Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 13
Текст из файла (страница 13)
2.7. Таблица 27 Геометрические параметры электрошпияделей типа ШПЛ, мм Электрошпиндели с воздушными опорами типа АС (рис. 2.22) и СФС предназначены для применения в качестве главного привода станков для сверления и фрезерования плат печатного монтажа, скайбирования твердых, хрупких материалов, керамики, ферритов и других материалов алмазным инструментом, а также находят применение в роторных системах различного назначения: распылители лакокрасочных покрытий в электростатическом поле, прядильные веретена, установка для испытания материалов на разрыв.
Они представляют собой меха- Рос. 2.22 тронные модули со встроенным трехфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнугым ротором. Смазку подшипников и подпятников осушествляют сжатым воздухом. Частота вращения электрошпинделя 20000...100000 об/мин, мощность 0,18...0,8 кВт. Пневмошпиндели с воздушными опорами типа АП с частотой вращения 40000...100000 об/мин, давлением подводимого воздуха 0,4...0,6 МПа, полезной мощностью на средней частоте вращения 0,37 кВт и массой 4,8кг (рис.
2.23) предназначены для комплектации универсальных и внутришлифовальных станков. Пнев- Ро . г.2З мошпиндель приводят во вращение турбиной типа сегнерева колеса, работающей на сжатом воздухе. Изменение частоты вращения проводят регулятором пульта управления. Сжатый воздух проводят через коллектор. Опоры турбин и коллектора смазывают сжатым воздухом. Самарское закрытое акционерное обшество «Самараточмаш» выпускает электрошпиндели типа СШ с частотой вращения 7500...120000 об/мин и мошностью 1,35..!5 кВт для шлифовального оборудования, расточных и координатно- шлифовальных станков.
Ивановский завод тяжелого станкостроения выпускает станки супер-центр ИС630 и ИС800 с электрошпинделем мощностью 30 к Вт и частотой вращения 40...12000 об/мин. Фирма Ргес)зе (Германия) освоила серийный выпуск сверлильных шпинделей типа 5С1060 с частотой вращения до 160000 об/мин. Фирма ОАМР(ОК (Италия) разработала электрошпиндель для обработки инжекторных отверстий с частотой вращения 270000 об/мин. Лидер рынка шлифовальных и фрезерно-расточных электро- шпинделей фирма ОМХ (Германия) предлагает щлифовальные электрошпиндели с внешним диаметром 80...170 мм, обеспечиваюшие экономичные режимы работы в диапазоне частот вращения от 4500 до 180000 об/мин с полезной мощностью от 0,2 до 26 кВт и фрезерные электрошпиндели с внешним диаметром !20...300 мм, обеспечивающие режимы работы в диапазоне частот вращения от 4500 до б0000 об/мин с полезной мощностью от 5 до 42 кВт.
Следует отметит, что шпиндель встроенный в ротор электродвигателя позволяет исключить преобразователь движения. Но отказ от него лишает модуль хорошего гасителя колебаний - фильтра низких частот. Упрощение кинематики, увеличение К.П.Д., надежности и т.д. одновременно налагает большие требования к системе управления. На рис. 2.24 представлены схемы обработки электрошпинлелями методом шлифования различных типов поверхностей: а) внутреннего диаметра подшипника; б) желоба; в) шариковой пары; г) малых отверстий; д) отверстий и торца за один установ; е) конуса; ж) сферы; з) инжекторов. з) Рис. 2.24 Ба 2.3. Мехатронные модули движения Мехатронный модуль движения (ММД) — конструктивно и функционально самостоятельное изделие, включаюгцее в себя механическую, электрическую (электротехническую) и информационную части, которое можно использовать инднвнлуально и в различных комбинациях с другими молулями.
В связи с развитием новых электронных технологий, которые позволили создать миниатюрные датчики и электронные блоки для обработки их сигналов, в мехатронных модулях движения появились электронные и информационные устройства, что является их главным отличающим признаком от модулей движения.
Для создания современных технологических машин, предназначенных для автоматизированного машиностроения, необходимы разнообразные мехатронные модули движения, удовлетворяющие ряду требований: высокой точности реализации исполнительных движений, надежности, долговечности, возможности работы при наличии различных видов возмущений и в широком диапазоне температур окружающей среды„а также значительно меньшим массо- габаритным показателям по сравнению с обычным электроприводом. Требования к развиваемым усилиям, точности и скорости исполнительных движений диктуются особенностями автоматизируемой технологической операции, а требование минимизации размеров меха- тронного модуля движения — необходимостью встраивания его в технологическую машину.
Попытка синтеза мехатронного модуля движения из имеющихся в наличии серийно выпускаемых компонентов может привести к технически и экономически неэффективным решениям. Поэтому более рациональным является проектирование специализированного мехатронного модуля движения, наиболее полно отвечающего его служебному назначению. Сложность и противоречивость требований, предъявляемых к мехатронным модулям движения, обусловливает целесообразность мехатронного подхода к их проектированию. В частности„следование принципу синергетической интеграции элементов системы приводит к обеспечению желаемого уровня качества модуля за счет конструктивного и функционального взаимопроникновения его компонентов, многие из которых являются специализированными и создаются в ходе параллельного системного проектирования с учетом их последующего эффективного объединения (4].
Если преобладающим является требование обеспечения компактности мехатронного модуля движения, то оно может быть реализовано путем использования бесконтактных электрических ма- шин и их интеграции с преобразователями движения и информационно-измерительными элементами. При этом преобразователи движения и датчики не являются отдельными устройствами, а становятся неотъемлемыми элементами двигателя. Синергетический эффект достигается также за счет выполнения некоторыми компонентами мехатронного модуля движения нескольких функций одновременно.
Такие решения позволяют исключить многие механические интерфейсы, упростить и удешевить конструкцию, устранить необходимость механической подгонки и согласования датчика и двигателя. Мехатронные модули движения являются функциональными «кубиками; из которых можно компоновать сложные мехатронные системы. Примеры мехатронных модулей движения; мехатронные модули движения на основе электродвигателей углового и линейного движения и различных преобразователей движения (вннтовых, червячных, планетарных, волновых и т.п.), безредукторные мехатронные модули движения, безредукторные поворотные столы. На рис.
2.25 изображена схема мехатронного модуля движения, разработанного в ЦНИИ автоматики и гидравлики и в МГТУ «СТАНКИН» (4!. 5 10 Модуль состоит из трехфазного бескона тактного электродвигателя, шариковинтового преобразователя движения, индуктивного датчика положения (ИДП) и направляющих. 'с«,- Ротор б электро- двигателя соединен с в в гайкой 2 шарико- т винтового преобразоРис. 2.25 вателя движения, установленной на подшипниках 3 в корпусе 4. Токи, протекающие по фазным обмоткам 7 статора 5 приводят к появлению электромагнитного момента двигателя, вызывающего вращение гайки 2. При этом винт 1 совершает линейное перемещение вдоль направляющих 8.
Для измерения перемещения винта ! применен индуктивный датчик положения 9. Роль его подвижного элемента выполняет винт К Неподвижная часть 9 закреплена в корпусе 4 мехатронного то модуля движения и частично помещена внутрь полого ротора б двигателя. На роторе б электродвигателя размещено 20 высокоэффективных постоянных магнитов. На статоре 5, имеющем 24 паза, размещены фазные обмотки 7 якоря двигателя, а также трехфазные тахометрические обмотки, служащие для измерения скорости вращения ротора, и обмотки возбуждения датчика положения ротора (ДП Р). Исполнение ДПР имеет особенности, которые позволяют существенно упростить конструкцию и уменьп1ить объем мехатронного модуля движения.
В отличии от применяемых обычно ДПР на базе датчиков Холла, используемый в данном модуле ДПР не является самостоятельным конструктивным элементом, а представляет собой «неявное» устройство. Его функции реализуются с помощью нескольких элементов: тахометрических обмоток, обмоток возбуждения, находящихся в специально изготовленных отверстиях статора в непосредственной близости от тахометрических обмоток, и электронной аппаратуры мехатронного модуля движения. Преимущество рассматриваемого «неявного» ДПР заключаются в отсутствии необходимости его фазировки при настройке модуля, посколъку она обеспечивается конструкцией двигателя. Кроме того, такой ДПР подает сигналы положения ротора непрерывно, что позволяет без особых проблем формировать синусоидальные токи в фазньтх обмотках двигателя.
Такая возможность улучшает свойства мехатронного модуля в результате снижения пульсации момента двигателя. Неподвижная часть индукционного датчика положения, внутри которой поступательно перемещается винт, имеет винтовую нарезку, аналогичную самому винту, и является, по сути, гайкой. Отличие состоит в том, что винт имеет левую резьбу, а гайка датчика — правую. Кроме того, лля обеспечения свободного движения винта внутри ИДП, внутренний диаметр гайки датчика должен быть несколько больше внешнего диаметра винта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
