2. Реконструкция горизонтально-расточного станка модели 2А622

2.1 Обоснование реконструкции станка

В настоящее время в российской промышленности имеется большой парк морально и физически устаревших координатно-расточных станков моделей 2А450, 2Д450, 2Е450, 2А620, 2А622 и их модификаций производства нашего завода. Возраст этих станков достигает 30-40 лет, поэтому их конструкционные решения не отвечают современным требованиям, предъявляемым к станкам. Кроме того, высокий износ узлов и потеря точностных параметров вызывают проблемы с их эксплуатацией. Всё это требует обновления станочного оборудования, но большинство предприятий в современной экономической обстановке не имеют для этого достаточных средств. Поэтому в данных условиях экономически целесообразно производить модернизацию имеющегося оборудования, в результате чего потребитель получает современный станок, в конструкции которого воплощён наш многолетний опыт производства станков, соответствующий всем требованиям к точности (для данного станка), оснащённый современными комплектующими и системами управления. При этом заказчик, сдав станок на модернизацию, может не ждать когда пройдёт весь производственный цикл модернизации станка, а получить модернизированный станок данной модели (или станок другой модели) из имеющегося на заводе задела по станкам. При этом из цены приобретенного станка вычитается оценочная стоимость сданного станка.

Основными составляющими модернизации координатно-расточных станков c ручным управлением в общем случае являются:

• установка электронной отсчётно-измерительной системы, включающей в себя фотоэлектрические преобразователи линейных перемещений типа ЛИР и устройство цифровой индикации взамен оптических отсчётных устройств;

• использование программируемого контроллера для построения схемы электроавтоматики станка взамен релейной схемы управления;

• шариковые винтовые пары и регулируемые высокомоментные электродвигатели постоянного тока в приводах перемещений стола и салазок взамен зубчато-реечных передач, простых регулируемых электродвигателей постоянного тока и червячных редукторов;

• установка пневмозажимов стола и салазок вместо электромеханических зажимов;

• механизация перемещения шпиндельной коробки;

• применение конструкции привода перемещения гильзы с регулируемым двигателем постоянного тока.

2.2 Компоновка станка повышенной жесткости

Реконструкция данной модели предусматривает проектирование новой стойки и коробки скоростей. За счет замены этих основных частей происходит повышение жесткости станка и как следствие возможность изменений режимов резания, что в свою очередь ведет к повышает производительности.

2.3 Обоснование повышенной производительности станка (режимы резания)

На производительность станка в большей мере влияют режимы резания. При проведении реконструкции происходит повышение частоты вращения шпинделя с 1250 об/мин (у базовой модели) до 2550 об/мин (у модернизированного станка). Изменение частоты обосновывается возможностью использования наиболее прогрессивных режимов резания при помощи новейшего инструмента. Расчет режимов резания на максимальной частоте производится при наиболее возможных жестких режимах работы станка.

2.3.1 Выбор режимов резания:

Величину подачи S (мм/об) назначить /7/.

S=0,8÷1,9 мм/об

2.3.2 Определить скорость главного движения резания (м/мин), допускаемую режущими свойствами резца по формуле:

(1)

Примем скорость равную = 88 м/мин.

где Т – период стойкости, мин /7/

t – глубина резания, при снятии припуска за один рабочий ход :

(2)

где s – подача, мм/об /7/

C, x, y, z, m – коэффициенты и показатели степени /7/

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания /7/

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания /7/;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания /7/;

- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на скорость резания /7/;

2.3.3 Составляющие силы резания: тангенциальную , осевую , радиальную (Н), рассчитаем по формуле:

(3)

где ,x, y, n – коэффициент и показатели степени /7/;

t – глубина резания, мм /7/;

s – подача, об/мм /7/;

v – скорость резания, м/мин /7/;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на составляющие силы резания /7/;

- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания /7/.

2.3.4 Мощность резания рассчитаем по формуле:

(4)

где - тангенциальная составляющая силы резания /7/;

- скорость резания /7/.

2.4 Расчет коробки скоростей

2.4.1 Выбор приводного электродвигателя

Мощность главного электродвигателя вытекает из расчетов режимов резания. Для обеспечения требуемого диапазона частот вращения выбираем двухступенчатый двигатель 4А160 4/2УЗ со следующими характеристиками: N_эл=11/14 кВт, n_эл=1460/2940 об/мин.

2.4.2 Определение общего диапазона регулирования привода

(5)

где n_max – наибольшая частота вращения шпинделя, об/мин;

n_min – наименьшая частота вращения шпинделя, об/мин.

2.4.3 Определение общего числа ступеней скорости

Для геометрического ряда частот вращения число ступеней скорости z, может быть определено из соотношения:

(6)

Вычисленная по этой формуле величина z округляется до целого числа, что приводит к некоторому изменению действительного диапазона регулирования R_n

2.4.4 Выбор конструктивных вариантов привода

При настройке последовательно включенными групповыми передачами число ступеней скорости z может быть представлено в виде:

(7)

где p_k – число отдельных передач в каждой группе;

m – число групп передач.

При выбранном числе ступеней частот вращения шпинделя z количество групп передач, количество передач в каждой группе и порядок расположения групп может быть различным.

Число конструктивных вариантов привода N_кон состоящего из m групп передач, определяется по формуле:

, (8)

где q – число групп с одинаковым числом передач.

2.4.5 Определение числа возможных кинематических вариантов

Если частоты вращения шпинделя изменяются по геометрическому ряду, то передаточные отношения передач в группах образуют геометрический ряд со знаменателем ^х, где х – целое число, называемое характеристикой группы передач. Для последовательного получения частот вращения шпинделя сначала переключают передачи одной группы, затем другой и т. д.

В зависимости от принятого порядка переключений группа может быть:

а) основной, характеристика, которой определяется по формуле:

х₀ = 1 , (9)

б) первой переборной группой, для которой характеристика определяется по формуле:

х₁ = р₁ , (10)

где р₁– число передач в основной группе.

в) второй переборной группой, для которой характеристика определяется по формуле:

х₂ = р₁ р₂ , (11)

где р₂– число передач в первой переборной группе.

Основной и различными по номеру переборными группами может быть любая группа передач в приводе. Для определенного конструктивного варианта число кинематических N_кин будет равно числу перестановок из m групп передач:

N_кин. = m! , (12)

2.4.6 Определение максимальных передаточных отношений по руппам передач

Общее максимальное передаточное отношение привода u_max, определяется по формуле:

(13)

Поученное передаточное отношение может быть представлено в виде:

(14)

где Н – показатель степени, определяющий величину общего передаточного отношения.

Определение максимальных передаточных отношений в группах производится путем разбиения общего передаточного отношения на передаточные отношения групп, для чего вычисляется показатель степени Н и выражается в виде:

, (15)

где h_k– показатель степени, характеризующий величину максимального передточного отношения k-той группы передач;

m – число групп передач.

При этом выбранные значения h_k должны быть целыми числами и должны удовлетворять условию:

h_k h_k+1 … h_m . (16)

Максимальное передаточное отношение в группе u_maxk , определится по формуле:

. (17)

При этом должно быть обеспечено выполнение следующего условия:

. (18)

Так как показатель степени Н, как правило, не является целым числом, он не может быть точно представлен суммой целых чисел. Поэтому для сохранения величины общего максимального передаточного отношения вводится дополнительная передача от вала электродвигателя на входной вал, передаточное отношение которой, определится по формуле:

, (19)

. (20)

2.5 Выбор вариантов структурной формулы

2.5.1 Выбор первого варианта

Выбирается конструктивный вариант привода, для которого выполняется условие:

p_a p_b … p_r , (21)

где р_а – число передач в первой от электродвигателя группе;

p_r – число передач в последней от электродвигателя группе.

Из числа соответствующих ему кинематических вариантов выбирается тот, для которого справедливо условие:

x_a x_b … x_r , (22)

где х_а – характеристика передач первой от электродвигателя группы;

x_r – характеристика передач последней от электродвигателя группы.

2.5.2 Выбор второго варианта

Для выбранного в первом случае конструктивного варианта, выбирается еще один кинематический вариант, для которого диапазон регулирования в каждой группе передач удовлетворяет условию:

, (23)

2.5.3 Выбор третьего варианта