m_th_i.v.belyantseva_2017

Рис. 5.1 Принципиальная схема зубофрезерного станка с регулируемым электроприводом и с автоматизированным радиальным врезанием.

1,3-счетчик импульсов; 2-ключевая схема; 4-преобразователь коднапряжение; 5-пороговый элемент; 6,20,26-двигатель; 7,8,14,27-датчик импульсов; 9-делитель частоты; 10,12-ключ; 11-сумматор; 13-фреза; 15,21программируемый делитель частоты импульсов; 16,22-преобразователь частота импульсов-напряжение; 17,23-триггер-дискриминатор; 18,24-фильтр; 19,25-сумматор напряжений.

90

Цепь вертикальной подачи работает по такому же принципу.

Радиальное врезание в заготовку в данной схеме автоматизировано и осуществляется по следующей схеме:

При включении схемы подается импульсный сигнал ПУСК, пропускающий сигнал Х через ключевую схему 2 на счетчик импульсов 3 , все выходы данного счетчика подключены к преобразователю коднапряжение 4, который соединен с пороговым элементом 5. Преобразователь 4 в зависимости от входного кода выдает определенное напряжение, которое проходя через пороговый элемент, поступает на двигатель 6.

Двигатель 6 при поступлении на него напряжения начинает вращаться, осуществляя радиальное врезание. При движении линейный датчик импульсов подает импульсы на счетчик импульсов 3, уменьшая заданное в нем число на один за каждый поступивший импульс. Так будет до тех пор, пока число импульсов, заданное сигналом Х, в счетчике импульсов не будет отработано полностью, тогда на всех выходах счетчика импульсов 3 будут ноли (это значит, что отработана величина радиального врезания на один оборот заготовки), следовательно, на выходе преобразователя 4 не будет напряжения, следовательно, двигатель остановится.

Таким образом, уровень напряжения на выходе преобразователя будет зависеть от количества импульсов в счетчике импульсов 3, т.е. от расстояния, которое требуется отработать, и будет изменяться по мере отработки. Получается, что сначала врезание будет осуществляться с большой скоростью, а в конце – с очень малой, что недопустимо. Для предотвращения этого и используется пороговый элемент 5, который ограничивает уровень напряжения, поступающий на него, пропуская через себя только напряжение до порогового уровня. Порог напряжения задается сигналом p. Тогда сначала мы имеем разгон до скорости, определяемой пороговым напряжением, затем участок работы на этой постоянной скорости, затем участок торможения.

Так осуществляется отработка врезания на Х мм за один оборот заготовки. Но нам требуется врезание в заготовку за несколько оборотов. Что осуществляется следующим образом.

При вращении заготовки от датчика импульсов 8 поступают импульсы на делитель частоты ДЧ 9, который за один оборот заготовки пропускает всего один импульс (т.е. коэффициент деления делителя частоты равен дискретности датчика импульсов). Этот импульс, проходя через ключ 10, уменьшает число К, заданное в счетчике импульсов 1, на один. Все входы данного счетчика подключены к сумматору 11, который подключен к ключу 12. На второй вход ключа 12 также поступает импульс от ДЧ 9, и если на

91

момент поступления импульса в счетчике импульсов 1 не ноль, проходит дальше на ключевую схему 2, пропуская сигнал Х на счетчик импульсов 3, т.е. заново задавая величину радиального врезания на один оборот заготовки 13. Так будет происходить К оборотов заготовки, через К оборотов число в счетчике импульсов 1 будет равно нолю, следовательно на выходах счетчика 1 и выходе сумматора 11 будет также нолю. Что не позволит проходить импульсам от делителя частоты 9.

Таким образом за цикл обработки одного зубчатого венца мы осуществляем радиальное врезание на величину К*Х мм.

Врассмотренной схеме обеспечивается высокое качество обработанной поверхности, т.к. отсутствует неравномерность вращения заготовки, а точность согласования формообразующих движений достигается использованием датчиков импульсов с высокой дискретностью (а значит дорогих и требовательных в эксплуатации), но достигаемая точность может быть недостаточной. Что и определило разработку схемы с повышенной точностью согласования движений.

5.2РАЗРАБОТКА СХЕМЫ С ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТЬЮ СОГЛАСОВАНИЯ ДВИЖЕНИЙ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СУММИРОВАНИЕМ СИГНАЛОВ

Вразработанной схеме суммирование происходит не механических движений, а сигналов, задающих скорость вращения двигателя.

Принцип работы схемы с регулируемым электроприводом с повышенной точностью согласования движений с электрическим суммированием сигналов:

Наладка схемы заключается в подаче необходимых сигналов на программируемые делители частоты 5,6,7,8 и сигналов на схему автоматизированного радиального врезания 26.

Принцип работы рассмотрим на примере цепи окружной подачи заготовки, т.к. цепь вертикальной подачи работает по точно такой же схеме.

При вращении фрезы 1 датчик импульсов 2 выдает импульсы с определенной частотой. Эта последовательность импульсов поступает на программируемые делители частоты 7,8. На выходах которых появляются две различные частоты импульсов, следующие на блок синхронизации 10. Этот блок исключает одновременное поступление импульсов от двух разных последовательностей на сумматор 12, где и осуществляется объединение этих последовательностей. Для уменьшения неравномерности получившейся

92

частоты импульсов после сумматора ставят дополнительный делитель частоты (усреднитель), его предназначение мы рассмотрели выше. Далее импульсы поступают напреобразователь частоты импульсов в напряжение 16, который в зависимости от частоты выдает определенное напряжение. Это напряжение и определяет скорость вращения двигателя 23.

При вращении стола датчик импульсов 3 в зависимости от скорости будет выдавать определенную частоту импульсов. Эта частота, поступая на триггер-дискриминатор 18, будет сравниваться с частотой импульсов на выходе усреднителя 14. Триггер-дискриминатор выдает разные по уровню и знаку напряжения в зависимости от величины рассогласования поступающих на него двух частот импульсов. Если есть рассогласование, тогда напряжение от триггера поступает, проходя через фильтр 20 (для сглаживания скачков напряжения), на сумматор напряжения 22, где, либо увеличивает задающее скорость вращения стола напряжение, либо уменьшает его. Так будет происходить, пока заданной скорости вращения, определяемой частотой импульсов от усреднителя, не будет соответствовать имеющаяся скорость вращения, которая определяет частоту импульсов от датчика 3. То есть пока не осуществиться коррекция.

Введение дополнительных цепей повысило точность согласования и в цепи окружной подачи заготовки и в цепи вертикальной подачи. А использование регулируемого электропривода обеспечило хорошую динамику, но неравномерность частоты импульсов, определяющей скорость вращения двигателя, не позволяет получить высокое качество обработанной поверхности. Для устранения этого необходимо использовать датчики импульсов с высокой дискретностью отсчета, что является недостатком.

И, тем не менее, эта схема наиболее перспективна для использования в высокоточных зубофрезерных станках с ЧПУ.

После того, как были рассмотрены различные принципиальные схемы зубофрезерных станков, следующим логичным шагом было бы разработать техническое предложение зубофрезерного станка с ЧПУ, основывавшееся на одной из разработанных схем. За основу возьмем схему с регулируемым электроприводом с повышенной точностью согласования движений с электрическим суммированием сигналов.

93

Рис. 5.2 Принципиальная схема зубофрезерного станка с регулируемым электроприводом с повышенной точностью согласования движений с электрическим суммированием сигналов.

1-фреза; 2,3,4,27-датчик импульсов; 5,6,7,8- программируемый делитель частоты; 9,10блок синхронизации; 11,12-сумматор; 13,14-делитель частоты (усреднитель); 15,16-преобразователь частота импульсов-напряжение; 17,18- триггер-дискриминатор; 19,20-фильтр; 21,22-сумматор напряжения; 23,24,25двигатель; 26схема автоматизированного радиального врезания.

94

Примем число ступеней коробки скоростей станка равным 1. Тогда диапазон регулирования скорости главного двигателя станка определитcя как

По np рассчитаем Vмp=40 м/мин, примем β=0,349,zф=14, согласно [9, стр. 193, табл. 106], и число заходов фрезы К=2. Подставив соответствующие данные в формулу, найдем

а затем по формуле вычислим требуемую мощность главного двигателя как

б = 0,003 ∙ 61,88 ∙ 480,1 ∙ 70−0,98 ∙ 20,78 (2 + 0,349) ∙ 140,23 ∙ 20,77 ∙ 40 =

По результатам расчета нетрудно подобрать главный двигатель станка

– асинхронный частотно-регулируемый двигатель модели 4АХБ2П90L4ПБ мощностью 2,2 кВт, диапазоном регулирования от 0 до 500 об/мин и КПД=80%.

Для подбора двигателей подачи зубофрезерного станка расчет ведем, ориентируясь на привод вертикальной подачи. Вначале вычислим угол контакта, действующего в некоторой впадине зуба фрезы, полагая

Далее найдем угол, характеризующий направление результирующей силы резания по формуле, рассчитав угол подъема витков червячной фрезы ω как

Зная , , , определим составляющую силы резания, направленную

вдоль впадины между зубьями нарезаемого колеса параллельно дну впадины. Для этого рассчитаем

примем шаг ходового винта привода вертикальной подачи р=5 мм, ηв=0,8, i=1 и вычислим

вертикальной подачи.

Для расчета параметров двигателя круговой подачи будем использовать расчетные перемещения цепи окружной подачи заготовки при фрезеровании косозубого колеса. Тогда частота вращения двигателя окружной подачи будет составлять

где i – передаточное отношение от заготовки до двигателя окружной подачи, примем равным 40;– частота вращения шпинделя станка;

– число зубьев обрабатываемого колеса;– число заходов фрезы;в – вертикальная подача фрезы;

97

– шаг винтовой поверхности зуба косозубого колеса.

Для того чтобы вычислить наибольшую частоту вращения двигателя окружной подачи найдем сначала минимальное число зубьев обрабатываемого колеса, как минимальное число зубьев колеса, обрабатываемого без смещения

Далее подставляя полученные значения, а также наибольшую вертикальную подачу и наибольшую частоту вращения шпинделя в (22), вычислим наибольшую частоту вращения двигателя окружной подачи:

значение зубьев обрабатываемого колеса равным 100, тогда шаг винтовой

наименьшую частоту вращения шпинделя в (22), вычислим наименьшую частоту вращения двигателя окружной подачи:

Двигатели для приводов подач в целях повышения унификации выбираются одинаковыми. По расчету видно, что двигатель для окружной подачи должен иметь более высокие параметры по частоте вращения, а для привода вертикальной подачи – по крутящему моменту. Значит, при выборе конкретной модели будем ориентироваться именно на эти требуемые параметры – выбираем асинхронный частотно-регулируемый двигатель4АХБ2П80L4ПБ с диапазоном регулирования при постоянном моменте в 2,2 Нм от 0 до 500 об/мин, диапазоном регулирования с

98

постоянной мощностью 2,2 кВт от 500 до 1000 об/мин, что вполне достаточно, учитывая малую величину требуемого момента для привода окружной подачи, и КПД=0,8.

Расчет параметров двигателя для привода радиальной подачи с достаточной точностью можно вести только после конструктивной проработки компоновки зубофрезерного станка.

После вычисления и выбора параметров приводов следующим шагом при разработке технического предложения производятся кинематические и прочностные расчеты - вычисляются дискретности использующихся в станке датчиков отсчета перемещений и рассчитываются геометрические параметры передач.

6.2 КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ

Кинематический расчет начнем с вычисления дискретности датчика импульсов, расположенного на валу инструмента.

Поскольку во взятой нами за основу принципиальной схеме (рис. 5.2) точность обеспечивается дискретностью датчиков импульсов, расчет дискретности будем производить по условию обеспечения точности нарезаемого колеса.

Из всех погрешностей колеса, дискретность больше всего влияет на его кинематическую погрешность Σ, а значит именно ее величина и станет определяющим фактором при выборе дискретности. При использовании датчика со слишком малой дискретностью электронная гитара не обеспечит достаточную точность настройки, а использование датчиков со слишком большой дискретностью приведет как к излишнему удорожанию, так и усложнению компоновки (вследствие увеличения габаритов).

Также при расчете следует принимать во внимание влияние неточностей размеров, форм и расположения поверхностей станка, погрешностей инструмента, для этого уменьшим долю погрешности, приходящуюся на электронную гитару, до 2,5%.

В кинематической погрешности от электронной гитары ЭГ можно выделить погрешность от неточности настройки настр и погрешность неравномерности движения деления Σ. Также необходимо учитывать и кинематическую погрешность механической цепи, связывающей заготовку с двигателем кин цепи. Таким образом, можно записать

99