24. Типовые механизмы приводов подач (тяговые устройства). Современные механизмы подачи, шаговые двигатели, сервоприводы.

Тяговые устройства служат для перемещения подвижных узлов станка по направляющим прямолинейного или вращательного движения. Они являются последним звеном кинематической цепи привода подач, вспомогательных движений или главного привода (карусельные, протяжные, строгальные, долбежные станки).

Требования предъявляемые к тяговым устройствам:

1. Обеспечить заданное значение изменения скорости движения(как правило необход. Поддерживать постоянной)

2. Высокая чувствительность (перемещение на малый путь

3. Быстродействие всего привода. В значительной мере зависит от инерционных и упругих свойств всего привода.

4. Жесткость тягового устройства. Влияет на статические и динамические погрешности движения исполнительного узла станка.

5. Отсутствие зазоров

Тяговые устройства бывают:

1. Механические - служат для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение в узлах станка вдоль направляющих. Наибольшее распространение получили:

• Винт-гайка

• Кривошипно-шатунный

• Червяк-рейка

• Колесо рейка

• Ленточный механизм

2. Электромагнитные – используются редко так как не могут создать значительное тяговое усилие.

Наибольшее применение нашли:

• Линейный электродвигатель

• Соленойды

• Безконтактные электромагнитные передачи

3. Гидравлические – распространение виде поршень - цилиндр

4. Пневматические

Выбор того или иного тягового устройства в значительной мере зависит от величины тяговой силы и необходимого перемещения подвижного узла.

Пара винт—гайка скольжения отличается:

1. малым шагом при применении в качестве тягового устройства однозаходных ходовых винтов, что обусловливает высокую редукциюи малый крутящий момент на ходо­вом винте:

2. самоторможением при одно- и двухзаходных винтах, что позволяет применять эту пару для установоч­ных движений под нагрузкой и для вертикальных перемещений с целью более надежной фиксации подвиж­ного узла.

Недостатком передач винт—гайка скольжения является наличие смешенного трения и связанное с ним изнашивание, а также низкий КПД одно- и двухзаходних винтов.

Материал винта: азотируемые стали 18ХГД, 40ХФА

Материал гайки: оловянистые бронзы, в случае невысоких требований точности применяют полимерные материалы.

Из соображений наименьшего трения целесообразно применять прямоугольный профиль резьбы однако в станках он применяется редко, более распространенным является трапециидальный профиль с углом профиля 30°, а в прецизионных станках применяют резьбы с меньшим углом профиля (10—20°).

Длинные ходовые винты обычно изготавливают составными, причем длина составных частей 600-1500 мм.

Передача винт—гайка качения является основным видом тяго­вого устройства для станков с числовым управлением. Механизмы винт—гайка качения используют в приводе подач столов, суппортов, траверс почти всех станков малых и средних размеров, а также и некоторых тяжелых станках. Другой областью широкого при­менения механизмов является привод подач обычных станков, неоснащённых системами Числового управления, таких, как фрезерные, токарныё. расточные, сверлильные, шлифовальные, зубообрабатывающие, резьбообрабатывающие, агрегатные станки автомати­ческих линий, копировальные и т. д. Причиной, этого является высо­кая Жесткость и безотказность соединения винт—гайка.

Основными преимуществами механизмов винт—гайка качения являются:

• возможность передачи больших усилий;

• низкие: потери на трение; КПД этих механизмов составляет 0,9— 0,95 по сравнению с 0,2—0,4 для передач винт—гайка скольжения;

• малый крутящий момент на ходовом винте вследствие высокого КПД возможность полного устранения зазора в механизме и создания натяга, обеспечивающего высокую же­сткость;

• почти полная независимость силы трения от скорости и весьма малое трение покоя, что способствует обе­спечению устойчивости (равномерности) движения;

• высокая точность за счет создания предварительного натяга;

• малая изнашиваемость, а следова­тельно, длительное сохранение точно­сти; малое тепловыделение, снижа­ющее температурные деформации винта и повышающие точность обработки;

Передача червяк—рейка качения представляет собой короткий шариковый винт, который в результате вращения пере­мещается по длинной червячной рейке, укрепленной на станине станка. Возврат шариков осуществляется через канал, расположен­ный в теле червяка. Передача обладает сложной технологией изго­товления (шлифование резьбы секций реек длиной 200—300 мм), а также сложным монтажом (непараллельность направляющих станка оси рейки не должна превышать 5—8 мкм на всей длине хода). По этим причинам шариковые передачи червяк—рейка пока широкого распространения не получили, но по мере совершенство­вания область их использования будет расширяться. Достоинством передачи качения перед гидростатической передачей червяк—рейка является отсутствие системы смазывания и меньшие температурные деформации.

Шаговые двигатели (ШГ)

ШГ яв-ся двигателем постоянного тока без коллекторного узла. Обмотки у шагового двигателя яв-ся частью статора. На роторе расположены постоянные магниты.Обычно система разрабатывается таким образом, чтобы была возможность вывода положения ротора в любую фиксированную позицию. Данные двигатели работают в дискретном (шаговом) режиме. Т.е. N шагов за 1 оборот ротора.

ШГ делятся на 2 разновидности:

1. Двигатели с постоянными магнитами

2. Двигатели с переменными магнитным сопротивлением

Последовательная активация обмоток на статоре вызывает дискретные угловые перемещения ротора. ШГ позволяют создать сравнительно высокий момент при относительно низких скоростях вращения. При увеличении частоты вращения момент уменьшается. В машиностроении наибольшее распространение получили шаговые двигатели с дискретностью 1,8°/шаг либо 1,9°/шаг. Точность выставления шага определяется количеством max обмотки статора и ротора.

Сервопривод

Привод с управлением через обратную связь позволяющий точно управлять параметрами движения. По сути сервоприводами яв-ся любой тип механического привода, имеющий в своем составе датчик (положения, скорости, усилия и т.д.)и блок управления приводом автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике.

В состав серво привода входит:

1. Привод (электромотор с редуктором, пневмо цилиндр и т.д.)

2. Датчик обратной связи (энкодер)

3. Блок питания и управления (преобразователь частоты, инвертор, серводрайв)

Для управления сервоприводами используют специальные ЧПУ контроллеры, мощности двигателей 0,05-15 кВТ, моменты от 0,15 до 50 Н/м

Сравнение сервопривода и шагового двигателя

1. Надежность

ШГ - высокая, ресурс двигателя зависит только от ресурса подшипников

СП - надежность сравнима с ШГ

2. Эффект потери шагов

ШГ – присуща всем, этот эффект проявляется в некотором неконтролируемом смещении траектории инструмента от необходимой. Чем больше длина траектории, тем значительно сильнее сказывается данный фактор. Эффект потери шагов возникает при неправильном управлении двигателя (выход за допустимые характеристики двигателя)

СП – эффект отсутствует, так как имеется датчик положения, который постоянно отслеживает движение ротора двигателя. Управляющая система анализирует полученные данные и при необходимости дает управляющие сигналы на двигатель <=> обратная связь.

3. Скорость перемещения

ШГ – 150…300 мм/м

СП – на х/х до 1,5 м/с

4. Динамическая точность – max отклонение реальной траектории перемещения инструмента от заданной.

ШГ – высокая, при хорошем исполнении мех. Передач разсоглассование не превышает 20мкм. Благодаря этому ШГ применяется в системах для сложной контурной обработки деталей.

СП – динамическая точность 1-2 мкм

5. Стоимость

ШГ – используют дорогостоящее земельные магниты. Ротор и статор изготавливают с высокой точностью. Поэтому имеют значительную стоимость.

СП – используют датчик положения ротора, применение достаточно сложного блока управления. Стоимость выше чем у ШГ.

6. Ремонтопригодность

ШГ – при выходе из строя обмотки статора ее замену может произвести только завод изготовитель, так как при разборе происходит разрыв магнитных цепей внутри двигателя и соответственно размагничивание магнита.

СП – дешевле купить новый.

7. Столкновение с препятствиями

ШГ – при столкновении с препятствиями из – за которого может произойти даже остановка двигателя не вызовет у него серьезных повреждений.

СП - при столкновении с препятствиями управляющая электроника определяет, что произошло увеличение нагрузки => для ее компенсации повышает уровень тока подаваемого на двигатель. При остановке СП возможно его сгорание. Если не установлено более современная управляющая электроника.

Преимущества:

ШГ:

1. Высокая ндежность

2. Низкие требования к обслуживаещему персоналу

3. Относительно низкая цена

4. Высокая динамическая точность

СП

1. Высокие динамические характеристики

2. Отсутствие эффекта потери шагов

3. Высокая перегрузочная способность

Недостатки:

ШГ:

1. Уменьшение крутящего момента на скорости

2. Низкая ремонтопригодность

3. Возможность эффекта потери шагов

СП

1. Высокая цена

2. Сложное устройство

3. Повышенное требование к обслуживающему персоналу

4. Низкая ремонтопригодность

ШГ и СП не являются конкурентными у каждого из них своя ниша.

ШГ применяют в недорогих станках с ЧПУ (до 15 тыс $), для обработки на средних скоростях легких сплавом и легких металлов.

СП используют в высокопроизводительном оборудовании, где главный критерий производительность.