4. Кинематический расчет главного привода с электромеханическим регулированием станка с чпу

4.1. Особенности электромеханического регулирования частот вращения главного привода

В регулируемых электромеханических приводах главного движения станков с ЧПУ в общем случае имеется регулируемый электродвигатель М и коробка скоростей (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Кинематическая схема главного привода с электромеханическим

регулированием электродвигателем и двухступенчатой коробкой скоростей

станка с ЧПУ

Общий диапазон регулирования частот вращения шпинделя (рис. 4.2) равен

или ,

где R_n – диапазон регулирования частот вращения шпинделя:

R_э1 и R_э – диапазоны бесступенчатого электрического регулирования частот вращения шпинделя и электродвигателя; R_э1 = R_э:

R_м – диапазон регулирования частот вращения механической коробки скоростей:

n_min и n_max – предельные частоты вращения шпинделя;

n_{э min} и n_{э max} – предельные частоты вращения электродвигателя;

φ_м и z – знаменатель геометрического ряда частот вращения и число ступеней коробки скоростей.

Рис. 4.2. График частот вращения главного привода с электромеханическим

регулированием электродвигателем и двухступенчатой коробкой скоростей

станка с ЧПУ

Кинематика коробки скоростей в сочетании с электрическим регулированием двигателем позволяет получить на шпинделе число электрических диапазонов частот вращения R_эi, равное числу ступеней z коробки скоростей при бесступенчатом регулировании в каждом диапазоне, т. е. R_э1, R_э2,…, R_эz.

При применении электродвигателя с системой двухзонного регулирования с постоянным моментом R_эT и постоянной мощностью R_эN и коробки скоростей с диапазоном механического регулирования R_м общий диапазон регулирования частот вращения шпинделя (см. рис. 4.2) может иметь вид

где R_nT и R_эT – диапазоны регулирования частот вращения шпинделя и электродвигателя при постоянном моменте, при этом R_nT = R_эT ;

R_nN и R_эN – диапазоны регулирования частот вращения шпинделя и электродвигателя при постоянной мощности, при этом R_nN = R_эNR_м;

R_э – диапазон бесступенчатого регулирования частот вращения электродвигателя, при этом R_э = R_эT·R_эN.

Из графика частот (см. рис. 4.2) следует, что имеются следующие зависимости диапазонов регулирования частот вращения:

R_nT = = R_эT = R_nN = R_эN = R_м =

где n_эmin, n_эн и n_эmax – минимальная фактическая для данного привода, номинальная и максимальная частоты вращения электродвигателя;

n_max и n_р – максимальная и расчетная частоты вращения шпинделя:

n_min и R_n – минимальная частота и диапазон регулирования частот вращения шпинделя.

Коробка скоростей состоит из последовательно расположенных элементарных и групповых двухваловых передач, переключение которых может обеспечиваться передвижными блоками, зубчатыми муф-тами и т. д. Групповая передача представляет собой совокупность передач, связывающих вращение двух соседних валов. Она характеризуется количеством передач в группе z_j, величиной их передаточных отношений i_j, характеристикой x_j и диапазоном регулирования R_j. Приводы с коробкой скоростей, имеющей одну групповую передачу, имеют ограниченный диапазон механического регулирования

где φ_м и z – знаменатель геометрического ряда частот вращения и число ступеней коробки скоростей.

В связи с ограничением диапазона регулирования групповой передачи знаменатель ряда частот вращения φ_м одногрупповой коробки скоростей тоже имеет ограниченные значения:

и .

Следовательно, знаменатель ряда φ_м частот вращения, переключаемых коробкой скоростей, имеет определенные предельные значения в зависимости от числа ее ступеней z:

а) при z = 2₁ φ_м ≤ 8,0;

б) при z = 3₁ φ_м ≤ 2,8;

в) при z = 4₁ φ_м ≤ 2,0 и при z = 4 = 2₁ 2₂ φ_м ≤ 2,8.

Допускаемые стандартные значения знаменателя геометрического ряда частот вращения шпинделя φ_м в зависимости от числа ступеней коробки скоростей z могут приниматься равными: 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 (т. е. при z = 4, φ_м = 1,12–2,0); 2,24; 2,5; 2,8 (т. е. при z = 3 и z = , φ_м = 1,12–2,8); 3,15; 3.55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6,3; 7,1; 8,0 (т. е. при z = 2, φ_м = 1,12–8,0).

Если знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя, включаемых механической коробкой скоростей φ_м равен диапазону регулирования электродвигателя при постоянной мощности R_эN, т. е. φ_м = R_эN (рис. 4.3), то получается бесступенчатое регулирование частот при постоянной мощности R_nN и непрерывный ряд частот вращения шпинделя от n_р = 224 мин^-1 до n_max = 4500 мин^–1.

При φ_м < R_эN привод будет иметь перекрытие частот вращения на шпинделе при постоянной мощности R_nN при n = 800 – 1000 мин^–1 (рис. 4.4) и сокращение общего диапазона регулирования R_n, а также снижение максимальной частоты вращения шпинделя до n_max = = 3550 мин^–1.

Рис. 4.3. График частот вращения главного привода с непрерывным бесступенчатым регулированием при постоянной мощности при φ_м = R_эN

Рис. 4.4. График частот вращения главного привода с наложением диапазонов

регулирования при постоянной мощности при φ_м < R_эN

Если φ_м > R_эN, то имеет место выпадение частот вращения на отдельных участках диапазона бесступенчатого регулирования при постоянной мощности R_nN, например на участке при n = 1000–1120 мин^–1 (рис. 4.5), которые перекрываются диапазонами регулирования при постоянном моменте, а общий диапазон регулирования частот R_n увеличивается и максимальная частота вращения шпинделя повышается до n_max = 5000 мин^–1.

Рис. 4.5. График частот вращения главного привода с разрывом в бесступенчатом диапазоне регулировании при постоянной мощности φ_м > R_эN

Число ступеней одногрупповой коробки скоростей может определяться по формуле

а из условия непрерывного бесступенчатого регулирования частот при φ_м = R_эN и при условии ограничения R_м ≤ 8 соответственно по выражениям

или и или .

4.2. Этапы кинематического расчета главного привода

станков с ЧПУ

4.2.1. Особенности кинематического расчета главного привода

с электромеханическим регулированием станков с ЧПУ

Кинематический расчет главного привода заключается в подборе оптимального конструктивного и кинематического вариантов и определении оптимальных передаточных отношений и передаточных чисел зубьев зубчатых передач. Кинематический расчет регулируемого электромеханического привода главного движения металлоре-жущих станков с ЧПУ производится по известной методике с составлением структурной формулы и построением графика частот вращения. Однако кинематический расчет этих приводов имеет осо-бенности, так как электродвигатель имеет бесступенчатое регулирование частот вращения, а подсоединенная к нему механическая коробка скоростей с небольшим числом ступеней – ступенчатое регулирование частот вращения. В общем случае кинематический расчет главного привода с электромеханическим регулированием делится на ряд этапов.