3.4.2. Коробки скоростей с бесступенчатым регулированием

Для бесступенчатого регулирования скорости в основном применяют двигатели постоянного тока с тиристорной системой управления. Эти двигатели все шире используют в станках с ЧПУ, а также в многооперационных станках с ЧПУ и АСИ [10, 11].

В таких двигателях диапазон регулирования скорости с постоянной мощностью находится в пределах R_б = (R_д)_p = 2,5-6 (иногда до 8-10), что не перекрывает всего требуемого диапазона регулирования на шпинделе с постоянной мощностью R_р. Частоты вращения при постоянном моменте (R_д)_м регулируют в очень широком диапазоне. Перспективным является применение бесколлекторных электродвигателей постоянного тока, что повышает их надежность.

В приводе главного движения используют и регулируемые за счет изменения частоты тока асинхронные электродвигатели, у которых

,

где f – частота тока; р – число пар полюсов; S – скольжение. Эти двигатели обладают высокой надежностью, жесткой характеристикой и обеспечивают регулирование с постоянной мощностью во всем диапазоне.

Так как диапазон бесступенчатого регулирования R_б механических вариаторов или диапазон (R_д)_p регулируемых двигателей значительно меньше требуемого диапазона регулирования частот вращения шпинделя R_n или R_p при системах комбинированного регулирования, между устройством для бесступенчатого регулирования и шпинделем вводят обычно ступенчатую коробку. При этом должно выполняться условие

R_n = R_б R_к,

где R_к – диапазон регулирования коробки скоростей, т.е. коробку скоростей можно рассматривать как переборную группу, расширяющую диапазон регулирования привода, и можно записать

φ_к = R_к-1φ = R_б φ.

С учетом того, что при бесступенчатом регулировании φ  1, необходимо, чтобы φ_к = R_. Следовательно,

,

окончательно

,

что позволяет определить число ступеней коробки скоростей

или .

Вследствие переменного скольжения в электродвигателях, механических вариаторах, ременных передачах фактический диапазон регулирования бесступенчатого устройства может оказаться меньше R_, поэтому во избежание разрыва бесступенчатого ряда оборотов на шпинделе принимают обычно φ_к = (0,94…0,97)R_б.

Если коробка скоростей выполнена в виде одной группы передач, то для привода без перекрытия при z_к = 2 можно обеспечить диапазон регулирования , еслиR_б < 8; при z_к = 3 , если(еслиR_б > 2,8, то в приводе получается перекрытие скоростей и ).

Привод с z_к = 4 = 2₀ · 2₁ позволяет получить , еслиR_б < 2,8 (при R_б > 2,8 получается перекрытие и ).

При вычислении z_к и округлении его значения в бóльшую сторону перекрытие скоростей получается автоматически. В качестве примера на рис. 3.4 изображены кинематическая схема, график частот вращения и диаграмма мощности привода с z_к = 3 при .

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

В многооперационных станках с числовым управлением иногда сокращают число ступеней скорости, округляя z_к 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. 3.5 приведены график частот вращения и диаграмма мощности привода, построенного для предыдущего примера при z_к = 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.

Рис. 3.4. Привод главного движения станка с регулируемым двигателем:

а– кинематическая схема;б– график частот вращения;в– диаграмма мощности

Рис. 3.5. Привод главного движения станка с регулируемым двигателем

при уменьшенном числе передач в коробке (z_к = 2):

а– график частот вращения;б– диаграмма мощности

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. 3.6 изображен график частот вращения привода главного движения многооперационного станка.