой крутящий момент для каждого положения ремня и числа оборотов шпинделя. При двойном переборе получается еще столько же крутящих моментов

где iпер — передаточное отношение зубчатого перебора.

Коэффициент полезного действия при включении перебора уменьшается, но крутящий момент увеличивается, так как передаточное отношение перебора меньше единицы.

На станке с коробкой скоростей количество крутящих моментов равняется количеству передач

где iск — передаточное отношение коробки скоростей.

Величина крутящего момента зависит от коэффициента полезного действия, который на разных передачах может меняться, и от передаточного отношения каждой передачи. Крутящий момент на станках с фланцевым и встроенным двигателями, где нет ременной передачи, определяют иначе. Для каждого числа оборотов шпинделя крутящий момент имеет свое числовое значение.

где Nдв — мощность двигателя, л. с.;

n — число оборотов шпинделя, об/мин.

Если мощность двигателя выражена не в лошадиных силах, а в киловаттах, то

где Nдв — мощность двигателя, квт.

Крутящий момент может быть определен также и во всех предыдущих случаях, при условии надлежащего напряжения и сечения ремня.



Полезная мощность станка, которая может быть использована на резание металлов, определяют на основании силы, передаваемой ремнем, и скорости его движения, которую подсчитывают по формуле

где V — скорость движения ремня, м/мин.

Тогда мощность станка составляет

где N — полезная мощность станка л. с.,

или

где N — полезная мощность станка, квт.

При отсутствии на станке ременной передачи его полезную мощность можно определить другим путем:

где N — полезная мощность станка, л. с.,

или

где N — полезная мощность станка, квт.

В этих уравнениях отсутствует коэффициент полезного действия станка, так как он учтен в крутящем моменте. Если крутящий момент заменить его развернутым значением

где полезная мощность станка и мощность двигателя выражаются одинаковыми единицами измерения.

Из рассмотрения уравнений мощности следует, что переменными величинами в них являются скорость движения ремня и коэффициент полезного действия станка. Поэтому на станках со ступенчатым шкивом и зубчатым перебором при изменении положения ремня на ступенчатом шкиве и изменении при этом числа оборотов шпинделя меняется мощность станка. Ho передаточное отношение не входит в уравнение. Это значит, что мощность при работе с зубчатым перебором и без него меняется только в связи с небольшим изменением коэффициента полезного действия станка. На станках с коробкой скоростей скорость движения ремня постоянна. Мощность станка, очень незначительно меняясь при небольших изменениях коэффициента полезного действия станка, остается почти постоянной. На станках с фланцевым и встроенным двигателями, не имеющими ременной передачи, полезная мощность станка также находится в зависимости только от небольших изменений коэффициента полезного действия станка и, следовательно, почти постоянна.



Использование крутящего момента и мощности, подсчитанных по приводу, может быть ограничено прочностью некоторых деталей в механизме рабочего движения станка. Для этого требуется расчет прочности деталей. В других случаях прочность рассчитывают для определения наибольшей допускаемой силы резания, действующей в направлении подачи, и определяют наименее прочные детали в механизме подачи станка.

В реечной передаче рассчитывают прочность реечного зубчатого колеса. Сначала определяют допускаемую тяговую силу

где Pт — допускаемая тяговая сила, кг;

у — коэффициент формы зуба;

оизг — допускаемое напряжение при изгибе, кг/мм2;

b — ширина зубчатого колеса, мм;

m — модуль, мм.

На основании подсчета тяговой силы определяют наибольшую допускаемую силу подачи

где Ps — допускаемая сила подачи, кг;

К — коэффициент, учитывающий потери тягового усилия. В винтовой передаче после определения среднего диаметра резьбы

где dср — средний диаметр резьбы, мм;

dн — наружный диаметр резьбы, мм;

dвн — внутренний диаметр резьбы, мм

и после определения рабочей высоты витка

где i — рабочая высота витка, мм, подсчитывают допускаемую тяговую силу

где Pт — допускаемое среднее удельное давление на витках винта и гайки, кг/мм2;

Z — число полных витков на длине гайки.

После подсчета тяговой силы определяют наибольшую допускаемую силу подачи