Приводы главного движения и шпиндельные узлы станков с чпу

В качестве приводного двигателя в станках с ЧПУ обычно применяются регулируемые двигатели постоянного и переменного тока. Последние проще по конструкции и обладают большей надежностью в виду отсутствия щеточных узлов (особенно в области высоких частот вращения, которые требуются для главного движения). Диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью ограничен величиной 3...5 (в последних моделях двигателей 6...8), что требует, как правило, применения в приводе главного движения механических устройств (коробок скоростей) и диапазоном регулированияи числом ступеней скорости= 2,3 или 4. При этом (особенно в широкоуниверсальных станках) иногда закладываются значительные перекрытия отдельных диапазонов регулирования (<) при переключении передач, что обеспечивает полную обработку детали определенного диаметра без переключения диапазонов в коробке в процессе обработки. Конструктивные схемы таких приводов приведены на рис. 5, а и б. Максимальное передаточное отношение коробкиучитывая высокие частоты вращения двигателя, обычно равно 1. Поэтому предельный диапазон регулирования обычной двухваловой группы передач с прямозубыми колесами составляет. Иногда для исключения влияния на положение шпинделя тепла, выделяемого в коробке скоростей, применяется термическое разделение корпусов коробки скоростей 3 и шпиндельной бабки, как это показано на рис. 6. В соответствии с наметившейся тенденцией по созданию блочно-модульных конструкций в токарных станках в приводах главного движения широко применяются унифицированные коробки скоростей (редукторы), кинематические и силовые характеристики которых соответствуют применяемым регулируемым электродвигателям. Такие соосные с двигателями компактные двухступенчатые зубчатые, реже планетарные коробки 2 (рис. 7) прифланцовываются непосредственно к двигателю 3 и могут иметь выход либо в виде вала под шкив ременной передачи, либо в виде зубчатого перебора 1, выходная косозубая шестерня 4 которого крепится непосредственно на шпинделе 5 станка. В связи с увеличением максимальных частот вращения в шпиндельных узлах токарных станков с ЧПУ средних размеров часто применяют радиально-упорные шариковые подшипники. Обычно в передней опоре устанавливаются три таких подшипника (триплекс), позволяющие воспринимать осевые нагрузки в обе стороны; в задней плавающей опоре устанавливаются двух- или однорядные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами (см. ниже рис. 9) или два радиально-упорных шарикоподшипника (дуплекс) - см. рис. 5, а, б.

Рис.5. Варианты приводов главного движения

Рис. 6. Шпиндельная бабка токарного станка

1 - механизм зажима заготовки; 2 - привод датчика через зубчатый ремень; 3 - корпус трехступенчатой коробки передач; 4 - запрессованная втулка; 5 - пружинная муфта для быстрой остановки шпинделя при внезапном отключении электроэнергии; 6 - трубопровод для отвода смазки.

На шпинделе выполняются посадочные поверхности для крепления зажимного патрона и его привода, а также для приводного элемента датчика резьбонарезания, который служит для контроля углового положения шпинделя при нарезании резьбы (рис. 8). Вращение датчика 5 от шпинделя 1 осуществляется зубчатой передачей с колесом 2, жестко закрепляемом на валу 3 и в котором предусматривается выборка зазора при повороте венца 6 относительно колеса 2. Датчик соединяется с валом 3 муфтой 4. Иногда в соединении датчика со шпинделем применяется беззазорная зубчато-ременная передача. Точность нарезания резьбы определяется разрешающей способностью датчика (обычно 1000 импульсов на один оборот шпинделя), структурой привода подачи и системой ЧПУ.

На рис. 9 приведена конструкция разделенного привода главного движения токарного станка с ЧПУ. Шпиндельная бабка 3 устанавливается с возможностью регулирования в двух плоскостях на промежуточном кронштейне 2, крепящемся на станине 1. Ременной передачей она связывается с двухступенчатой коробкой скоростей 4, имеющей для натяжения ремня возможность поворота относительно кронштейна 2. Вращение от двигателя через ременную передачу со шкивом 16 передается на вал-шестерню 5. Далее при включении зубчатой муфты 15 вправо вращение передается напрямую на выходной шкив 8, закрепляемый на валу 9 (верхний диапазон частот вращения). При выключении зубчатой муфты (левое положение колеса 14, как показано на рисунке) вращение на выходной шкив передается через промежуточные понижающие передачи с зубчатыми колесами 5, 6,7, 14 (нижний диапазон частот вращения шпинделя).

Переключение диапазонов частот вращения шпинделя осуществляется с помощью гидроцилиндра 11, на штоке 12 которого закрепляется вилка 13. Для контроля переключения служат бесконтактные конечные выключатели 10. Гидроцилиндр 17 служит для изменения натяжения ремня при переключении диапазонов скоростей в коробке; его полости соединены с полостями гидроцилиндра 11. При верхнем диапазоне частот вращения (чистовые режимы) давление масла подается в правую полость цилиндра 17, пружина 18 сжимается, шток гидроцилиндра перемещает корпус коробки вверх, натяжение ремня уменьшается.

На шпинделе 26, установленном в корпусе 19, закрепляется шкив 21 для двух поликлиновых ремней 24. Регулирование натяга в радиально-упорных шариковых подшипниках передней опоры 25 осуществляется с помощью проставочных втулок разной ширины; в задней опоре натяг создается за счет посадки внутреннего кольца подшипника 20 на коническую шейку шпинделя. График частот вращения привода с двигателем, имеющим N_max= 4500 1/мин., -1500 1/мин.,N_min=150 1/мин, показан на рис. 9, д.

На заднем конце шпинделя закрепляется вращающийся гидроцилиндр 23 привода патрона зажима заготовки и шкив 22 зубчато-ременной передачи привода датчика резьбонарезания.

Рис.8. Привод датчика резьбонарезания

Рис. 9. Раздельный привод главного движения:

а - общий вид; б - коробка скоростей; в гидроцилиндр натяжения ремня;

г- шпиндельный узел; д - график частот вращения.

Особенности кинематического расчета АКС

В качестве источников движения в приводе с АКС использую ДПТ и асинхронные двигатели с бесступенчатым регулированием частоты вращения ротора или двух-трехскоростные асинхронные электродвигатели

В настоящее время созданы АКС как с электромагнитными муфтами (ЭММ), так и с гидравлическим переключением (нет проскальзывания, характерного для ЭММ)

Легкость управления и включении любой скорости на ходу сделали АКС незаменимыми в приводах станков с ЧПУ, где команды на переключение частоты вращения шпинделя поступают от программоносителя на электромагнитные муфты коробки.

Кинематический расчет АКС не отличается от обычного.Однако расчету АКС+ДПТ присущи некоторые особенности.

Т.к. диапазон регулирования существующих ДПТ не превышает 7-15, то ей и создают с механической АКС. ДПТ имеет бесступенчатой регулирование, а АКС должна обеспечить на выходе геометрический ряд.

При расчете РД представляют как групповую передачу на ступеней с рядомт.е.;;до