 |
Бушуев В.В. Основы конструирования станков. – М.: Станкин, 1992 – 528 с.
|
|
|
|
Б) Двигатели в приводах главного движения станков с ЧПУ. Их характеристики.
Из-за наличия в двигателях постоянного тока щеточно – коллекторного узла снижающего их надежность и их высокой стоимости. В настоящее время широкое применение находит двигатели переменного тока с частотным регулированием. Современные электроприводы с частотным регулированием очевидно вытесняет двигатели постоянного тока. Они выпускаются мощностью до 100 кВт максимальная частота вращения достигает 7-8 тысяч об/мин. с диапазоном регулирования 10000 и выше.
ПРИВОД С БЕССТУПЕНЧАТЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
СКОРОСТИ
Основные достоинства приводов с бесступенчатым регу-
лированием — повышение производительности обработки за счет
точной настройки оптимальной по режимам резания скорости, воз-
можность плавного изменения скорости во время работы, простота
автоматизации процесса переключения скоростей. Для бесступенча-
того изменения скорости применяют иногда фрикционные вариаторы,
чаще — регулируемые двигатели. Принцип действия фрикционного
вариатора поясним на примере простейшей лобовой передачи. При
смещении ролика вдоль образующей диска изменяется величина ра-
диуса, что позволяет изменять передаточное отношение. Однако при
передаче вращения в вариаторе неизбежно возникает проскальзыва-
ние, так как только в одной точке скорость на поверхности диска
совпадает со скоростью на поверхности ролика. Вверх от этой точки
скорости на диске выше, чем на ролике, а вниз — ниже. Наличие
проскальзывания приводит к изменению передаточного отношения ва-
риатора и к его изнашиванию.
Величина проскальзывания зависит от типа вариатора и увели-
чивается с увеличением передаточного отношения, поэтому для боль-
шинства типов механических вариаторов диапазон бесступенчатого
регулирования Rб = 4÷6. Следует учитывать также, что с увеличе-
нием передаваемой мощности уменьшается надежность механических
вариаторов, поэтому их применяют только в приводах малых и
средних по размерам станков.
|
|
|
Для бесступенчатого регулирования скорости в основном при-
меняют двигатели постоянного тока с тиристорной системой управле-
ния. Эти двигатели все шире используют в станках с числовым уп-
равлением, большинство многооперационных станков оснащают та-
кими двигателями. При дальнейшем уменьшении стоимости и габа-
ритных размеров двигателей постоянного тока их применение будет
расширяться.
В этих двигателях диапазон регулирования скорости с постоян-
ной мощностью пока лежит в пределах R б = (Rд) р (иногда
до 8—10), что не перекрывает всего требуемого диапазона регулиро-
вания на шпинделе с постоянной мощностью R Р (см. рис. 12.4).
Частоты вращения при постоянном моменте (Rд) м регулируют в очень
широком диапазоне. Перспективным является применение бесколлек-
торных электродвигателей постоянного тока, что повышает их на-
дежность.
В приводе главного движения применяют и регулируемые за счет изменения частота тока асинхронные электродвигатели, у которых n = 60f/p (1 –S) где f — частота тока; p – число пар полюсов; S- скольжение. Эти двигатели обладают высокой надежностью,
жесткой характеристикой и обеспечивают регулирование с постоян-
ной мощностью во всем диапазоне.
Так как диапазон бесступенчатого регулирования R б механи-
ческих вариаторов или диапазон (Rд) р регулируемых двигателей зна-
чительно меньше требуемого диапазона регулирования частот вра-
щения шпинделя R п или R р при системах комбинированного регу-
лирования, между устройством для бесступенчатого регулирования
и шпинделем вводят обычно ступенчатую коробку. При этом должно
выполняться условие
|
|
|
где Rк — диапазон регулирования коробки скоростей, т. е. коробку
скоростей можно рассматривать как переборную группу, расши-
ряющую диапазон регулирования привода, и в соответствии с усло-
вием (12.14) можно записать
С учетом того, что при бесступенчатом регулировании φ = 1,
необходимо, чтобы φк = R б следовательно, на основании (12.10)
окончательно 
что позволяет определить число ступеней коробки скоростей
Вследствие переменного скольжения в электродвигателях, меха-
нических вариаторах, ременных передачах фактический диапазон
регулирования бесступенчатого устройства может оказаться
меньше R б поэтому во избежание разрыва бесступенчатого ряда
оборотов на шпинделе принимают обычно φк = (0,94 ÷ 0,97) R б.
Если коробка скоростей выполнена в виде одной группы передач,
то, учитывая ограничение (12.21), для привода без перекрытия при
ZК = 2 можно обеспечить диапазон регулирования Rп = Rбг, если
Rб ≤ 8; при Zк = 3 Rп = Rб 
, если Rб ≤ 
= 2,8 (если Rб >
> 2,8, то в приводе получается перекрытие скоростей и Rп = 8 R б).
Привод с Zк = 4 = 20˙21 позволяет получить Rп = Rб 
, если
Rб ≤ 2,8 (при Rб >2,8 получается перекрытие и R п = 8 Rб 
)
При вычислении ZК по формуле (12.28) и округлении его значения
в большую сторону перекрытие скоростей получается автоматически.
В качестве примера на рис. 12.7 изображены кинематическая схема,
график частот вращения и диаграмма мощности привода с ZК =3
при
В приводе получается перекрытие скоростей, так как Zк = 
= 2.45 округлено в большую сторону Zк = 3.
В многооперационных станках с числовым управлением иногда сокращают число ступеней скорости, округляя Zк 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. 12.8 приведены график частот вращения и диаграмма мощности привода, построенного для предыдущего примера при Zк = 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.
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. 12.9 изображен график частот вращения привода главного движения многооперационного станка, кинематическая схема
которого приведена на рис. 6.16.
|
|
|
|
|
|
