Б) Двигатели в приводах главного движения станков с чпу. Их характеристики.

Из-за наличия в двигателях постоянного тока щеточно – коллекторного узла снижающего их надежность и их высокой стоимости. В настоящее время широкое применение находит двигатели переменного тока с частотным регулированием. Современные электроприводы с частотным регулированием очевидно вытесняет двигатели постоянного тока. Они выпускаются мощностью до 100 кВт максимальная частота вращения достигает 7-8 тысяч об/мин. с диапазоном регулирования 10000 и выше.

Привод с бесступенчатым регулированием скорости

Основные достоинства приводов с бесступенчатым регу- лированием — повышение производительности обработки за счет точной настройки оптимальной по режимам резания скорости, воз- можность плавного изменения скорости во время работы, простота автоматизации процесса переключения скоростей. Для бесступенча- того изменения скорости применяют иногда фрикционные вариаторы, чаще — регулируемые двигатели. Принцип действия фрикционного вариатора поясним на примере простейшей лобовой передачи. При смещении ролика вдоль образующей диска изменяется величина ра- диуса, что позволяет изменять передаточное отношение. Однако при передаче вращения в вариаторе неизбежно возникает проскальзыва- ние, так как только в одной точке скорость на поверхности диска совпадает со скоростью на поверхности ролика. Вверх от этой точки скорости на диске выше, чем на ролике, а вниз — ниже. Наличие проскальзывания приводит к изменению передаточного отношения ва- риатора и к его изнашиванию.

Величина проскальзывания зависит от типа вариатора и увели- чивается с увеличением передаточного отношения, поэтому для боль- шинства типов механических вариаторов диапазон бесступенчатого регулирования Rб = 4÷6. Следует учитывать также, что с увеличе- нием передаваемой мощности уменьшается надежность механических вариаторов, поэтому их применяют только в приводах малых и средних по размерам станков.

Для бесступенчатого регулирования скорости в основном при- меняют двигатели постоянного тока с тиристорной системой управле- ния. Эти двигатели все шире используют в станках с числовым уп- равлением, большинство многооперационных станков оснащают та- кими двигателями. При дальнейшем уменьшении стоимости и габа- ритных размеров двигателей постоянного тока их применение будет расширяться.

В этих двигателях диапазон регулирования скорости с постоян- ной мощностью пока лежит в пределах Rб = (Rд)р (иногда до 8—10), что не перекрывает всего требуемого диапазона регулиро- вания на шпинделе с постоянной мощностью R_Р (см. рис. 12.4). Частоты вращения при постоянном моменте (Rд)_м регулируют в очень широком диапазоне. Перспективным является применение бесколлек- торных электродвигателей постоянного тока, что повышает их на- дежность.

В приводе главного движения применяют и регулируемые за счет изменения частота тока асинхронные электродвигатели, у которых n = 60f/p (1 –S) где f — частота тока; p – число пар полюсов; S- скольжение. Эти двигатели обладают высокой надежностью, жесткой характеристикой и обеспечивают регулирование с постоян- ной мощностью во всем диапазоне.

Так как диапазон бесступенчатого регулирования Rб механи- ческих вариаторов или диапазон (Rд)р регулируемых двигателей зна- чительно меньше требуемого диапазона регулирования частот вра- щения шпинделя R_п или Rр при системах комбинированного регу- лирования, между устройством для бесступенчатого регулирования и шпинделем вводят обычно ступенчатую коробку. При этом должно выполняться условие

где R_к — диапазон регулирования коробки скоростей, т. е. коробку скоростей можно рассматривать как переборную группу, расши- ряющую диапазон регулирования привода, и в соответствии с усло- вием (12.14) можно записать

С учетом того, что при бесступенчатом регулировании φ = 1, необходимо, чтобы φк = Rб следовательно, на основании (12.10)

окончательно

что позволяет определить число ступеней коробки скоростей

Вследствие переменного скольжения в электродвигателях, меха- нических вариаторах, ременных передачах фактический диапазон регулирования бесступенчатого устройства может оказаться меньше Rб поэтому во избежание разрыва бесступенчатого ряда оборотов на шпинделе принимают обычно φк = (0,94 ÷ 0,97) Rб.

Если коробка скоростей выполнена в виде одной группы передач, то, учитывая ограничение (12.21), для привода без перекрытия при Z_К = 2 можно обеспечить диапазон регулирования Rп = Rб^г, если Rб ≤ 8; при Z_к = 3 R_п = Rб , если Rб ≤ = 2,8 (если Rб > > 2,8, то в приводе получается перекрытие скоростей и R_п = 8R_б).

Привод с Z_к = 4 = 2_0˙2₁ позволяет получить R_п = Rб , если Rб ≤ 2,8 (при Rб >2,8 получается перекрытие и R п = 8 Rб )

При вычислении Z_К по формуле (12.28) и округлении его значения в большую сторону перекрытие скоростей получается автоматически. В качестве примера на рис. 12.7 изображены кинематическая схема, график частот вращения и диаграмма мощности привода с Z_К = 3 при

В приводе получается перекрытие скоростей, так как Zк = = 2.45 округлено в большую сторону Zк = 3.

В многооперационных станках с числовым управлением иногда сокращают число ступеней скорости, округляя Zк в меньшую сторону, что приводит к небольшому разрыву в средней части диапазона регулирования. Если применен двигатель постоянного тока с двухзонным регулированием, то в этом интервале возможно регулирование частоты при постоянном моменте. На рис. 12.8 приведены график частот вращения и диаграмма мощности привода, построенного для предыдущего примера при Zк = 2. Такой прием упрощает механическую

часть привода , однако он возможен, если технологические операции, осуществляемые в средней части диапазона, не требуют полной мощности, либо их возможно осуществить на заниженных режимах обработки без существенного снижения производительности. Следует учитывать, что в станках с числовым управлением при применении двигателей постоянного тока регулирование скоростей часто ведется не бесступенчато, а ступенчато с малым φ обычно φ = 1,12, реже φ = 1,06). В этом случае упрощается управление приводом, а потеря экономически выгодной скорости незначительна. Широко применяют структуры с перебором, позволяющие расширить общий диапазон регулирования и получить другие преимущества, свойственные этой структуре. На рис. 12.9 изображен график частот вращения привода главного движения многооперационного станка, кинематическая схема которого приведена на рис. 6.16.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ГЛАВНОГО ПРИВОДА

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 безредукторных 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 спо- собствует удобству управления и снижает время на переключение. При этом нет необходимости проходить через ненужные промежуточные положения зубчатых блоков. Конструкция селективной системы управления фрезерного станка представлена на рис. 6.7, описание ее работы приведено в гл. 6. 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) вы-пускают 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 авто- матически с помощью индивидуальных электромеханических (реже гидравлических) приводов. Схемы таких приводов даны на рис. 12.11. Их конструкцию и описание работы см. в гл. 6. В автоматических станках с большим числом механических передач возможны системы управления,выполненные на базе соответствующих селективных или преселективных систем.

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: ко- робки 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 соответствии с общей тенденцией по автоматизации проектноконструкторских работ в станкостроении разработана и действует автоматизированная подсистема «Главный привод» (рис. 12.12), входящая в общую САПР. Подсистема предназначена для синтеза кинематической структуры, проектных и проверочных расчетов элементов привода главного движения с электродвигателями переменного и постоянного тока и механической коробкой скоростей. Подсистема создана для работы в режиме диалога между конструктором и ЭВМ, когда выбор всех принципиальных решений, оценку результатов каждого этапа проектирования осуществляет конструктор, выделяющий задания на проведение последующих этапов проектирования или на повторение предыдущих. При наличии в системе соответствующего оборудования можно получить графическое изображение структурной сетки, эскизы развертки и свертки коробки скоростей. В подсистеме имеется также автоматический справочник, позволяющий накапливать и выдавать по запросу различную техническую информацию (типовые структуры, характеристики комплектующих изделий, необходимые для расчетов).

Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов/ Под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение, 1985.- 256с., ил.

Стр. (202 - 208)