Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (831033), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Однако при малых частотахвращения шпинделя это требование не может быть выполнено по условиямпрочности механических передач, ограничивающих передаваемый момент смаксимально допустимым значением. Усложнившиеся в последнее времятребования к таким приводам станков с ЧПУ изложены в стандартах(IEC 34,EN 60034).Устранение зубчатых передач в коробке скоростей шпиндельного узластало возможным при использовании преобразователей напряжения (дляэлектродвигателей постоянного тока) или частоты (для электродвигателейпеременного тока).Применение новых специальных электродвигателей асинхронного(синхронного) типа с преобразователями частоты, современных схемных решений и постоянных магнитов с высокой коэрцетивной силой позволило создать привод главного движения, обеспечивающий максимальное приближение к зоне резания.
Блок датчиков обратных связей в этом случае можетсодержать кроме датчиков частоты вращения и угла поворота шпинделя ещеи датчик моментов резания. Это позволяет рационально использовать дорогостоящий режущий инструмент.В последние годы появились электроприводы главного движения металлорежущих станков на основе асинхронных (синхронных) электродвигателейи преобразователей частоты, выполненных по принципиально различнымсхемам.
Существуют преобразователи, сконструированные на основе регулированияпонапряжениюи частоте,регулированияориентированнымэлектромагнитным полем и т. д.Рассмотрим блок-схему привода асинхронного электродвигателя типа 4Ас регулируемым комплектным частотно-токовым управлением. Подобнуюсхему используют в электроприводах главного движения станков с ЧПУ«Размер 2М» (рис.3 .11 ).Разность задающего напряжения Изад (заданная частота вращения шпинделя) и напряжения обратной связи Ио.с (его фактическая частота) формируетсигнал Иq, задающий ток в фазе статора электродвигателя и частоту ротора3.2. Регулируемые электромеханические приводы металлоре:жущих станков111Формировательопорныхсинусоидальныхсигналов1 измИо.сИqИцФормировательчастотыскольженияФормировател ьФормировательТрехфазныйамплитуды изаданиярегуляторфазы тока статорафазных токовтокаf~тf ро-,·Сумматор частоти формировательf,,- - - ~вримпульсовротораДатчиктокаЦифроаналоговыйКодРис.3.11.
Блок-схема асинхронногоФормирователь - - - - - - - ~частотыпреобразовательэлектропривода главного движения станка с системой ЧПУ «Размер 2М»(частота скольжения пропорциональна частоте ротора). В сумматоре частотпроисходит сложение частот ротора hО'Г и вращения fвr, что определяет частоту тока статора электродвигателя. Трехфазный регулятор тока формируетсинусоидальную кривую тока статора заданной амплитуды и частоты. В регуляторе тока сравниваются мгновенные значения заданного и фактическоготока статора.
Сигнал управления инвертором изменяется не непрерывно, аскачкообразно с определенной дискретностью. Кривая фактического тока будет иметь вид ломаной линии, периодически пересекающей кривую заданноготока. Вследствие этого обеспечивается синусоидальная форма кривых тока.На валу электродвигателя установлен бесконтактный датчик положения.Выходное напряжение этого датчика преобразуется в импульсы, которыеформируются затем в сигнал обратной связи по частоте вращения.
В импульсном виде этот сигнал используется для геометрического сложения с сигналомчастоты тока ротора двигателя, а в аналоговом-для сравнения с заданнойчастотой вращения шпинделя.3.2.2. Выбор электродвигателяглавного движения станка с ЧПУПри выборе электродвигателя главного движения станка с ЧПУ необходимы следующие данные:ориентировочный максимальный вращающий момент на валу электродвигателя Мэд при резании в самых тяжелых условиях;1123.Приводы станковмаксимальная мощность на валу электродвигателя;режимы работы электродвигателя главного движения при разных нагрузках;тип электродвигателя (постоянного тока, асинхронный, синхронный, шаговый) и тип механической передачи (ременная, зубчатая и т.
д.);диапазонDрегулирования скорости в прямом и обратном направленияхвращения, при котором сохраняются все параметры электродвигателя по стабильности при изменении нагрузки резания, напряжения сети, температуреокружающей среды и т. д.;допустимая неравномерность вращения вала электродвигателя, особеннопри малых частотах вращения;допустимая чувствительность минимального сигнала управления, отрабатьmаемого электроприводом;параметры преобразователя частоты;перегрузочная способность электродвигателя в установившемся режимерезания при самыхсложных условияхи переходных режимах (разгонторможение);требуемые динамические характеристики электропривода по управляющему воздействию: время пуска и торможения, частота среза, время перерегулирования (если процесс пуска не апериодический);динамические характеристики нагрузки при резании (время восстановления переходного процесса при резком изменении нагрузки, время сглаживания бросков частоты вращения);жесткость и коэффициент усиления электропривода главного движения.У современного металлорежущего станка со встраиваемым в шпиндельный узел синхронным электродвигателем• КПД электропривода главногодвижения обычно составляетможных силеFи скоростиv11 = 0,7 ...
0,8.Определив при максимально возрезания мощность резанияР = Fv/60 ООО,можно приближенно найти мощность электродвигателя, расположенного наоси шпинделя,Рэд = Р/11 .Однако при этом не учитываются такие известные в настоящее время параметры,какнагрев электродвигателя,пусковыемоменты,отношения моментов инерции в приводе и т. д.После этого необходимо рассмотреть нагрузочные диаграммы допустимых мощностей в зависимости от времени работы привода главного движения и определить средние потери мощности ЛРср•Технические параметры выбранного электродвигателя главного движенияопределяют методом эквивалентного тока (момента, мощности и т. д.).• Методику выбора типа электродвигателя см.: Михайлов О.П Автоматизирован1990.ный электропривод станков и промьшшенных роботов.
М.: Маrшmостроение,3.2. Регулируемые электромеханические приводы металлоре:жущих станков3.2.3. Выбор электропривода токарного113станка с ЧПУПосле предварительного расчета мощности и диапазона частот вращенияэлектродвигателя главного движения переходят к выбору привода. При этомособое внимание следует уделять конструкции исполнительного механизма,поскольку его параметры имеют очень большое значение при конструировании станка. Если раньше широко применяли электродвигатели постоянноготока, то сейчас все большее использование находят асинхронные и синхронные (вентильные) электродвигатели.
Именно они обладают лучшими параметрами для приводов главного движения и подач.В вентильных электродвигателях наибольшее распространение получилаконструкция ротора с постоянными магнитами и статора с коммутируемымиобмотками. Магниты с высокой коэрцитивной силой намагничены в тангенциальном направлении и размещены между полюсными наконечниками, выполненными в виде сегментов. К каждому наконечнику магниты примыкаютполюсами одной полярности. Для предотвращения шунтирования магнитного потока вал изготовляют из немагнитного материала или на него насаживают немагнитную втулку.
Чтобы предотвратить попадание ферритовойкрошки в зазор, магниты размещают в немагнитных обоймах. Для увеличения возникающих между ротором и статором магнитных сил ( а следовательно, и момента на валу) в некоторых конструкциях вентильных электродвигателей применяют вращающуюся катушку с постоянным током, одетую наротор. Однако это усложняет электродвигатель, так как требуется щеточноколлекторный узел.При выборе электропривода главного движения необходимо помнить обувеличении диапазона частот вращения шпинделя при постоянной мощности.Именно поэтому следует применять электродвигатели, обладающие большимдиапазоном частот вращения.
Расширение диапазона регулирования связанос увеличением максимальной и уменьшением минимальной частоты вращения вала электродвигателя. В случае электропривода главного движения этообусловлено расширением технологических задач для данного типа станка(например, обработка на токарном станке с ЧПУ как жаропрочных титановыхматериалов, так и алюминиевых сплавов).При выборе электропривода главного движения нужно учитывать динамику процесса регулирования частоты вращения шпинделя.
Динамическиехарактеристики привода при реакции на управляющее воздействие (пуски иторможения шпинделя, набор и сброс частоты вращения) определяют какточность обработки, так и производительность станка. При этом большоезначение имеет характер изменения частоты вращения во времени (при переходных процессах).Высокое быстродействие электропривода главного движения с минимальным перерегулированием при отработке управляющих воздействий позволяет ускорить обработку заготовки за счет сокращения времени перехода с1143.Приводы станководной частоты вращения на другую, переключения механических диапазонов, смены инструмента, ориентации шпинделя.Перегрузочная способность по моменту для электропривода главногодвижения характеризует возможность работы в форсированных режимах(при большом съеме металла), длительность которых должна быть ограничена во избежание недопустимого перегрева электродвигателя.
В пусковых режимах перегрузочная способность определяет время переходного процессапри пуске (торможении) на большие (меньшие) частоты вращения. Для электропривода главного движения она составляетмаксимальную частоту - не более2- 2,5раза, а время пуска на0,5 ... 0,8 с.Большое внимание следует уделять чувствительности электроприводаглавного движения, которая характеризует его поведение при минимальныхсигналах управления. Если электропривод имеет большую зону нечувствительности по сигналу управления, то это приводит к потере точности и ухудшению качества обработки поверхности заготовки.Комплексный подход к анализу постоянных и переходных процессов вэлектроприводе главного движения станков с ЧПУ для обеспечения оптимальной производительности, точности и надежности приводит к тщательному изучению конструкции, статических и динамических свойств как самого электродвигателя, так и остальных элементов привода.Многие фирмы мира разрабатывают конструкции электродвигателей дляэлектроприводов главного движения (табл.гателейтипаSimodrive-611.1РН4фирмойSiemens3.2).
Для синхронных электродвиразработанасистемауправленияНа основе синхронного принципа действия этой фирмой былтакже предложен встраиваемый в шпиндельный узел моментный торроидальный синхронный электродвигатель lFWб с охлаждением водой.Таблица3.2Справочные данные на синхронный электродвигатель 1РН4 (поТИn электродвигателяnною мин-' , при Рпом, %- 1nпом, ~нIEC 60034-1)10060401РН41031 5008 6007 5006 5001РН41051 5008 8007 6006 5001РН41071 5008 6007 40064001РН41331 5008 ООО7 40061РН41351 5007 4006 2005 5001РН41371 5006 8005 80051РН41381 5007 8006 6005 8001РН416315006 3005 2004 5001РН41671 5005 20044003 8001РН41681 5006 3005 3004 600ОООООО3.3.3.3. СЛЕДЯЩИЕСледящие электроприводы подач115ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПОДАЧ3.3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
