Приводы главного движения

Приводы главного движения и подачи в станках с ЧПУ предназначены для обеспечения процесса съема металла с максимальной производительностью при заданных точности и качестве обработки.

В приводах главного движения иногда возникает необходимость точно и быстро остановить двигатель, например, точно остановить шпиндель токарного станка для автоматической выгрузки изделия и загрузки новой заготовки или точно остановить резец алмазно-расточного станка напротив шпоночного паза растачиваемого отверстия для вывода резца из отверстия. В этом случае, кроме увеличения диапазона регулирования, используют датчики нулевого положения, либо привод выполняется следящим.

Для увеличения надежности и долговечности механизмов привода следует решать задачу обеспечения безударности его пуска и торможения. В некоторых станках, например, токарно-винторезных, необходимо обеспечить возможность синхронного движения рабочих органов главного движения и подачи. Для этого на главном приводе устанавливается круговой импульсный датчик.

Регулирование частоты вращения привода главного движения может быть ступенчатым, бесступенчатым и комбинированным.

Ступенчатое регулирование явилось исторически первым способом изменения частоты вращения шпинделя станка и было обусловлено следующими факторами: изначально станки с ЧПУ проектировались на основе аналогичного универсального оборудования, имеющего регулирование частоты вращения с помощью коробки скоростей; отсутствие электронной элементной базы, позволяющей реализовать идею бесступенчатого регулирования частоты вращения мощного электродвигателя при сохранении постоянства вращающего момента в широком диапазоне частот.

Ступенчатое регулирование имеет следующие преимущества – двигатель главного движения вращается с постоянной оптимальной скоростью, обеспечивая максимальный рабочий момент; применение асинхронного электродвигателя позволяет отказаться от преобразователя, что упрощает электрическую схему. Недостатки такого привода: требуется наличие сложных автоматических механических устройств изменения частоты вращения, торможения.

Ступенчатое регулирование в большом диапазоне осуществляется с помощью:

· многоваловых коробок (число ступеней до 24; диапазон регулирования и мощность не ограничиваются);

· ступенчато-шкивных передач с одинарным или двойным перебором (число ступеней до 12; диапазон регулирования до 30);

· многоскоростных асинхронных двигателей в сочетании с многоваловыми коробками передач.

Автоматическое переключение скоростей в передачах осуществляется с помощью электромагнитных фрикционных муфт.

Такие системы регулирования имеют следующие существенные недостатки: невозможность в процессе обработки поддерживать оптимальные режимы резания, высокая кинематическая сложность коробки скоростей, смена частоты вращения требует останова шпинделя, низкая надежность и недолговечность электромагнитных фрикционных муфт.

Появление соответствующей электронной базы привело к созданию привода с комбинированным способом регулирования:

частота вращения вала электродвигателя изменяется в ограниченном диапазоне при помощи электронных преобразователей. Расширение диапазона регулирования до требуемого при обработке осуществляется при помощи простых коробок скоростей. Такой привод позволяет оптимизировать режимы резания при обработке, поддерживать постоянную скорость резания, однако при переходе с одного диапазона частот вращения к другому требует остановки процесса обработки, а в ряде станков такой переход осуществляется вручную, например16А20Ф3.

Появление новых синхронных и асинхронных двигателей, обеспечивающих постоянство крутящего момента в широком диапазоне частот вращения (синхронные переменного тока – рабочая частота вращения до 40 000 об/мин, асинхронные - до 12 000 об/мин), позволило полностью отказаться от коробки скоростей, а в ряде случаев и от всех механических передач в цепи главного движения, и результатом явилась разработка мотор-шпинделей (непосредственно шпиндель станка является одновременно и ротором электродвигателя). С целью снижения влияния тепловыделения двигателя на шпиндель станка используется жидкостное охлаждение электродвигателя.

Преимущества от использования:

1) компактная конструкция, благодаря удалению механических компонентов: балансира двигателя, ременной передачи, редукторной коробки и шпиндельного датчика;

2) высокая удельная мощность, благодаря жидкостному охлаждению;

3) высочайшая точность обработки вследствие спокойного, точного вращения шпинделя на малых оборотах, так как нет воздействия поперечных усилий привода;

4) ускоренный разгон и торможение;

5) полный номинальный момент вращения доступен во всем диапазоне частот вращения;

6) повышенная жесткость шпиндельного привода, благодаря монтажу компонентов двигателя между главными подшипниками шпинделя;

7) низкий уровень шума, благодаря удалению многих ранее используемых элементов станка;

8) передача момента вращения на шпиндель происходит без зазора и с силовым замыканием через цилиндрическую ступенчатую прессовую посадку.