реключением и регулируемым электроцриво-йом постоянного тока.

Для электроприводов главного движения шлифовальных и заточных станков, где требуется высокая частота вращения (6000об/мин и более), перспективными являются электроприводы переменного тока с регулированием частоты питающего напряжения с помодц.ю преобразователей. Для этих станков разрабатываются спеш1альные сернн асинхронных двигателей с частотным управлением мощностью до 100 кВт, асинхронных высокоскоростных двигателей мощност1ью до 4 кВт и др. До выпуска этих двигателей возможно применение асинхронных двигателей сернн 4А (см. разд. 3).

4S в

JmJ Mx.S cox,f

Рис. 14.2. Твповаи кииеыатическаи схема электропривода подачи ставка. / двигатель; 2 - редуктор; 3 - ходовой винт; 4 в= гайка; 5 стол; б >=и иаправлиющие.

В электроприводах подач двигатель осуществляет перемещение инструмеита нлн изделия для обеспечения процесса резания. Подача на стайках осуществляется различными способами, но наибольшее распространенне получил привод с передачами винт-гайка илн шестерня-рейка. Типовая схема привода приведена на рис. 14.2.

Применение в электроприводах подач получил ДПТ, обеспечивающий электрическое регулирование скорости подачн. В последние годы широкое расгфостраненне получили высокомоментные ДПТ с возбуждением от постоянных магнитов, рассчитанные иа установку непосредственно на ходовой винт, что существенно сократило механическую часть привода, снизило его момент инерции и повысило КПД.

Для повышения производительности станков перемещенне ясполнительныхорганов в зону обработки осуществляется на быстрых ходах теми же электродвигателями подачи.

Электроприводы вспомогательных движений, как правило, не требуют регулирования скорости и осуществляются от АД с передающими устройствами и без них.

14.2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАНОЧНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ

Требования к электроприводам и системам управлення станками определяются технологией обработки, конструктивными возможностями станка и режущего инструмента.

Основными технологическими требованиями являются обеспечение: самого широкого круга технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента; максимальной производительности; наибольшей точности обработки; высокой чистоты обрабатываемой поверхности; высокой степени повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии (стабильности).

Удовлетворение всем этим и другим требованиям зависит от характеристик станка и режущего инструмента, мощности главного привода и электромеханических свойств приводов подач и снетем управления.

Прн всем многообразии станков требования, предъявляемые к приводам станков, определяются главным образом яе тем, к какой группе относится станок, а для какого движения предназначеи привод: главного, подачи нлн вспомогательного. Именно это определяет мощность, способ и диапазон регулирования скорости, необходимую плавность регулирования, требования к жесткости и стабильности характеристик, требования к жииамике.

Электроприводы главного движения. Мощность, развиваемая прн резании, определяется скоростью резання и усилием резання. Усилие резання определяется подачей и глубиной резання прн неизменных материалах и геометрии резца и заготовки (см. § 14.3).

Для приводов главного движения наиболее рациональным является способ регулирования скорости с постоянной мощностью, так как бблыпим скоростям резання соответствуют меньпше усилия резания, а меньшим скоростям - ббльшиеусилия 114.1].

Диапазон регулирования частоты вращения определяется пределами скоростей резання и диаметров срабатываемых изделий. Это определяется тем, что на универсальных станках могут обрабатываться детали из различных материалов и разных размеров, в частности разных диаметров. Для обработки изделий одинакового диаметра нз различных материалов необходимо обеспечить определенный диапазон регулирования скорости резання. С другой стороны, рациональная об- работка изделий из одного и того же материала, но разных диаметров, требует постоянной скорости, м/мин,

о = л dn/IOOO=const.

Соблюдение условня v = const достигается регулированием скорости привода с диапазоном регулирования, определяемым диапазоном диаметров. Так, для токарных стая-ков с диаметром устанавливаемых изделий d от 320 до lOiOO мм требуемый диапазон регулирования частот вращения около 50, а для токарно-карусельных станков диаметром обрабатываемого изделия от 1250 до 4000 нм он доходит до 80.

В высокоавтоматизированных станках с числовым программньш управлением (ЧПУ) функцин,ыполняемые электроприводом главного движення, значительно усложвены. По-

мимо стабилизации частоты вращения, при силовых режимах резания требуются обеспечение режимов позиционирования шпинделя при автоматической смене инструмента и производстве легких долбежных и строгальных работ, а также возможность нарезания резьбы как метчиками, так и резцами. Это неизбежно ведет к увеличению требуемого диапазона регулирования частоты вращения. Так, при требуемой точности позиционирования шпинделя 0,1 и максимальной частоте вращения двигателя 3000-5000 об/мин суммарный диапазон изменения частоты вращения должен быть не менее 10 ООО.

Электромеханический способ регулирования скорости (частоты вращения) для приводов главного движения является наиболее перспективным. Требуемый технологический диапазон регулирования скорости шпинделя с постоянной мощностью, равный 20-50 при двухступенчатой коробке скоростей, можно обеспечить при электрическом регулироваини скорости двигателя с постоянной мощностью в диапазоне 5: 1 - 10 : 1, что вполне осуществимо при современных ДПТ. На скоростях ниже номинальных регулирование осуществляется с постоянным моментом. Таким образом, получается двухзонное регулирование скорости. При небольшой мощности главного привода применяют однозонное регулирование скорости с постоянным моментом.

Плавность регулирования ф (см. разд. 4) при ступенчатом регулировании скорости устанавливается из следующего ряда: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2. При электрическом регулировании возможно обеспечить плавность ф 1.

Стабильность работы привода характеризуется перепадом частоты вращения при изменении нагрузки, напряжения питающей сети, температуры окружающего воздуха и т.п. Погрешность регулирования определяется суммированием следующих отклонений: отклонение частоты вращения при изменении нагрузки на - 0,4 /ной по отношению к 0,6 / он при номинальном напряжении питания и постоянной температуре окружающей среды 20±5°С; изменение частоты вращения при изменении температуры окружающей среды от 20 ± 5 до 45 °С при питании номинальным напряжением при номинальной нагрузке / ои; изменение частоты вращения при изменении напряжения питания на =Ь 10 % к номинальному при холостом ходе и постоянной температуре.

Погрешность частоты вращения при изменении нагрузки определяется по формулам:

100 о/о;

100%.

Погрешность частоты вращения при из-мененяи температуры

го°с~ 45°с

20 С

100%.

Погрешность частоты вращения при изменении напряжеиия сети

i If/ - г/ д =-±5ш-100%;

нон ном ном

100%.

Суммарная погрешность частоты вращения

= \К \тах + \ К\тах+\ Ьпах-

Погрешность частоты вращения при изменении направления вращения определяется при Холостом ходе привода, номинальном напряжении питания и температуре окружающего воздуха 20 ± 5 °С и рассчитывается по формуле

- 100 0.

Пвр + л

где пр, Лл - частота вращения при правом и левом направлениях.

Значения допустимых погрешностей частоты вращения и коэффициента неравномерности в различных диапазонах регулирования приведены в табл. 14.2. Коэффициент неравнй-мерности рассчитывается как отношение разности максимальной л, и минимальной п% мгновенных частот вращения к средней частоте вращения при холостом ходе привода:

1+Па *

(14.1)

Таблица 14.2. Допустимые значенвя погрешностн частоты вращеавя главного привода

В современных станках с ЧПУ динамические характеристики приводов главного движения по управлению прямым образом определяют производительность, что нехарактерно для других станков, где электропривод главного движения, в основном был предназначеи для длительных режимов работы с номинальными мощностями. Цикл смены инструмента происходит за 5- Юс, при этом время позиционирования шпинделя и, следовательно, время- пуска и торможения с любой частоты вращения не должны превышать 2-4 с. При наличии зазоров в кинематической цепи главного привода перерегулирование приводит и дополнительным затратам времени на позиционирование, поэтому появляется необходимость обеспечения монотонного апериодического характера изменения скорости.

Динамические характеристики электропривода по нагрузке практически определяют точность и чистоту обработки изделия, а также стойкость инструмента. Устойчивый процесс резания при необходимой точности и чистоте поверхности возможен, если параметры настройки привода обеспечивают при набросе номинального момента нагрузки максимальный провал скорости не более 40 % при времени восстановления, не превышающем 0,25с.

Отличительной особенностью главного привода для высокоавтоматизированных станков с ЧПУ является необходимость применения реверсивного привода даже в тех случаях, когда по технологии обработки не буется реверс. Требование обеспечения ективного торможения и подтормаживаиия при снижении частоты вращения и режимов поддержания постоянной скорости резания приводит к необходимости применении реверсивного привода с целью получения нужного качества переходных процессов.

В ряде шлифовальных и сверлильных станков требуется получение высоких частот вращения двигателей. Например, при внутреннем шлифовании отверстий с диаметрами от 1 до 800 мм линейная скорость круга должна сохраняться- в пределах 12-120 м/с. Ввиду большого диапазона изменения размеров отверстий частота вращения шлифовального круга должна составлять 2-200 тыс. об/мин. В многошпиндельных сверлильных станках, предназначенных для сверления печатных плат, также требуется получение высоких частот вращения 6-60 тыс. об/мин. Аналогичные примеры использования высокоскоростных механизмов имеются в коорди-натно-шлифовальных, заточных, резьбо- и шлицешлифовальных станках.

Получение столь высоких частот вращения возможно путем применения повышающей ременной передачи от двигателя с частотой вращения 3000 обАмин либо высокоскоростных двигателей. В первом случае используются короткозамкнутые АД с частотой питания сети 50 Гц. Такое решение применяется при мощности до 2--3 кВт и частоте вращения круга до 18тыс. об/мин. Прн применении указанного типа привода на частоты. вращении более 20 тыс. об/мин получается неблагоп-

риятное соотношение диаметров шкивов на двигателе и шпинделе. Угол охвата ремнем шкива на шпинделе оказывается недостаточным для передачи требуемой мощности. Использование второго типа привода с высокоскоростным двигателем - электрошпинделем, на валу которого крепитси режущий инструмент, позволяет получить наиболее рациональную конструкцию механизма главного движения.

Однако только упрощение конструкции главного привода не решает задачи существенного повышения производительности и качества обработки на станках. Например, в шлифовальных станках широкий диапазон размеров шлифуемых отверстий требует применения различных шлифовальных кругов. Это вызывает необходимость в изменении частоты вращения двигателя при изменении размера отверстий, износе шлифовального круга в процессе работы. До настоящего времени в большинстве станков для изменении частоты вращения круга менялся электрошпнндель. На одном станке использовалось до четырех сменных электрошпинделей с различными номинальными частотами вращения.

Применение регулируемого привода с электрошпинделем позволяет сохранить неизменной скорость шлифования по мере износа круга. Обеспечивается получение оптимальных режимов обработки путем регулирования скорости резания. В стайках, где требуется широкий диапазон частот вращения шлифовальных кругов, применение регулируемого привода обеспечивает требуемые режимы шлифования без смены двигателя, что позволяет повысить производительность станка путем снижении вспомогательного времени при переналадке и смене шпинделя.

Выпускаются также станки с пиевмо-шпинделями, частоту вращения которых можно регулировать с помощью специальных устройств. Однако мощность пневмошпинделей не превышает 1 кВт, что ограничивает область их применения.

Требования к высокоскоростным приводам в значительной степени определяются уровнем автоматизации станка. Развитие шлифовальных станков характеризуется резким ростом за последние 15 лет потребной мощности электрошпинделей. Это приводит к тому, что на станках-автоматах электрошпин-дели в номинальном режиме используютси на предельных режимах. Необходимость регулирования в режиме с постоянной мощностью нагрузки требует соответствующего завышения установленной мощности электрошпииде-лей. Это требование вступает в противоречие с возможностью изготовления электрошпинделя иа большие номинальные мощности. Поэтому следует ожидать применения регулируемого главного привода с ограниченным диапазоном до 1,5:1. Для получения большего диапазона необходимо ставить электрошпиндель с другим значением номинальной частоты вращения при сохранении требуемой мощности резания.

В универсальных внутришлифовальиых и других станках ввиду существенно меньших