Двигатели приводов главного движения.

Асинхронные односкоростные электродвигатели получили преимущественное распространение в приводах главного движения со ступенчатым регулированием в связи с их небольшой стоимостью, высокой надежностью, возможностью значительных перегрузок ц жесткостью механической характеристики. Они не требуют применения специальных преобразователей, усилителей, имеют небольшие габариты и массу. Частота вращения двигателя

где f — частота переменного тока сети, Гц (обычно f= 50 Гц); S — скольжение ротора; р — число пар полюсов в обмотке статора.

Однако в этом случае привод обычно содержит сложную многоступенчатую коробку скоростей, затруднена также автоматизация переключения скоростей.

Иногда применяются многоскоростные асинхронные электродвигатели, в которых частота вращения изменяется за счет переключения числа пар полюсов р. Чаще всего применяются двухскоростные двигатели, при этом упрощается коробка скоростей за счет исключения соответствующего двойного блока; скорость вращения шпинделя можно автоматически изменять в два раза, так как двигатели имеют синхронные частоты вращения п_Д - 1500/3000, п_Д = 750/1500 или
п_Д = 500/1000 об./мин. Очень редко применяют трех и четырехскоростные электродвигатели. Стоимость, габариты и масса многоскоростных электродвигателей существенно выше, чем у односкоростных.

В приводах главного движения станков с бесступенчатым регулированием, особенно с ЧПУ, применяют регулируемые электродвигатели постоянного тока, с двухзонным регулированием, частота вращения которых

где U_я,I_я,r_я — соответственно напряжение, сила тока и сопротивление в цепи якоря; Ф_в — магнитный ток возбуждения; С — постоянная двигателя.

При этом момент на валу двигателя

где kм — коэффициент пропорциональности.

Регулирование частоты вращения двигателя от минимальной п _д min до номинальной п_н происходит за счет изменения подводимого к якорю напряжения U_я при постоянном моменте М_д. Мощность двигателя Р _дувеличивается пропорционально частоте его вращения, достигая номинального значения при п_н. Дальнейшее регулирование до п _д max происходит за счет уменьшения магнитного потока возбуждения при постоянной номинальной мощности, момент Мд при этом уменьшается. Таким образом, двигатель имеет зону регулирования с постоянной мощностью при диапазоне (RД)р = (п _д) / п_н.. Величина этого диапазона обычно не превышает 2,5—6.

В другой зоне работы диапазон регулирования с постоянным моментом (R _д)М/ = п_н/(п _д)min может быть достаточно большим. Как правило, диапазон (RД)р существенно меньше требуемого на шпинделе диапазона регулирования Rp (рис. 5.36). Поэтому для его расширения последовательно регулируемому двигателю включают коробку скоростей с диапазоном регулирования R_к и числом ступеней скорости Z_K, равным 2, 3 или 4 (рис. 5.36,а). Условный график частот вращения такого привода с Z_K = 3 изображен на рис. 5.36,6. При этом регулируемый двигатель и коробка скоростей представленны как последовательно соединенные групповые передачи с соответствующими диа-
пазонами регулирования, причем Rp = (RД))рR_к. Максимальная частота вращения шпинделя п max

получена от (п _д) тах при передаточном отношении коробки i1, соответственно — п_Р от п_н при передаточном отношении i3. Величина п тiт с учетом передаточного отношения i3 определяет необходимую для конкретного привода минимальную частоту вращения двигателя (п _д)min.

Диапазон R_к = (φк^{Zк- 1}, где φ_к — знаменатель ряда передаточных отношений в коробке скоростей. Если φ_к <(R_Д)p, то получается перекрытие частот вращения R_np на шпинделе в пределах диапазона Rр.

Следует учитывать, что несмотря на возможность бесступенчатого регулирования частот вращения на шпинделе, обычно для удобства управления переключение частот вращения осуществляется ступенчато по закону геометрической прогрессии со знаменателем
φ=1,12 или φ =1.06. Недостатки двигателя постоянного тока связаны с наличием коллекторно- щеточного узла, что снижает его надежность и ограничивает максимальные частоты вращения. Поэтому в последнее время в станках применяются бесколлекторные вентильные двигатели и регулируемые за счет изменения частоты f (формула (5.5)) асинхронные двигатели переменного тока. Однако их диапазоны регулирования с постоянной мощностью также ограничены, и структура
привода остается такой же, как и рассмотренная ранее.

Регулируемые электродвигатели, системы их управления существенно удорожают привод, однако механическая часть привода значительно упрощается. Наличие в современных регулируемых двигателях датчика углового положения ротора и электромагнитного тормоза позволяет создать унифицированные приводы главного движения в виде компактного мехатронного узла — мотор-шпиндель с микропроцессорным управлением без всяких промежуточных механических элементов.

Гидравлические двигатели в виде гидроцилиндра получили широкое применение при небольшой длине хода (обычно до 1,2 м) в приводах главного движения с поступательным перемещением рабочего органа. (Например, в протяжных станках.) Иногда применяются и гидромоторы для получения вращательного движения шпинделей (например, в шпиндельных головках). Преимущества гидропривода связаны с простотой осуществления реверсирования, торможения и бесступенчатого регулирования скоростей в широком диапазоне, ма-
лыми габаритами, возможностью непосредственного без всяких механических передач соединения двигателя с исполнительным органом станка. Главными недостатками гидропривода являются сложность коммуникаций и меньшая надежность

В высокоскоростных инструментальных головках в качестве приводного двигателя иногда используется пневмотурбинка, посаженная непосредственно на шпиндель.