3.3. Привод подачи
Привод подачи обеспечивает перемещение рабочего органа станка (стола, каретки, суппорта и т. п.). Типовая кинематическая схема исполнительного механизма электромеханического привода подачи приведена на рис. 3.4.
Основным видом тягового устройства станков с ЧПУ является передача винт-гайка качения или шарико-винтовая передача. Эта передача используется в приводах подачи и позиционирования столов, суппортов и других подвижных узлов станков. Широкое применение передачи обусловлено высоким КПД, связанным с низкими потерями на трение, незначительным влиянием частоты вращения винта на силу трения, отсутствием осевого зазора и достаточно высокой жесткостью.
Рис. 3.4. Схема исполнительного механизма привода подачи
К недостаткам передачи винт-гайка качения относят сложность конструкции, высокую трудоемкость изготовления, отсутствие самоторможения.
Передача винт-гайка качения включает винт, гайку, шарики и устройство возврата шариков.
В передаче распространен полукруглый профиль резьбы, как наиболее технологичный.
Предварительный натяг, повышающий точность и жесткость передачи, создается и регулируется путем взаимного осевого смещения или поворота двух гаек. По конструкции механизмов передачи винт-гайка качения бывают в основном трех типов:
передачи с двумя гайками, снабженными зубчатыми венцами;
передачи с односторонней регулировкой натяга;
передачи с двумя гайками по DIN 69051.
Эти конструкции различаются методами регулирования натяга и устройствами для возврата шариков. Конструкции и основные размеры этих передач приведены в литературе [12].
За номинальный размер передачи принимают диаметр d0 условного цилиндра, на котором располагаются центры шариков; р – номинальный шаг. Предпочтительными значениями номинального шага считают 2,5; 5; 10; 20 мм.
В табл. 3.3 приведены размеры передачи по ГОСТ 25329-82.
Таблица 3.3
Размеры передачи по ГОСТ 25329-82
Номинальный диаметр d0, мм |
Шаг резьбы р, мм |
Номинальный диаметр d0, мм |
Шаг резьбы р, мм |
6 |
2,5 |
40 |
5; 6; 8; 10; 12 |
8 |
2,5 |
50 |
5; 6; 8; 10; 12; 16 |
10 |
2,5 |
63 |
5; 8; 10; 12; 16; 20 |
12 |
2,5; 3; 4; 5 |
80 |
6; 8; 10; 12; 16; 20 |
16 |
2,5; 3; 4; 5; 6 |
100 |
8; 10; 12; 16; 20 |
20 |
3; 4; 5; 6; 8 |
125 |
10; 12; 16; 20 |
25 |
4; 5; 6; 8; 10 |
160 |
10; 12; 16; 20 |
32 |
4; 5; 6; 8; 10; 12 |
200 |
10; 12; 16; 20 |
Параметры передач винт-гайка качения приводов подач многооперационных станков приведены в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Параметры передач винт-гайка качения
Номинальный диаметр d0, мм |
Шаг резьбы p, мм |
Осевая жесткость, Н/мкм, не менее |
Момент холостого хода, Н∙м |
Статическая грузоподъемность С0, Н |
Динамическая грузоподъемность С, Н |
20 |
5 |
300 |
0,08…0,16 |
15 500 |
6 200 |
25 |
5 |
420 |
0,1…0,26 |
20 000 |
8 900 |
32 |
5 |
590 |
0,2…0,5 |
26 700 |
11 000 |
32 |
6 |
550 |
0,21…0,45 |
29 900 |
12 000 |
40 |
5 |
750 |
0,33…0,82 |
35 300 |
12 300 |
40 |
6 |
700 |
0,3…0,76 |
37 800 |
13 400 |
40 |
10 |
620 |
0,25…0,63 |
61 100 |
30 400 |
50 |
5 |
960 |
0,52…1,3 |
44 900 |
13 500 |
50 |
6 |
910 |
0,5…1,2 |
52 920 |
15 800 |
50 |
10 |
850 |
0,46…1,14 |
80 200 |
34 100 |
50 |
12 |
750 |
0,45…0,98 |
81 900 |
34 500 |
63 |
10 |
1090 |
0,78…1,95 |
107 000 |
38 300 |
80 |
10 |
1430 |
1,28…3,21 |
141 000 |
42 800 |
80 |
20 |
1240 |
1,04…2,61 |
212 000 |
84 300 |
100 |
10 |
1850 |
2,08…5,2 |
179 000 |
47 000 |
100 |
20 |
1780 |
2,1…5,24 |
276 000 |
93 100 |
В электромеханических приводах подачи с бесступенчатым регулированием скорости применяются транзисторные или тиристорные электроприводы на базе двигателей специального исполнения: высокомоментных и малоинерционных двигателей постоянного тока, вентильных и шаговых. Разработаны и частотно-регулируемые асинхронные приводы на базе короткозамкнутых двигателей.
Электроприводы на базе двигателей постоянного тока с постоянными магнитами – коллекторных и вентильных – предусматривают регулирование напряжения на якоре, в двигателях с независимым электромагнитным возбуждением дополнительно изменяется напряжение возбуждения.
В состав исполнительного механизма перемещения входят: электродвигатель М, соединительная муфта 1, тяговое устройство 5 (обычно шарико-винтовая передача) и его опоры 3. В приводе подачи иногда используют редуктор 2. В некоторых станках для реализации быстрых перемещений применяется коробка передач, переключаемая электромагнитными муфтами.
Система управления приводом подачи, как правило, строится по принципу подчиненного регулирования (рис. 3.5), и представляет собой многоконтурную схему, в которой внутренние контуры обеспечивают ограничение промежуточных координат и служат дополнительным средством коррекции для основного контура регулирования положения исполнительного механизма.
УЧПУ
10
Рис. 3.5. Схема функциональная следящего привода подачи: 1 – блок задания устройства УЧПУ; 2 – регулятор положения; 3 – комплектный электропривод;
4 – двигатель подачи; 5 – тахогенератор; 6 – суппорт станка; 7 – круговой
измерительный преобразователь обратной связи по положению вала двигателя; 8 – линейный измерительный преобразователь обратной связи по положению
стола; 9 – блок задания коррекции перемещения; 10 – блок сравнения;
11 – регулятор ошибки перемещения; 12 – блок суммирования
В качестве внутренних связей применяются отрицательные обратные связи по напряжению и току якоря, частоте вращения и положению вала двигателя. Роль регуляторов внешних контуров регулирования положения играет система ЧПУ. В прецизионных станках большое влияние на точность оказывают зазоры и упругие деформации в кинематической цепи. Линейный измерительный преобразователь контролирует положение суппорта и совместно с ЧПУ обеспечивает автоматическую коррекцию погрешностей кинематики. Дополнительно может применяться адаптивное регулирование, например, стабилизация мощности, усилия, упругих деформаций или температуры резания, оптимизация режима обработки .