3.3. Методика расчета кинематики бесступенчатого привода подач станков с чпу

В существующих станках используются приводы от шагового электродвигателя (рис.4а), следящие приводы от высокомоментного двигателя (ПБВ) и вентильного электродвигателя переменного тока (рис.4б, 4в).

В приводе подач от шагового электродвигателя (ШД) преобразователь измерительный (ПИ) отсутствует (рис. 4а). Точность позиционирования определяется погрешностями отработки ШД командных импульсов, а также зазорами и упругими деформациями кинематической цепи от двигателя до рабочего органа (РО – стола, суппорта). Шаговые приводы применяются в маломощных токарных и фрезерных станках. На рис. 4а приведена функциональная блок-схема управления шаговым электродвигателем ШД.

Из вычислительного устройства программный сигнал поступает в импульсный усилитель (ИУ), где усиливается и поступает в блок формирования (БФ), где формируется в прямоугольные импульсы. Далее сигнал поступает в кольцевой коммутатор (КК), который поочерёдно коммутирует статорные обмотки ШД сигналами, усиленными в усилителях мощности (УМ).

Более высокую точность обеспечивают высокомоментные и вентильные электроприводы переменного тока. Тахогенератор (ТГ), установленный на валу электродвигателя, является датчиком (ПИ) обратной связи по скорости.

Датчиком (положения) обратной связи по пути является круговой датчик типа вращающегося трансформатора (редусин) и (или) линейный датчик индуктосин (ИНД).

3.3.1. Методика расчета кинематики привода с шаговым электродвигателем

1) Определяется цена импульса.

Шаговый привод на каждый программный импульс отрабатывает перемещение :

; мм, (13)

где V_s – скорость подачи (V_smin или V_smax) мм/мин,

f - частота импульсов, поступающих на обмотку ШД (Гц).

2) Определяется передаточное отношение между ШД и винтом подачи.

Уравнение кинематического баланса цепи привода имеет вид:

1_имп ^. (14)

где _u – угол поворота якоря ШД на один импульс (1.5⁰),

- передаточное отношение между ШД и винтом подачи (зубчатая пара колес),

Р_хв – шаг винта подачи (2.5 мм.; 5 мм.).

Шагом винта подачи задаются из конструктивных соображений.

Определяется неизвестное из уравнения:

(15)

По полученному подбираются числа зубьев зубчатых колес.

3.3.2. Методика расчета кинематики привода подач с вентильным

электродвигателем

1) Определяются предельные подачи U_smin и U_smax из режимов резания с учетом данных современных станков.

2) Определяется мощность привода подач:

(16)

где Р – мощность привода подач, кВт;

Q – тяговая сила, Н;

V_s – скорость подачи с тяговой силой Q, мм/мин.

Для суппортов токарных станков с комбинированными направляющими

Q = .

Для суппортов и столов с прямоугольными направляющими:

Q = ,

где Р_х, Р_у, Р_z – составляющие силы резания, Н;

G – сила от веса перемещаемого узла, Н;

- приведенный коэффициент трения для направляющих:

скольжения =0.10–0.18; качения =0.003-0.005.

К – коэффициент, учитывающий опрокидывающий момент, К = 1.15 - 1.4.

3) Выбирается электропривод по каталогу электроприводов.

4) Выбирается шаг ходового винта из стандартного ряда – 5 мм, 10 мм, 20 мм.

5) Вычисляется передаточное отношение редуктора из уравнения кинематического баланса:

(17)

Откуда

(18)

где - минимальная частота вращения вала электродвигателя.

При применяется кинематическая схема (рис 4в).

6) Вычисляется максимальная подача , обеспечиваемая данным приводом:

(19)

7) Сравнивается с заданной . Если < , то корректируют или или выбирают другой электропривод.

8) Определяют числа зубьев зубчатых колес редуктора.

9) Приступают к разработке чертежей проекта. Начинать рекомендуется с листа продольного разреза (см. приложения ).