Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (831033), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

Верхний предел п= легко достигается элек­тромеханическими условиями, однако он определяется механической прочно­стью элементов электропривода подач, процессами тепловыделения и преде­лами работоспособности подшипников на валу электродвигателя. Нижнийпредел nmin определяется главным образом устойчивостью вращения валапри колебаниях момента нагрузки и внутренними возмущениями электро­двигателя.Исходными данными для выбора электродвигателя являются:сила тренияFтрв опорах ходового винта, направляющих стола и в ШВП;передаточные отношенияi механических звеньев привода:ШВП, коробкиподач и т. п.;масса т перемещаемого органа электропривода вместе с массой заготовкии приспособления, например, инструментального магазина;моменты инерцииJвсех движущихся механических звеньев электропри-вода;КПД11механических передач;скорость Vб.х быстрого хода и диапазон л рабочих подач;допустимые для механизмов ускорения а и необходимое время переход­ных процессов tп.Кроме того, желательно иметь циклограмму нагрузки электродвигателяпри работе исполнительного органа (стола) и способы регулирования элек­тропривода и управления им в переходных режимах.Расчетная схема электропривода подач токарного станка с ЧПУ (попе­речного стола) представлена на рис.3.18.У большинства средних металло­режущих станков для удобства сбора стружки, распределения нагрузки иуменьшения габаритных размеров поперечный стол располагают под углом кгоризонтальной поверхности.Был разработан алгоритм расчета, в котором учтены все базы данных поэлектродвигателям различных фирм, осевым жесткостям опор ходового вин­та и ШВП, коэффициенты трения и т.

п. После изучения базы данных по из­вестным электродвигателям и составления схемы электропривода необходи­мо проверить параметры расчетной схемы.Если выбор типа электродвигателя по соответствующей базе данных недал ожидаемого результата, следует составить полную расчетную схему ме­ханической системы электропривода и провести статический и динамическийрасчеты недостающих моментов инерции, постоянных времени всех движу­щихся элементов схемы, ускорений и т. д.Остановимся на расчете основного элемента расчетной схемы электро­привода подач-синхронного электродвигателя.1223.Приводы станковуРис.3.18.Расчетная схема поперечного стола токарногостанка с ЧПУ:1-стол;2-шпиндель;беззазорная муфта;3-ШВП;6-резец;7-4-двигатель ;5-гибкаяопораМаксимальная и минимальная частоты вращения вала электродвигателядля передач винт-гайка качения и рейка-шестерня определяются соответ­ственно выражениямиnpaб.max=nраб max=.где Vраб -привода;Vpaб.maxipeдtVpaб.maxipeдnDВ табл.шаг ходового винта;3.3=nраб min=.рабочая скорость резца; iред -t-npaб.minD-Vpaб.rnin iредtVpaб.rninipeдnDпередаточное отношение редукторадиаметр шестерни.приведены формулы, позволяющие определить основные ста­тические параметры электропривода подач.Очень часто при проектировании электропривода подач задают ориенти­ровочные значения ряда величин: массы заготовки, коэффициента демпфиро­вания, постоянных времени и т.

д.Полный вращающий момент электродвигателя является суммой статиче­ского и динамического моментов:Мэд =Мет +Мдин•3.3.ТаблицаСледящие электроприводы подач1233.3Формулы для расчета моментов на электродвигателеМеханизмМомент на электродвигателевинт -рейка -FxtМр (от силы резания)FxD2iред ТJFтplFтpD-2iредТJ21tipeд ТJ0,032Fxt/3-2, 21·10- пd.нFх /з-Мшвп (от сил трения в ШВП)(от СИЛ трения в ПОДШИIIНИКах)7Пр им е чан и е. В формулах приняты следующие обозначения:ющая силы резания вдоль оси Ох;п-F тр -шестерня--21tipeд ТJМн (от сил трения в направляющих)Mnгайка каченияFx -составля­сила трения в направляющих узлах станка;количество подшипников на ходовом винте;d.,. -внуrреmmй диаметр под­шипника.Статический момент определяется суммой сил, передаваемых в направ­лении подачи при установившемся движении стола станка от линии действиясил до оси ходового винта и электродвигателя.

Так, для показанных нарис.3.18 направлений действия сил можно записать:Fподгдеk-= kFx + µNL + Fпн'коэффициент запаса, как правило,k = 1 ... 1,5; µ -коэффициент тре­Nr. - сумма нормальных сил, действующих наNr. = N + N 1; Frrn - сила от предварительного натяга вния в направляющих стола;направляющие стола,опорах.При резании статический момент равен сумме моментов от силы резаниявдоль наклонной оси станка и от сил трения в подвижных звеньях механизмастола:Мет =Мр +Мтр •При установившемся движении стола станка без резания (на быстром хо­ду) статический момент равен моменту холостого хода и моменту от сил тре­ния:Мет =Мх.х =Мтр•Для вертикальных и наклонных осей привода подач по отношению к го­ризонтальной оси должен быть учтен дополнительный момент Ма на элек­тродвигателе от полной или неуравновешенной части силы тяжестиGпере­мещаемого стола и груза на нем.

Так, для передачи винт - гайка и рейка ­шестерня соответственно124Приводы станков3.мG-_где iредGt21tipeдl1= 2n/t для передачи винт -гайка.Кроме того, должен быть учтен момент Мр на электродвигателе от силырезания,определяемыйдляпередачшестерня по указанным в табл.винтгайка качения-и рейка­формулам.

В этой же таблице приведены3.3формулы для вычисления моментов от сил трения в ШВП в случае предвари­тельного натяга от сил трения в подшипниках ходового винта.Обычно КПД передачи винтга и без выборки зазора-11 = 0,95;гайка качения без предварительного натя­в прецизионных станках зазор в передачевыбирается, в ней возникает натяг и тогда11 = 0,85 ...

0,9.Статический момент на электродвигателе от сил трения складывается измоментов трения в направляющих Мн, в паре винт - гайка Мшвп и в подшип­никах ходового винта в случае их преднатяга Ми:Мтр = Мн + Мшвп + Мин.Момент Мн зависит от силы трения, КПД и передаточного отношения отэлектродвшателя к перемещаемому узлу- столу. Сила трения Fтр в направ­ляющих узлах стола станка определяется силами тяжестиGиG 1 перемещае­мого стола и установленного на нем груза (резцедержки, магазина инстру­ментов, делительной головки и т.

п.), а также коэффициентом тренияµ:Fтр =(G + G 1)µ.Есди движение стола осуществляется в вертикальной плоскости, нагрузкаот сил трения равна нулю, а для столов, перемещающихся в наклонной плос­кости, ее следует определять по формулеFтргдеf3 -= (G + G 1)µcosf3,угол между направлением перемещения стола и горизонтальнойосью.В особо точных станках движение по наклонной плоскости иногда осу­ществляется противовесом, что также следует учитывать при расчете сил тя­жести элементов электропривода подач.Коэффициент тренияµзависит от большого числа факторов.

Обычно длянаправляющих скольжения со смазкой при смешанном трении принимаютµ = 0,1.В прецизионных станках, где трение играет важнейшую роль при пе­ремещении рабочих органов, часто применяют направляющие качения стан­кетками. В этом случаеµ =0,005 ... 0,01.Предварительно электродвшатель выбирают по статическому моменту отсил резания и трения:Мс-г=МР + Мтр,а также по скоростям быстрого хода стола и его рабочих подач. Затем, послерасчета динамического момента, выбранную модель уточняют.

Если в тече-3.3.ниезаданногоПВ '#100 %, товремениСледящие электроприводы подачпродолжительность125включений электродвигателяего выбирают по моментуM=Mcr -100%пв,который сравнивают с номинальным моментом Мном (где ПВ-в%).Электродвигатель следует выбирать по моменту Мном при частотах вра­щения от nраб max ДО nраб min и по моменту м 2:: Мтр при максимальной частотевращения nраб max, соответствующей скорости Vб.х быстрого хода стола станка.Затем переходят к динамическому расчету.

Определяют суммарный мо­мент инерцииJ max механизма подачистола, приведенный к валу двигателя, исобственный момент инерции Jэд вала электродвигателя с учетом моментовинерции датчиков частоты вращения и угла поворота (резольверов). Указан­ные моменты умножают на ускорение€,которое должен развивать электро­двигатель привода подач:dwМд,m =(Jмех +Jзд)-=(Jмех +Jэд)t.dtМомент инерции Jмех складывается из моментов инерции всех подвижныхэлементов привода подач.Для муфт, шестерен, ходового винта и других механизмов, вращающихсяс частотой, равной частоте электродвигателя, момент инерцииJ=Jэд•Момент инерции для не приведенных к валу электродвигателя поступа­тельно движущихся узлов массой т с передачей винт -гайка2J = тt /(4п2),а с передачей рейка -шестерняJ= mD2 /4,гдеt-шаг ходового винта;D-диаметр шестерни.Моменты инерции Jcroл и Jвннт линейно перемещающегося стола станка иходового винта, приведенные к валу электродвигателя, определяют соответ­ственно по формулам= (тстол + тзаг )t2Jстолгде тсrол dcp -41t2 .2lредмасса стола станка; тзаг -средний диаметр ходового винта;масса обрабатываемой заготовки;/-его длина; р-плотность мате­риала винта.Необходимое ускорение стола и электродвигателя определяют по време­ни переходного процесса, заранее заданному закону изменения скоростейстола станка и их конечным значениям.1263.Приводы станковПри скачкообразном изменении сигнала управления (перемещаются ма­лые массы стола) частота вращения вала изменяется на Лrо за время переход­ного процесса tп, а следовательно, f= Лrо/tп,При экспоненциальном характере кривой изменения скорости стола уско­рениеf= О,63Лrо/Т,где Т - постоянная времени, Т = tп /3.Таким образом, при разгоне стола станка от нулевой скорости до скоро­сти, соответствующей быстрому ходу, двигатель должен иметь ускорениеfгдеv 6 .x -= 0, 63п--'-,Vб.х iредt tпскорость перемещения стола на быстром ходу.Если задан путь разгона /раз, то при скачкообразном изменении управля­ющего сигнала динамический момент при задании ускорения fМдин=О, 0315пiред vJ.x (J/f размех+J )эд,а если имеет место линейный закон изменения управляющего воздействия, тоМдингде а-_ 2паiред ()- - - ~ Jмех +Jэд ,tлинейное ускорение управляющего сигнала.Используя приведенные выше соотношения, определяют момент М1 навалу электродвигателя в переходных режимах, необходимый для преодоле­ния момента Мтр от силы трения и сообщения инерционным массам столазаданного ускорения (МдИJ!); момент М2 на валу электродвигателя в устано­вившихся режимах, а также на рабочих подачах резания по преодолению мо­ментов Мтр и Мр от силы резания при обработке заготовки, и, наконец, мо­мент М3 на валу электродвигателя в установившемся режиме при ускоренныхперемещениях на холостых ходах(Mx.J,связанных только с преодолениеммомента Мтр:М1 =Мтр +МдинМ2 =Мр +Мтр=Mmax;= Мраб;М 3 =Мтр =Мх.х·По рассчитанным значениям моментов М1 , М2, М3 и частотам вращенияпб.х, nраб шах, nраб miл выбирают электродвигатель привода подачи токарногостанка с tПIY.

Уточнение расчета и окончательный выбор электродвигателядолжен производиться по его механическим характеристикам.3.3.Следящие электроприводы подач127Современный электропривод для металлорежущего станка с ЧПУ пред­ставляет собой сложное комплектное электрическое и электромеханическоеустройство. В настоящее время для таких приводов подач используют тради­ционные электродвигателипостоянноготока,асинхронные,синхронныеспостоянными магнитами и шаговые электродвигатели.МаксимальнаячастотавращенияинтеллектуальныхдвигателейPOSMOA, FТб и других составляет 5 200 мин-!, а диапазон номинальныхмощностей применяемых электропроводов подач - 0,5 ...

Характеристики

Список файлов книги