Таблица 14.3. Характеристики частотных эаектропривоаов главного движения различных групп станков

требуемых мощностей диапазон бесступенчатого ретулироваиия главного привода устанавливается исходи нз технологических требований и экономических обоснований и соображений по возможности завышения установленной мощности привода. Основные требования к главным приводам различных групп станков приведены в табл. 14.3.

В бесцентровых виутришлифовальных станках-автоматах московского завода Стан-ксагрегат использованы три-, четыресмениых электрошпинделя с частотой вращения 24-96 тыс. об/мин при мощности от 1 до 5,5кВт.Производительностьстанковпри шлифовке, например, кольца с диаметром отверстия 28 мы составляет 180 шт/ч. Диаметры шлифуемых отверстий на этих станках изменяются от 20 до 50 мм. Аналогичное решение главного привода применяют во внутришли-фовальных.станках AtocKoacKoro завода автоматических линий им. 50-летня СССР. В станках-автоматах этого завода используют электрошпиндели с частотой вращения 96 тыс. об/мин.

В координатно-шлифовальных станках требуемая мощность шлифования невелика, что позволяет на диапазон частот вращення от 12 до 96 тыс. об/мин использовать лишь три регулируемых сменных шпинделя.

Таким образом, в станках-автоматах общий диапазон регулирования частоты вращения достигает 4:1. В процессе обработки одаотипных деталей необходимо регулирование в диапазоне до 1,5:1. В универсальных станках общий диапазон регулирования составляет (5-8):1, однако из-за существенно менее интенсивных режимов резания мощности требуются значительно меньшие. При часто-

тах вращетия 12-18 тыс. об/мин, мощность шлифования не превосходит 2-3 кВт.

Ряд других требований к высокоскоростному электроприводу неотличается отрассмот-ренных ранее для систем постоянного тока.

Элжтроприводы подачи, Расширшие технологических возможностей станков н в первую очередь миогооперацнонных (обрабатывающих центров), а также освоение нового твердосплавного и быстрорежущего инструмента обеспечили возможность проведения на одном станке различных технологических операций: фрезерования, сверления и растачивания; точения, сверления и растачивания и т. д.

Это в свою очередь привело к усложнению электроприводов подач вследствие увеличения вращающего момента на валу двигателя, расширения диапазона рабочих подач и установочных перемещений, увеличения быстродействия привода как при управляющем воздействии, так и при возмущении по нагрузке и т. д.

в последние годы существенно изменялась конструкция станков вследствие значительного сокращения механической части риводов подач. В ряде случаев стала возможной установка высокомоментных двигателей, имеющих меньшие габаритные размеры по сравнению собычиыми ДПТ с электромагнитным возбуждением, непрсредственно на ходовой винт. Исключение коробки передач привело ие только к сокращению механической части привода, но также и к повышению КПД и снижению момента икертщи электромеханического привода. В связи с этим снизилась нагрузка на двигатель при холостых перемещениях н возросла составля-

ющая от резания в общей нагрузке приводов подач. В большинстве современных станков средних размеров нагрузка иа двигатель при рабочих подачах без резания составляет не более 20-30 % номинальной.

Рост составляющей от сил резания в обшей нагрузке на привод подачи увеличил колебание нагрузки иа электроприводе подачи при резаиии, что ужесточило требование к статической и динамической жесткости привода подачи.

Увеличение скорости быстрых перемещений до 10 м/мяи, снижение скорости установочных перемещений привело к значительному увеличению диапазона регулирования. Максимальная рабочая подача на современных миогооперациониых станках составляет 10-30 % скорости быстрых перемещений.

Полный диапазон регулирования в станках фрезерной, расточной и токарной групп составляет 100-10 ООО, а в карусельных расширяется до 30 000-40 ООО. Реальный диапазон регулирования привода подачи каждой оси в станках с ЧПУ при контурном фрезеровании бесконечен, так как минимальная подача по каждой оси в двух точках обрабатываемой окружности равна иулю.

Скорость быстрых перемещений зависит от характеристик механической части привода, максимальной частоты сигнала управлении приводом от системы ЧПУ, дискретности управления, максимальной частоты вращения приводного электродвигателя, коэффициента редукции передачи от двигателя к механизму, коэффициента уснлевия по скорости следящего привода и максимального значения ошибки, запоминаемой системой ЧПУ.

Например, в серийных системах ЧПУ НЗЗ максимальная частота управляющих импульсов в устройстве управлеиия приводом f = 8000 Гц при дискретности б = 0,01 мм, максимальная скорость подачи Об,х = 80мм/с = 4800 мм/мин; в системе ЧПУ Н55 максимальная частота f= 16 ООО Гц и максимальная скорость соответственно равна 0(5.х = = 9,6 м/мин.

На небольших токарных и сверлильных станках, в том чнсле дли сверления печатных плат с большим количествомопераций и малым ходом, наибольшее зиачение имеет быстродействие привода и систем ЧПУ. В этих случаях часто производительность ограничена самим станком. В соответствии с предельными характеристиками передач винт-гайка качения определяются максимальная требуемая частота вращения даигателя и максимально допустимое ускорение как отношение максимального вращающего момента к собственному моменту инерции винта. Таким образом, в каждом конкретном случае может быть найдено минимально допустимое время переходного процесса по условиям механической прочности передачи винт-гайка качения.

Система ЧПУ также вносит ограничение .-минимального времеии разгона и замедления .Лривода. Как известно, система может запомнить ограниченную ошибку между заданным и действительным положениями координатных осей станка. Эта ошибка в разных сис-

темах составляет от ± 0,5 мм (Н22, НЗЗ, Н55) до ± 10 мм (1Н22, размер 4) при линейной зависимости сигнала, управляющего электроприводом, от ошибки. Это рассогласование может быть увеличено в переходных режимах при наличии так называемого накопителя в системе ЧПУ соответственно до ± (3-5) мм в до ± 20 мм. При этом сигнал управлеиия приводом остается иа неизменном уровне, соответствующем рассогласованию =h 0,5 нли ± 10 мм, до выхода системы из накопителя. Из-за неудовлетворительных динамических свойств регулируемого электропривода, особенно при возмущении по нагрузке, появляется шероховатость поверхности, поэтому весьма важно обеспечить высокое быстродействие привода при сбросе и набросе нагрузки, а также при] реверсе двигателя под нагрузкой на самых малых частотах вращения (контурное фрезерование в режиме круговой иитерполяции). Для электроприводов подач изменение частоты вращения при иабросе и сбросе нагрузки 0,5 Мвоы относительно уровня 0,5 Мной ие должно превышать 1(Ю % при и = 0,001 Пвон и времеии восстаиовле-иия 100 мс. Время реверса под нагрузкой Лном я = 0,001 Ином не более 0,5 с.

Стабильность позиционирования и обработки в значительной степени зависит от стабильности электромеханической системы приводов подач, которая определяется стабильностью ее звеньев и в первую очередь привода, датчика положетия и системы ЧПУ. Стабильность характеристик комплектного электро-. привода при достаточно большом коэффициенте усиления определяется стабильностью входного усилителя и датчика скорости - тахогенератора. Причем наибольшая нестабильность имеет место при малых частотах вращения, когда полезный сигнал соизмерим с дрейфом нуля усилителя и падетием напряжения в щеточном контакте тахогенератора. Именно поэтому в большинстве широкорегу-лнруемых приводов, выпускаемых ведущими зарубежными электротехническими фирмами, применяются высокостабильиые входные полупроводниковые усилители и устанавливаются серебряные щетки на тахогенераторе. Шрядок величин, характеризующих допустимые нестабильности входного сигнала и сигнала о(атной связи, можно определить из следующих рассуждений. В большинстве систем ЧПУ ошибке в 10 мм соответствует, сигнал управлеиия приводом, приблизительно равный 10 В. Таким образом, нестабильности сигнала в 1 мВ соответствует ошибка 1 мкм. А так как нестабильность привода подачи являетсй лишь составляющей в общей доле нестабильности позиционирования и обработки, то можно судить об исключительно высоких требованиях к стабильности характеристик регулируемого электропривода. Погрешности, допустимые для современных приводов подач, в соответствии с требованиями Иитерэлектро приведены в табл. 14.4. Формулы, по которым рассчитываются погрешности, те же, что для главного привода.

Другим фактором, влияюпшм иа стабильность, а следовательно, и на идштичность

Таблица 14.4. Допустимые значения погрешности частоты вращения привода подачи

параметров при обработке партии деталей, является характер переходного процесса по управляющему воздействию в замкнутых системах следящего и регулируемого электроприводов. Прн апериодическом переходном процессе н движении в одну сторону не происходит раскрытие люфтов в механических узлах, а также отсутствует влияние гистерезиса, что приводит к существенному повышению стабильности н точности позиционирования и обработки.

В соответствии с проведенным анализом можно сформулировать качественные требования к станочным электроприводам. Количественные оценки должны быть определены конкретно применительно к каждой группе станков. Установка во всех станках сверхточных, сверхбыстродействующих и сверхстабильных электроприводов сопряжена со значительными техническими трудностями и необоснованно высокими экономическими затратами.

Таким образом, основные требования, предъявляемые к современным станочным электроприводам, следующие: минимальные габариты электродвигателя прн высоком вращающем моменте; высокая максимальная скорость; значительная перегрузочная способность привода в режимах кратковременной и повторно-кратковременной нагрузки; широкий диапазон регулирования; высокая стабильность характеристик и в первую очередь усилителя н тахогенератора; высокое быстродействие прн апериодическом характере переходных процессов разгона и тормоясення; высокое быстродействие при набросе н сбросе нагрузки н прн реверСеподнагрузкойнасамых малых частотах вращения; высокая равномерность движения при различной нагрузке на всех скоростях вплоть до самых малых; высокая наденсность и ремонтопригодность; удобство конструктивной установки двигателя иа станке и встройки преобразователей в шкафы н ниши станков; малые габаритные размеры и расход активных материалов; небольшой расход днфицйтиых материалов; Простота наладки, ремонта и эксплуатации; высокая унификация узлов и отдельных

элементов; высокая экономичность н малая стоимость.

Как видно нз перечисленных, а также многих других требований, совмещенне всех нх в одном устройстве принципиально невозможно. Поэтому прн проектировании н применении станочных электроприводов в каждом конкретном случае удовлетворение одним требованиям достигается в ущерб другим.

В силу этого для правильного выбора электроприводов станков очень важно иметь возможно более полный перечень характеристик применяемых электроприводов и в первую очередь удовлетворяющих отмеченным требованиям.

14.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Определение мощности электроприводов металлорежущих станков, как и в других случаях, производится по методике, изложенной в разд. 7. Для определения нагрузки двигателя необходимо определить режимы резания, т. е. скорость, усилие н мощность резания, для наиболее тяжелого режима обработки.

Электропривод главного движения. КаяР

дый внд обработки характеризуется оптямаль-нымн значениями скоростей, усилий и мощностей, зависящих от материала детали, материала н геометрии реясущего инструмента, которые определяются по эмпирическим формулам нлн по специальным картам технологических нормативов. Например, при точении оптимальная скорость резания

v==ckjT 4W-,

(14.2)

где Ср - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал н материал резца, а также вид токарной обработки (прн обработке стали н чугуна твердосплавными резцами Со = 40-ь260 и резцами нз быстрорежущей стали с - 18-J-54); Т - стойкость резца (время работы его между двумя соседними заточками), для токарных работ 7= 6(Н-180 мин; t - глубина резання, измеряемая расстоянием между обрабатываемой и обработанной поверхностями (для черновой обработки i- 3-г-зо мм, прн чистовой t- 0,1-5-2 мм); S - подача, представляющая собой перемещение резца, приходящееся иа один оборот изделия (прн черновой обработке s= 0,4-ь 2 мм/об, прн чистовой s- 0,1-!-0,4 мм/об); /И], JCji н и,р - показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого металла, материала резца и вида обработки.

3 процессе снятия стружки резцом возникает усилие, приложенное под некоторым углом к режущей кромке инструмента, которое можно представить в виде трех составляющих: - тангенциальное усилие или усилие резання; Fy - радиальное усилие, создающее давление на суппорт; Fx - осевое усилие илн усилие подачи, преодолеваемое механизмом подачн.