Глава 2. Схемы и приводы станков

Глава 2. Схемы и приводы станков

Разработка технологической схемы станка

Производительность станка

Производительность станка определяется количеством произведенной продукции в единицу времени (в минуту, час, рабочую смену, год и т.д.). Количество продукции выражают в погонных метрах, штуках, кубометрах, квадратных метрах.

Различают производительность технологическую, цикловую и фактическую [10].

Технологическая производительность – это производительность идеальной машины, которая работает без холостых ходов и каких-либо потерь времени. Она определяется еще на стадии проектирования по формуле, шт/с

Q_т= 1/t_р.х., (1)

где t_р.х. – продолжительность рабочего хода при обработке одной детали, с.

Цикловая производительность определяется по времени цикла обработки одной детали, шт/с:

Q_ц= 1/ t_ц =1/(t_р.х. + t_х.х.), (2)

где t_ц – продолжительность цикла обработки одной детали, с;

t_х.х. – продолжительность рабочего хода при обработке одной детали, с.

, (3)

где К_п – коэффициент производительности станка (коэффициент использования машинного времени), который характеризует конструктивное совершенство рабочей машины.

Коэффициент производительности станка есть отношение цикловой производительности к технологической.

Технологическая и цикловая производительности характеризуют рабочую машину с точки зрения прогрессивности технологического процесса и конструктивного совершенства. В цикловой производительности учитываются цикловые потери времени, связанные с выполнением только цикла. Они учитываются коэффициентом производительности.

Фактическая производительность определяется с учетом внецикловых потерь времени, которые возникают при эксплуатации рабочей машины (замена режущего инструмента, устранение отказов, обслуживание оборудования, организационные потери времени, время перерывов на отдых), когда машина простаивает и не выдает продукцию.

Фактическая производительность определяется по формуле, шт./с

, (4)

где К_и – коэффициент использования станка (коэффициент использования рабочего времени);

St_п – время внецикловых потерь (неработоспособного состояния станка), приходящееся на единицу продукции, с.

Оформление технологической схемы станка

Технологической называют схему машины, которая отражает принцип ее работы и характер движений ее рабочих органов и обрабатываемой детали. Технологическая схема показывает, какие движения рабочих органов должны быть сделаны для обработки детали и обеспечения нормальной безопасной работы станка. На ней показывается условными очертаниями обрабатываемая деталь и инструмент, базирующие, направляющие, прижимные и подающие органы, их взаимное расположение и направление движения.

Технологические схемы выполняются по определенным правилам, которые установлены ГОСТ 2.701-84. Схемы выполняются без соблюдения масштаба. Пространственное расположение частей изделия можно не учитывать.

На рис. 9 изображена технологическая схема круглопильного станка для продольной распиловки пиломатериалов модели ЦА-2А. На схеме показаны пила 1 нижние подающие вальцы 2 и 6, верхние подающие вальцы 3 и 4, верхняя 5 и нижняя когтевые завесы, предотвращающие обратный выброс заготовки 8, и боковая направляющая линейка 7. Заготовка взаимодействует со всеми указанными элементами станка. При этом каждый рабочий орган выполняет свою конкретную функцию.

Для повышения наглядности базирования заготовки приводится вторая проекция станка.

Стрелками показано направление движения заготовки и рабочих органов станка. На схеме указывается также максимальный и минимальный размер обрабатываемой заготовки.

Контрольные вопросы и задания

1. Технологическая операция состоит из следующих частей: переход, ... (продолжите ряд).

2. Как подготовить варианты выполнения технологической операции на станке?

3. Дайте определение технологической схемы.

4. Как выполняется технологическая схема?

Кинематические схемы

4.1. Основные понятия и определения

Каждый станок имеет рабочие органы и их приводы. Привод включает в себя двигатель и силовую передачу. В свою очередь силовая передача состоит из кинематических элементов (звеньев) – валов, шестерен, шкивов, звездочек и т.п. Взаимодействующие друг с другом звенья образуют кинематические пары, а последние создают кинематические цепи, которые связывают двигательные механизмы станка с исполнительными [12].

Передаточное число кинематической цепи равно отношению частоты вращения вала двигателя к частоте вращения вала исполнительного элемента и равно произведению передаточных чисел отдельных кинематических пар, при этом передаточное число кинематической пары равно отношению диаметра ведомого шкива (числа зубьев шестерни, звездочки) к диаметру ведущего шкива (числа зубьев шестерни, звездочки).

Это правило можно записать следующим образом:

, (8)

где n_дв – частота вращения вала двигателя кинематической цепи, мин^-1;

n_ио – частота вращения вала исполнительного органа, мин^-1;

U_рп, U_зп, U_цп – передаточное число соответственно передач ременной, зубчатой, цепной;

d₂, z₄, z₆– диаметр и числа зубьев ведомых соответственно шкива, зубчатого колеса и звездочки;

d₁, z₃, z₅– диаметр и числа зубьев ведущего соответственно шкива, зубчатого колеса и звездочки.

Если у машины скорость рабочего органа постоянна, то и передаточное число постоянно. Если при работе машины скорость рабочего органа изменяется, то и передаточное число будет переменным. Оно может меняться плавно или ступенчато. Отношение наибольшей скорости рабочего органа к наименьшей называется диапазоном регулирования.

КПД кинематических цепей. Кинематические схемы позволяют также определить КПД кинематических цепей. При последовательном расположении кинематических пар общий КПД кинематической цепи находится как произведение частных КПД по формуле

(9)

где η _i – КПД отдельных пар цепи.

При параллельном расположении кинематических пар, когда от одного двигателя приводится в движение несколько рабочих органов, КПД механизма определяется по формуле[13]:

, (10)

где Р₁, Р₂, ..., Р_n – мощность на рабочих органах;

h₁, h₂, ..., h_n – КПД отдельных передач, входящих в механизм.

Значения КПД некоторых передач приведены в табл. 2.

Таблица 2

Выбор типа привода

Электродвигательный привод

Основы динамики привода

При пуске, останове или переходе на новый режим работы элементы кинематической цепи деревообрабатывающей машины работают с переменной скоростью. Изменение скорости элементов отражается на их кинетической энергии и вызывает изменение мощности на валу двигателя. При этом на элементы привода действуют инерционные силы, которые необходимо учитывать при расчете мощности двигателя.

Движущие силы, действующие со стороны двигателя, складываются из сил полезных и вредных сопротивлений, а также сил инерции. При этом работу двигателя можно записать так:

А = А_с + А_и, (18)

где А_с – работа всех сил сопротивления рабочего органа;

А_и – работа сил инерции.

Известно, что кинетическая энергия вращающегося тела равна, Дж

Т =0, 5Jw, (19)

где J – момент инерции вращающегося тела, кг× м²;

w – угловая скорость вращения тела, с^-1.

, (20)

где m – масса тела, кг;

r – радиус вращения, м.

Работа сил инерции может быть представлена как разность кинетических энергий всех звеньек кинематичкской цепи при изменении их угловой скорости от w₁ до w₂:

. (21)

Для звеньев с прямолинейным движением при изменении их скорости от V₁ до V₂ м/с

. (22)

В момент пуска машины w₁ и V₁ обычно равны нолю. Тогда для кинематической цепи, имеющей звенья с вращательным и поступательным движением, изменение кинематической энергии можно записать так:

. (23)

Динамическую мощность системы с постоянным моментом инерции вращающихся тел и массой, прямолинейно движущихся тел, можно выразить дифференциальным уравнением

. (24)