3. Требования, предъявляемые к электроприводам механизмов главного движения металлорежущих станков и их реализация в комплектных электроприводах.

Классификация:

1. По универсальности

Кода станок может обеспечивать различные детали, разные способы обработки, формы (универсальный)

Специализированные (Обеспечивает однотипные обработки деталей)

Специальные (Обработка только одного типа деталей)

2. По степени автоматизации

- ручные

- автоматич.

- полуавтоматич.

3. По точности

Н – нормальные, П – повышенной, В – высокой, С – особо точные, А – особо высокоточные.

4. По массе

- легкие (1 тонна), - средние (до 10 тонн), - тяжелые (до 100 тонн и выше).

5) По видам обработки

- токарные, - сверлильные, - дорезающие, - расточные, продольно-стогарные, - шлифовальные, - расточные.

Относит. движения загатовки детали назыв. основыным.

Основные движения:

- главное (в результате которого - резание);

- движение подачи (снятие нового слоя стружки);

При токарн. – вращение детали –главное, S1, S2 – движение подачи,

При строгании – V- главное, S – движение подачи.

Сверла, враз сверла – главное, особое перемещение сверла - движ. подачи.

Фрезера – вращ. фрезера – главный, особое перемещение детали – движ. подачи.

Основ. движ-ия могут быть, как вращат. так возвратно-поступательными, а движ. подачи всегда линейными.

Рисунок 5.2 Технологические процессы металлообработки (а - точение, б - строгание, в – сверление, г – фрезерование)

В соотвествии с этими дв-ями в станказ сущ-ют вспомогательные дв-ля подачи охлаждающей жидкостью, смазывающей, закрепления и освобождения детали, уст-во сменного инструмента, промежуточный контроль размеров детали в процессе обработки.

В соответствии со сказанным существуют:

- ЭП мех-ма главного движ.

- ЭП мех-ма движ. подачи

- ЭП вспомогательных механизмов.

Рисунок 5.1 Многооперационный сверлильно-фрезерно-расточной станок

1. Станина, 2- поворотный стол, 3- шпиндель, 4- манипулятор, 5 - магазин инструментов, 6 - шпиндельная бабка, 7- стойка

Особенности мех-ов главного движения.

До недавнего врем. основным вариантом ме-ом глав. дв. был одно или двухскоростной АД, короткозамкнутым ротором и ступенчатым регулированием скорости.

Управление коробкой осущес-ся автоматически с помощью электромагнитных или гидравлических устр-в.

В наст. время признано, что это не самое лучшее решение, т.к. многоступенчатая коробка передач громоздка и дорога, а регулирование скорости ступенчато, поэтому от нее начинают отказываться.

В наст. вр. основным направ-ем развития основано ЭП мех=ов гл. дв. признано, что диапазон регул. скорости должен реализован при относит. простой двухступенчатой коробке передач, за счет … регулирования скорости дв-ля.

Требования к ЭП мех-ов главного движ.

В качестве общих требований явл-ся:

1. Обеспечение технологии режимов работы (скорости резания)

2. Высокая чистота поверхности после обработки

3. Высокая повторяемость размера

Мощность приводного дв-ля определяется исходя их скорости и усилия резания, кот. рассчитываетя по сложным матем. формулам для конкретных условий, учитывается хар-р обработки материала реза и детали, скорость резания.

Требующ-ся диапазон регулирования скорости обычно рассчитывается исходя из условия поддержания постоянства толщины резания и зависит от изменения скорости резания по технологии и от диаметра обрабатываемого изделия.

Позиционирование с точность. 10% диапазон регулирования скорости шпинделя резного станка при максимальной частоте вращения 5000-6000 суммарн. диапазон регулирования не ниже 10000:1

Обычно для станков треб. технолог. режим регулирования скорости в диапазоне (20-50:1 при наличии 2х ступенчатой коробки передач электромеханизм регулирования скорости д.б не более (5-10):1

Для метеллорежущих станков регламентируется допустимые значения ошибок регулирования скорости по отношению к Зп1 основным возмущающим воздействием (нагрузка, температура окр. ср., напряжение сети.)

Нагрузка от (0,4-1)М_ст.м

U_сети ±10%

t⁰_окр.ср от 25⁰±5 ⁰С до 45 ⁰С

К мех. глав. движ. максимальные требования по качеству ПП, т.к. это влияет на производительность станка.

Таблица 5.1 Допустимые значения ошибок регулирования скорости вращения двигателя механизма главного движения.

Диапазон регулирования скорости	Погрешность в % от установившегося значения скорости
(0,1÷1)	5	2	2	0,1
(0,01÷0,1)	15	5	5	0,15
(0,001÷0,01)	-	-	-	0,4

Особенности и требования к ЭП механизмов подачи

В ЭП мех-ов подач приобразование вращательного движения дв-ля в поступательное обеспечивается 2мя типами мех-ов.

- винт – гайка.

- шестерня - рейка.

Рисунок 5.3 Механизмы, обеспечивающие преобразование вращения вала двигателя в поступательное движение

В связи с внедрением сложных операция станков обеспечивающих несколько операций, существенно повысились требования в ЭП мех-ов подачи станков.

Усложнение ЭП мех-ов подачи обусловлено след. пичинами:

- Возрос крутящий момент приведенного вала двиг-ля.

- Расширился диапазон рабочих подач и установочных перемещение.

Раб. подача двиг. в процессе подач устанав. по воздуху, перемеща. инструмента из исходного состояния в зону резания.

Сущ-но изменились конструкции мех-ов передач.

Прекращение использование редуктора, привело в увеличению КПД и уменьшению суммарного момента, но сказалось на увеличение Мст на валу дв-ля и моменте холостого хода.

Поэтому в соврмен. станках применяют специал. высокомоментные дв-ли, а Мхх=(30-40)Мн.

В связи с повышенными требованиями по перегрузочной способности, а так же требуемые диапазоны регулирования скорости, для ЭП мех-ов станков разработанные специальные серии дв-лей, а так же внесены конструктивные изменения в двиг-ли общепромышленных серий.

Для двигателей пост. тока с постоянным возбуждением применяется компенсационная обмотка, обеспечив. компенсацию и как в следствии увеличение диапазона регулирования скорости ослаблением потомка до 4:1 и увеличенной перегрузочной способности дв-ля.

Для дв-лей серии 2П обеспечивается 2х кратная перегрузка в течении 60 сек., 3х – в течении 10 секунд, 5ая – при пуске до номинальной скорости.

Двигатели 2П выполняются с удлиненным якорем, что позволяет снизить момент инерции дв-ля на 40% и снизить диаметр дв-ля и облегчить его встраемость в конструкцию станка.

Двигатели перменног тока серии 4А рассчитаны на работу станков с частотно-регулируемым приводом.

Для дв-лей подачи с высоким быстродействием по отношению к управляющему воздействию создаются спец. дв-ли, обладающие высоким крутящим моментом и малым моментом инерции. К таким дв-лям относит. быстродействующие дв-ли с гладким дисковым печатным якорем, низкоскоростные высокомементные дв-ли с возбуждением от пост. магнитов. Вентильные (бесконтактные) дв-ли, шаговые дв-и.

В дв-лях с гладким якорем отсутствуют пазы на якоре., а обмотка якоря располягается на поверхности якоря. В этом случае диаметр якоря сущ-но снижается, а как в следствии и момент инерции.

В связи с отсутствием пазов для дв-лей характерные электромагнитные постоянные времени снижаются, а это в свою очередь повышает их перегрузочную способность без ухудшения коммутации.

Дв-ли с дисковым якорем, но поверхности которого обмотки якоря крепятся на поверхности, либо на коллектор. Возбуждение – с помощью пост. магнитов. Взаимосвязь с проводниками с помощью отверстий. Такой дв-ль обладает электромех. пост. времени сост. миллисекунды.

Рис. 5.4 Малоинерционный двигатель с диско­вым якорем

К таким двигателям серии ДПУ, ПЯ..

- малая мех. инерция двигателя с гладким и с длинным якорем улучшает показатели по отн. к управляющ. воздействию, но плохие показатели по отношению к основному возмущающему воздействию.

- Это обуславливает значительные динамические падения скорости.

- Для данных дв-лей хар-на большая неравномерность вращ. при работе на низких скоростях.

- Могут развивать значит. ускорения от (20-50)тыс. рад/с, а это провоцирует значит. динамические усилия в передачах.

- малая тепловая постоянная нагрева, не терпят перегрузок.

Основным направлением для двигателей пост. тока явл-ся применение высокомоментных дв-лей с возбуждением от пост. магнитов.

«+» регулирование в одной зоне изменением направления якоря, снижаются потери возбуждения, можно увеличить нагрузку на обмотку якоря, все эти двигатели выполняются с более термостойкой изоляцией, применение пост. магнитов сущ-но снижает высоту полюсов (в 2-3 раза) и уменьшает внешний диаметр машины.

Большие значениея магнитной индукции обеспечивают при большом шаге полюсов, обеспечивается более равномерное распределение потока в зазоре, это в свою очередь большую равномерность вращения дв-ля на малых скоростях. Значительный поток возбуждения созд. магнитами, снижает размагничивающее влияние резания, и следовательно дв-ли могут развивать 10-20 кратную перегрузку.

Рис. 5.5 Система возбуж­дения высокомоментных двигателей с использованием магнитов из сплава альнико (а) и керамических магнитов (б)

В кач-ве материалов для пост. магнитов используют Альник, либо керамические магниты.

В последние годы в станках применяют вентильные дв-ли, представляющие собой синхронные дв-ли с ротором на основе постоянных магнитов, а на обмотке статора с помощью коммутатора подается напряжение, обеспеч. получение вращ. вектора потока статора с частотой соответствующей циклам коммутации.

В наст. время несколько организаций разрабатывают специальные системы частотного регулирования АД для металлорежущих станков.

Диапазон регулирования скорости в мех. подач определяется как отношение максимальной ω_уст к минимальной ω_подачи при резании. Это отношение в наст. время достигается несколько десятков тысяч , а для точной реализации изготовителя, чем выше диапазон, там лучше.

Таблица 5.2 Допустимые ошибки регулирования скорости вращения двигателей механизмов подачи

Диапазон регулирования скорости в долях от	Погрешность в % от установившегося значения скорости
1,0	1,5	0,1	0,1	0,05
0,5 – 1,0	2	0,5	0,5	0,05
0,1- 0,5	7,5	1	1	0,1
0,01- 0,1	10	3	2,5	0,1
0,001- 0,01	15	7,5	5	0,15
0,0001- 0,001	25	10	10	0,25

В связи с этим, для ЭП мех-ов станков разработаны серии комплектных ЭП которые выполняют эти требования. тип: ТПУ, БТУ, ЭТУ, ШУБ…

В кач-ве примера комплектный ЭП стана типа ЮТУ 3601.

Данный ЭП предназначен для регулирования скорости ЭП главного двигателя и подачи. максимальный диапазон регулирования скорости 10000:1.

Данный привод применен в сочетании с двигателем с возбуждением от пост. магнитов.

Особенности:

- регулирование скорости однозонное.

- питание якоря осущ-ся от реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением вентильными группами.

Отлич. особенность – в силовой цепи нет ни одного коммутирующего аппарата и защита элементов силовой цепи осущ-ся бесконтактной (сеточной) защитой.

- реверсивный преобразователь имеет один комплект СИФУ.

- Сигнал обратной ОС по туку якоря получается с помощью 3х трансф-ов тока на входе тирист. преобразователя.

Схема трансформаторного датчика тока якоря

ООС по скорости обеспечивается с помощью ТГ встроенного в дв-ле, поэтому не требует потенциального разделения.

Для улучшения кач-ва ПП в режиме прерыв. токов тир. преобразователя предусмотрены 2 узла.

полож. ОС по ЭДС дв-ля через функцион. преобразователь ФПЕ и нелинейное звено на выходе регулятора тока.

Хар-ка нелинейности ФП ЭДС выполняется обратной нелинейности регулируемой хар-ки ТП Ed=f(Uу).

В этом случае «+» ОС обеспечивает режим хх, т.е. выход регулятора тока оказывается равным нулю. Нелинейное звено на выходе регулятора тока для режима прерыв. тока преобразователя имеет хар-ку обратную зависимости тока якоря от напряжения преобразователя в режиме управления прерыв. токов.

ОС по току якорной цепи обеспеч. 2 транф-ов тока и 2х нулевых 3з фазных схем выпрямления. С помощью ключей В и Н в цепь ОС ругул. тока ко входу рег. тока подключаются сигнал полярности противоположной сигналу задания, т.е. реализ. ООС.

Управление ключами осущ-ся от комплекта преключ. устр-ва раздельного управления вентельными группами.

Наличие одного комплекта СИФУ обесславливает необходимость на входе инвертора ИН кот. в зав-ти от работающей группы либо инвертирует сигнал управления, либо нет.

ЭДС самоиндукции обеспечивается при снижении тока якорной цепи энергии запасенной в индуктивности недостаточно, чтобы обеспечить протекание тока в период всей проводимости (2π)m, поэтому ток проводит в течение угла и появляется бестоковая пауза., что увеличивает средне-выпрямленное напряжение, снижается коэф-т усиления ТП как величина равная Ктп=ΔEd/Δx.

Упрощенная принципиальная схема САР электропривода ЭТУ3601