25. Особенности конструирования приводов подач. Особенности структур приводов подач станков с чпу. Расчет тягового усилия и выбор электродвигателя

Приводы главного движения различают по виду привод­ного двигателя, способу переключения частот вращения и компоновке. Совершенствование двигателей постоянного и переменного тока с частным регулированием и систем их регулирования позволит пол­ностью отказаться от механических коробок скоростей, выполнять шпиндельную бабку в виде отдельного унифицированного узла. Уже сейчас созданы электромеханические приводы главного движе­ния в виде модуля с планетарным редуктором на две ступени (рис. 12.10). Другой особенностью новых электроприводов главного движения является дальнейшее развитие без редукторных электромеханических шпиндель­ных узлов, в которых ротор электродвигателя насаживают непосред­ственно на шпиндель станка.

Способ переключе­ния передач опреде­ляется назначением станка и в основном зависит от частоты переключения, необходимости его автоматиза­ции и дистанционного управления приводом.

Системы ручного переключения пока еще применяют в универ­сальных станках общего назначения; основные их достоинства — простота и низкая стоимость. Как правило, применяют однорукояточные селективные (избирательные) системы управления, что спо­собствует удобству управления и снижает время на переключение. При этом нет необходимости проходить через ненужные промежуточ­ные положения зубчатых блоков. В универсальных станках применяют и электрогидравлические механизмы преселективного управления. Под преселективным управлением понимают такое управление, при котором необходимые режимы обработки на следующую операцию можно установить во время работы станка на предыдущей, что сокращает вспомогательное время, связанное с управлением станком.

В автоматических станках переключение скоростей часто осуще­ствляется с помощью электромагнитных фрикционных или зубчатых муфт. Применение электромагнитных фрикционных муфт позволяет переключать скорости в процессе работы станка, однако уменьшает КПД станка, так как все зубчатые передачи находятся в зацеплении и существует повышенное трение в дисках.

Автоматические коробки скоростей с электромуфтами (А КС) вы­пускают централизованно с 9, 12 и 18 ступенями семи габаритов, рассчитанные на мощности от 1,5 до 55 кВт. Так как электромагнит­ные муфты нежелательно встраивать в шпиндельные бабки станков, то в станках с числовым управлением в приводах с двигателем по­стоянного тока применяют зубчатые передачи, переключаемые авто­матически с помощью индивидуальных электромеханических (реже гидравлических) приводов. В автоматических станках с большим числом механических передач возможны системы управления, выполненные на базе соответствующих селективных или преселективных систем.

Схемы механизмов переключения передач в станках с ЧПУ: а — с реечной передачей; б — с передачей винт—гайка; в — с гидроцилиндром

Компоновка привода главного движения определяется общей компоновкой станка, связанной с его служебным назначением и типоразмером, а также связями между отдельными элементами привода: двигателем, коробкой скоростей и шпиндельной бабкой. При раздельном приводе механическая часть состоит из двух узлов: ко­робки скоростей (редуктора) и шпиндельной бабки, соединяемых ре­менной передачей. Иногда в шпиндельную бабку помещают перебор­ную группу. По такому типу конструируют приводы станков с чис­ловым управлением с обычными асинхронными двигателями и А КС Для удобства надевания ремней применяют консольное расположение шкива на конце шпинделя. Для создания более компактного привода применяют компоновки, в которых механическую часть встраивают непосредственно в шпиндельную бабку. Следует учиты­вать, что в этом случае вибрации, возникающие в коробке скоро­стей, а также выделяющаяся в ней теплота влияют на положение шпинделя и на точность его вращения.

В подсистеме имеется также автоматический справочник, позво­ляющий накапливать и выдавать по запросу различную техническую инф-цию (типовые структуры, хар-ки комплектующих изделий, необходимые для расчетов).

26. Шпиндельные узлы. Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам, материалы. Исполнение.

Шпиндель, являющийся конечным звеном привода глав­ного движения и предназначенный для крепления инструмента или заготовки, оказывает существенное, часто лимитирующее, влияние на точность, производительность и надежность всего станка. Шпин­дельные узлы станков в соответствии с предъявляемыми к ним тре­бованиями должны обеспечить следующее.

1. Передачу на заготовку или инструмент расчетных режимов для заданных технологических операций.

2. Точность вращения, оцениваемую радиальным и осевым бие­нием переднего конца шпинделя; для станков общего назначения в за­висимости от класса точности станка должна соответствовать стан­дартным значениям; для специальных станков точность вращения зависит от требуемой точности обработки.

3.Жесткость (радиальная и осевая), определяемая по деформа­ции шпинделя под нагрузкой; при этом жесткость на переднем конце шпинделя, Н/мкм,

где F — сила, приложенная на переднем конце шпинделя, Н; у— прогиб переднего конца шпинделя, мкм.

Деформация шпиндельных узлов в общем балансе упругих пере­мещений станков доходит до 50 %, а в некоторых типах до 85 %. Иногда ограничивают приведенной величиной жесткость перед­него конца шпинделя станков нормального класса точности.

Возможно также определение жесткости шпинделя, исходя из тре­бований к точности обработки. При этом определяют прогиб у от сил резания и момента привода при соответствующих режимах обработ­ки.

4. Высокие динамические качества (виброустойчивость), которые определяются амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний. Вибрации, возникающие в шпин­дельном узле, отрицательно сказываются на точности и чистоте об­работки, стойкости инструмента и производительности станка Же­лательно, чтобы собственная частота шпинделя была не ниже 500— 600 Гц.

5. Минимальные тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла, так как они влияют как на точность обработки, так и на работоспособность опор. Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников. Норма нагревания установлена только для станков класса Н (допустимый нагрев на наружном кольце подшипника составляет 70 ^СС .

6. Долговечность шпиндельных узлов, которая зависит от долго­вечности опор шпинделя, которая в свою очередь во многом зависит от эффективности системы смазывания, уплотнений, частоты враще­ния, величины предварительного натяга в подшипниках качения и т. д. Долговечность шпиндельных узлов определяют по усталости, износу деталей не регламентирована, ее подшипника или потере смазочных свойств масла. Диаметр шейки шпинделя выбирают по критерию жесткости, что обычно обеспечивает долговечность подшипников. При применении бесконтактных опор (гидростатических, гидродинамических и аэростатических) долго- вечность теоретически считают неограниченной.

7. Быстрое и точное закрепление инструмента или обрабатываемой детали в шпинделе станка; в современных станках требуется автоматизация этой операции.

8 . Минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного

НИИ. узла при удовлетворении всех остальных требований.

Конструктивное исполнение

Материалы шпинделей и термообработка. Для шпинделей стан­ков нормальной точности применяют конструкционные стали 45, 50, 40Х с поверхностной закалкой (обычно закалка с нагревом ТВЧ) до твердости HRC 48—56. Шпиндели сложной формы изготавли­вают из сталей 50Х, 40ХГР и применяют объемную закалку HRC 56—60.