4.4. Исполнительные механизмы.

К ним относятся устройства, реализующие коротко ходовые манипуляционные перемещения с минимальным усилием, а также перемещения, связанные с управлением рабочих органов технологического оборудования и приводов (переключение, включение, отключение, торможение, синхронизация, регулирование частоты и скорости вращения др.)

Электромагниты - применяются, когда требуется осуществить небольшое ненагруженное быстрое линейное перемещение. Принципы действия основан на втягивании металлического сердечника в катушку при прохождении в ней электрического тока. При отсутствии тока в катушке сердечник может автоматически возвращаться в исходное положение под действием пружины. Однако движение сердечника , в отличии от штока пневмо или гидро золотника плохо поддается контролю. Как правило, можно реализовать дискретное перемещение, а не медленный контролируемый ход. Используется, как правило, для включения приводов.

Реле – электромагниты, включающие и выключающие электрические цепи. Цепи управления обычно работают при пониженном напряжении и значительно меньшей силе тока, чем силовые.

Реле являются основой для построения логических цепей при решении задач автоматического управления.

Реле бывает с блокировкой или без блокировки. В случае с блокировкой для срабатывания достаточно подать в цепь одиночный импульс. Без блокировки необходимо наличие тока в цепи на протяжении всего времени, требуемого для работы цепи.

Особенно необходимы реле для коммутации силовых цепей электродвигателей.

Устройства пневмо- гидроавтоматики. К ним относят пневмо- гидрозолотники , краны включения и переключатели различного типа, Их применяют для управления потоками рабочей среды в пневмо- гидросистемах, для реализации короткоходовых поступательных движений.

4.5.Приводы

Двигатели – это вид приводов , к которым относят не только электродвигатели, но и пневмо- и гидромоторы, являющиеся обратными по действию насосам.

Шаговые двигатели – управляются дискретно подаваемыми импульсами напряжения постоянного тока, что позволяет им обеспечивать точные угловые перемещения. Используются в приводах станков с ЧПУ и ПР, Благодаря наличию обратной связи с системой управления с помощью Ш.Д. можно обеспечить следящий привод.

Наиболее эффективное применение ШД – привод подач у м\р станков. Их основные показатели:

- полоса пропускания; верхняя граница, по которой определяется максимальная частота командных импульсов, отрабатываемых в установившемся режиме на холостом ходу;

- приемистость; наибольшая частота следования импульсов, при которой возможны внезапный пуск и останов шагового двигателя без потери шага;

Эти показатели характеризуют быстродействие привода.

Принцип действия ШД напоминает работу поворотного электромагнита. Магнитопроводящий ротор с полюсами стремится повернуться так, чтобы полюсы оказались в положении наибольшей проводимости магнитного потока, образованного электрическим током, проходящим через одну из трех обмоток секций статора.

ШД обеспечивает строго выдержанный угол поворота ротора при подводе к его обмоткам постоянного напряжения. Подавать напряжение к разным обмоткам статора необходимо в определенной последовательности. Частота подаваемых на ШД импульсов изменяет угловую скорость вращения ротора. Разрешающая способность ШД – мгновенный перепад частот, отрабатываемый двигателем без пропуска хотя бы одного импульса. Шаг на выходном валу может меняться от 0,5 до 10 град.

Высокомоментные двигатели имеют возбуждение от постоянных магнитов , но они тихоходны.

Мощность электропривода N определяется :

N=Mn 10,2, (4.1)

где М – момент на валу; n – число оборотов вала двигателя.

Для преобразования вращательного движения в поступательное используют шариковую винтовую пару «винт-гайка качения» . Величина продольного усилия определиться:

, (4.2)

где h- шаг ходового винта.

Реверсирование ШД достигается изменением последовательности подключения обмоток статора.

У серводвигателей постоянного тока – применение аналогично Ш.Д. Имеется контур обратной связи, Когда рассогласование сигнала прямой и обратной связи сведено к нулю, напряжение также снижается до нуля. Более развитые серводвигатели могут регулировать напряжение пропорционально скорости изменения рассогласования или пропорционально результатам суммирования накопленного рассогласования по времени.

Важной особенностью С.Д. и Ш.Д. является способность сохранять вращающий момент в неподвижном состоянии.

Пневмо и гидроцилиндры имеют конструкции, которые можно разделить на цилиндры с двухсторонним штоком, односторонним штоком и имеющим плунжер. На рис.4.6 приведена схема гидроцилиндра, обеспечивающего возвратно-поступательное движение исполнительного рабочего органа 6 станка (стол, суппорт, ползун).

Движение осуществляется при подаче масла к поршню 2 (по трубопроводам 1 или 4 в цилиндр 3). Стол 6 (рис.4.6) совершает движение в противоположные стороны с одинаковыми подачами.

Корпус 3 неподвижен. Шток 5 работает на растяжение.

(4.3)

где Q- расход масла; D- диаметр цилиндра; d- диаметр штока; S и S1- подача влево и вправо.

Эффективная (полезная) мощность насоса в гидросистеме :

(4.4)

где Р- рабочее давление в системе; Q- производительность насоса.

Усилие, развиваемое на штоке гидро- или пневмоцилиндра :

(4.5)

где F- величина силы; р- давление в системе.

Кинематические цепи – используются, когда необходимо обеспечить отбор мощности от основного привода главного движения для выполнения какого-либо дополнительного движения или подключения дополнительного механизма. Преимущество такого конструктивного решения , по сравнению с дополнительным приводом, - синхронизация или согласование основного и дополнительного вспомогательного движения.

Зубчатые колеса на валах, кулачки, рычаги и храповые механизмы являются компонентами отводных кинематических цепей.

Мальтийские механизмы служат для осуществления прерывистого поворота делительных столов. На рис.4.7. изображен такой механизм, обычно устанавливаемый снизу стола. Он состоит из двух дисков: ведущего (кривошипа) и ведомого (креста). Передача движения осуществляется роликом кривошипа, входящим в радиальные прорези креста, имеющие форму арок. Кривошип вращается постоянно, передовая вращение кресту во время прохождения угла В. Всю оставшуюся часть поворота кривошипа стол остается неподвижным. Этот период – период выстоя, используется для выполнения работы на позициях делительного стола.

Следует обратить внимание на то, что при входе и выходе штифта из прорези вектор скорости его движения направлен строго по радиусу. Это необходимо для обеспечения плавного начала поворота и полной неподвижности стола во время выстоя. Фактически любое смещение стола по инерции во время выполнения работ (фаза выстоя) приведет к тому, что штифт кривошипа не войдет в следующий паз. Это является серьезной неисправностью. Время индексации и время выстоя зависит от частоты вращения кривошипа и не меняется от такта к такту.

Арочные пазы

Ведомый диск

Ролик, обкатывающий В.Д. по переферии и пазам

Ось вращения В.Д.

шатун

Ведущий диск

Рис.4.7.Мальтийский механизм.

Количество позиций тактовых столов с мальтийскими механизмами меняется от 3 до 8. Схема рис.4.8 дает полный расчет соотношений между числом позиций, времени выстоя, времени индексации и частотой вращения кривошипа.

С

В

А

Ведущий диск

Ведомый диск

Рис.4.8. Схема расчета М.М.

Из построения следует, что сумма углов А и В равна 180 градусам. Сумма углов В и С равна360 градусам.

где - время индексации , с

Тв- время выстоя, с

Тт- время такта, с

n- частота вращения кривошипа,

60- переводной коэффициент, с/мин

Пример.

Мальтийский механизм делит.стола имеет шесть позиций. Частота вращения кривошипа 12 . Определить: а) время индексации

б) время выстоя

в) идеальную производительность (количество тактов в 1ч.)

Решение:

Идеальная производительность