Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

НИИ через обмотку токов большой силы изоляцию обмоток выполняют из материалов высокой теплостойкости.

Высокомоментный электродвигатель постоянного тока с возбуж­ дением от постоянных магнитов изображен на рис. 49. Ротор 2 двига­ теля установлен в подшипниках качения, расположенных в крышках 1 и 10. Якорная обмотка 5питается током через коллектор 5и щеточный аппарат 6, В корпусе двигателя, выполненного в виде трубы, по всему периметру наклеены постоянные магниты 4, Якорь 3 тахогенератора посажен на ротор двигателя. Статор 7 тахогенератора 8 может бьггь оснащен постоянными магнитами или обмоткой возбуждения. Редук­ тор соединен с ротором двигателя гибкой муфтой 9,

Шаговый двигатель — это импульсный синхронный электродвига­ тель, преобразующий электрические управляющие сигналы в дискрет­ ные (шаговые) перемещения исполнительного органа станка. Шаговые электродвигатели широко применяются в приводах станков с ЧПУ. Схема шагового электродвигателя ШД5-1М представлена на рис. 50. Электродвигатель состоит из двух одинаковых секций статора 1 (рис. 50, а) и общего ротора 2 Каждая секция статора (рис. 50, б) имеет шесть зубчатых полюсов 7—6, взаимодействующих с зубчатым ротором 7, имеющим 20 зубцов. При этом зубцы каждого последующего полюса сдвинуты на 1/6 шага зубцов относительно полюса, а обе секции статора сдвинуты относительно друг друга на 1/2 шага зубцов. Обмотки каждой пары противолежащих полюсов включены последовательно и образуют одну фазу. Таким образом, каждая секция электродвигателя имеет трехфазную обмотку, а с учетом второй секции электродвигатель имеет шестифазную обмотку. Направление магнитных потоков, создаваемых этими шестью фазами в пределах 360°, представлены на рис. 50, в, где векторы 1, 2, 3 указывают направления магнитных потоков, создавае­ мых тремя фазами первой секции, а векторы 7'2'J'— направления магнитных потоков, создаваемых тремя фазами второй секции. При подаче тока в первую фазу первой секции зубцы ротора устанавлива­ ются точно против зубцов первого и четвертого полюсов, на которых находится обмотка первой фазы. При подаче тока во вторую фазу первой секции ротор повернется на 1/3 шага зубцов, т. е. на 6° так, что его зубцы окажутся против зубцов полюсов 2 и 5 (рис. 50, б). Если подать ток по очереди в обмотки второй секции, то ротор также будет поворачиваться на 6°, но со сдвигом на 3° относительно первой секции. Если ток подать сразу в первую фазу первой секции и в третью фазу второй секции, то ротор повернется на 1,5°, т. е. зубцы встанут между зубцами первой и второй секций. Таким образом, чередуя подачу тока то в одну фазу, то в две, получим непрерывное вращение шагового двигателя скачками на 1,5°. За 12 тактов двигатель повернется на 360/20= = 18°, т. е. один оборот он сделает за 240 тактов. Соответствующее чередование тока в обмотках шагового двигателя обеспечивается спе-

80

говый электродвигатель (ШД) обрабатывает импульсы, поступающие из системы ЧПУ. При обработке импульса вал 7, поворачиваясь через редуктор 2, заставляет вращаться винт 3, ввернутый в гайку 4, жестко соединенную с ротором гидромотора 5. При неподвижном гидромоторе поворот винта заставит соединенный с ним золотник <? переместиться, например, вправо от среднего положения, в результате чего в трубоп­ роводе 6, идущем от золотника к гидромотору, повысится давление, а

втрубопроводе 7 понизится, и образовавшийся перепад давления создаст крутящий момент на гидромоторе. Поворачиваясь, ротор гид­ ромотора повернет гайку 4, которая через винт 3 возвратит золотник

всреднее положение. При непрерывной подаче импульсов на ШД вал гидромотора будет вращаться со скоростью, пропорциональной частоте импульсов, и золотник будет смещен от среднего положения на величину, обеспечивающую пропуск масла, необходимого для враще­ ния гидромотора.

Вприводе с золотником осевого перемещения исключен ряд недостатков конструкции гидроусилителя момента с поворотным зо­ лотником. Так, вследствие изменения передаточного отношения ре­ дуктора и шага винтовой пары представляется возможным в широких пределах изменять коэффициент усиления в прямой цепи воздействия

82

Рис. 51. Шаговый электрогидропривод

И В обратной СВЯЗИ привода. В результате длину рабочего окна и его проходное сечение выполняют достаточным для пропуска больших потоков масла к гидродвигателю и, таким образом, гидравлическая часть привода не лимитирует скорость привода.

Промышленность выпускает электрогидравлические шаговые при­ воды подач (гидроусилители) для металлорежущих станков типа 332Г18-3 и электрогидравлические поворотные следящие приводы типа СП. Приводы предназначены для перемещения рабочих органов стан­ ков и других машин с ЧПУ в соответствии с электроимпульсами, подаваемыми на вход. Величина перемещения определяется числом поданных импульсов, а скорость — частотой их следования. Приводы работают на чистых минеральных маслах с кинемататической вязко­ стью от 20 до 2000 Ст при температуре от 3 до 50°. Температура окружающей среды от 5 до 40°. Тонкость фильтрации 10 мкм. Приводы состоят из аксиально-поршневого гидромотора, следящего устройства, соединенного с валом гидромотора и шагового электродвигателя.

Электрогидравлический поворотный СП предназначен для осуще­ ствления поворотных движений механизмов промышленных роботов, станков, прессов и других машин различного технологического назна­ чения по программе, поступающей на привод в виде электрических сигналов от задающего устройства.

В состав привода входят поворотный гидродвигатель типа ДПГ, дросселирующий распределитель типа УГЭ8, регулируемый дроссель, предохранительные клапаны, переходные плиты и редуктор с датчи­ ками обратной связи.

Величина скорости вращения выходного вала и его направление определяются величиной и полярностью электрического сигнала, по­ ступающего на обмотку управления дросселирующего распределителя.

83

1.5. ГИДРООБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

Назначение и область применения гидропривода в станках.Широкое

распространение получили станки с гидроприводом, который приме­ няют в качестве привода главного движения и движения подачи станка, для переключения скоростей, торможения, зажима заготовок, автома­ тизации управления циклом работы станка и т. д. В таких станках, как шлифовальные, протяжные, копировально-фрезерные, поперечнострогальные и другие, гидропривод является основным видом привода. Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначен­ ных для приведения в движение механизмов станков посредствам рабочей жидкости, подаваемой под давлением. Гидропривод позволяет существенно упростить кинематику станков, снизить их металлоем­ кость, повысить точность, надежность работы, а также уровень авто­ матизации. Гидроприводами оснащают более половины изготавливае­ мых промышленных роботов и манипуляторов.

Широкое применение гидропривода объясняется тем, что он дает возможность бесступенчато регулировать скорости в широких преде­ лах, плавно реверсировать движущиеся органы станка, автоматически предохранять его от перегрузки, легко обеспечивать смазывание и др. Гидрофицированные станки компактнее, их детали и узлы можно легко стандартизировать и нормализовать. Недостатками гидропривода яв­ ляются утечка рабочей жидкости через уплотнение и зазоры, проник­ новение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры и др.

В гидросистемах имеются объемные, гидравлические и механиче­ ские потери. Объемные потери обусловлены утечками рабочей жидко­ сти в гидросистеме, гидравлические — снижением давления (внут­ ренним трением масла), механические — трением сопряженных повер­ хностей. Полный КПД гидропривода: л = Лоб • Лг • Лм, где Лоб, Лг, Лм — соответственно объемный, гидравлический и механический КПД гид­ ропривода.

Нормальная работа гидросистем во многом зависит от вида рабочей жидкости. Жидкость должна обладать достаточной вязкостью, быть однородной, иметь хорошую смазывающую способность, предохранять механизмы станка и привода от коррозии, не окисляться, не образо­ вывать отложений, не вьщелять паров, сохранять свои свойства при изменении температуры, давления, скорости и направления движения и должна удовлетворять требованиям пожарной безопасности. Таким требованиям наиболее полно отвечают минеральные масла и их смеси.

Основной характеристикой при выборе масел является индекс вязкости, который показывает изменение вязкости масла в зависимо­ сти от его температуры. Чем больше индекс, тем качественнее сорт масла, тем лучше оно очищено. Наилучшим для гидропривода станков

84

является индекс вязкости масла 90. В маслах с высоким индексом вязкость изменяется меньше при повышении температуры и давления.

Для улучшения эксплуатационных характеристик минеральных масел (улучшения смазочной способности, замедления процесса окис­ ления, уменьшения пенообразования, снижения зависимости вязкости от температуры и др.) в них вводят специальные присадки (вещества, позволяющие изменять некоторые свойства, принципиально не изме­ няя строение компонентов основы).

Как правило, гидропривод металлорежущего станка состоит из следующих основных частей: бака с рабочей жидкостью, гидронасоса, подающего рабочую жидкость в гидросистему, гидроаппаратуры, пред­ назначенной для изменения или поддержания заданного постоянного давления или расхода рабочей среды, гидроцилиндров для прямоли­ нейного перемещения исполнительных органов станка или гидромо­ торов для вращательного движения, трубопроводов, соединяющих элементы гидропривода в единую гидросистему. Применяемые в стан­ ках гидроприводы работают с давлением масла до 20 МПа.

При изображении гидравлических схем используют условные обоз­ начения, основные из которых приведены в табл. 6.

6. Условные фафические обозначения элементов гидро- и пневмоприводов

85

регулируемые

Гидроклапан обратный

Кран Тип управления рас­ пределителя:

1 1

принцип работы и типовые схемы гидропривода для поступательновращательного движения. Циркуляция масла в гидравлической системе обычно открытая, реже закрытая. В открытых системах масло, совер­ шившее работу, поступает на слив в бак, в закрытых масло циркулирует, минуя бак. По принципу регулирования скорости движения рабочих органов различают две группы приводов: с объемным регулированием и дроссельным.

Гидравлический привод с объемным регулированием для осущест­ вления вращательного движения приведен на рис. 52, а. Привод включает в себя насос и гидромотор; они могут быть смонтированы отдельно или соединены в один афегат. Насос 1 нагнетает масло в

86

Рис. 52. Гидравлическая схема привода с объемным регулированием скорости движения

гидромотор 3 и выходной вал гидромотора получает вращение. Отра­ ботавшее масло сливается в бак 4. Для предотвращения перегрузки и ограничения передаваемого крутящего момента установлен предохра­ нительный клапан 2 При увеличении давления масла выше установ­ ленного предела клапан срабатывает, сливая избыток масла. Частота вращения вала гидромотора п^ = Qm/^m об/с, где Q^ — объем масла, подаваемого к гидромотору в единицу времени, MVC; 9^ —рабочий объем масла, необходимый для совершения одного оборота вала гидромотора, MVO6.

Регулирование величины Пщ осуществляется изменением Qm (регу­ лированием насоса) при постоянном рабочем объеме д^ либо измене­ нием этого объема (регулированием гидромотора) при постоянном расходе масла Qm. Первый способ регулирования применяют при небольших мощностях, второй — при больших.

Гидравлический привод с объемным регулированием для осущест­ вления прямолинейного движения состоит из насоса 2 с регулируемой производительностью, распределительного устройства 3 (рис. 52, б), предназначенного для изменения направления потоков масла, сило­ вого цилиндра 4, поршня 5 со штоком и соединенного с ним стола или суппорта 6. Масло подается в распределительное устройство 3, В зависимости от положения рабочего звена (золотника, крана) оно может быть направлена либо на слив в бак, либо в одну из полостей гидроцилиндра 4. В первом случае поршень 5 гидроцилиндра будет неподвижен. Если золотник поставить в положение, при котором масло по трубопроводу /поступит в левую полость гидроцилиндра, поршень 5 начинает двигаться вправо. Масло, находящееся в правой полости

87