Приводы подач МРС

В качестве источника движения в приводах подач могут применяться  отдельные электродвигатели: асинхронные, регулируемые ступенчато, нерегулируемые, переменного и постоянного тока, регулируемые бесступенчато, а также гидравлические двигатели.
Для ступенчатого регулирования в приводе подач применяют такие механизмы, как гитары сменных колес (рис. 2.24), конус Нортона (рис. 2.25), обратный конус с вытяжной шпонкой (рис. 2.26), передвижные блоки колес (рис. 2.14), зубчатые передачи, переключаемые муфтами (рис. 2.13) и другие.

рис. 2.24

Гитары сменных колес в приводах подач чаще применяются двупарные, при этом оси колес «a» и «d» фиксированы, а ось блока колес «b» и «c» может изменять свое положение. Она размещается в пазу рычага 1, обеспечивая зацепление колес «с» и «d». Для зацепления колес «а» и «b» рычаг 1 поворачивается вокруг оси вала Ш и фиксируется в другом пазу. При подборе чисел зубьев сменных колес руководствуются условием зацепляемости:
а + b≥с+(15…20);
с + d≥b+(15…20).

При наличии стандартных наборов сменных колес такой способ регулирования обеспечивает практически любое потребное значение передаточного отношения гитары i_x. В этом заключается основное достоинство двупарной гитары сменных колес. К недостаткам можно отнести длительность настройки и пониженную жесткость, вызванную наличием подвижных стыков. Наиболее широко этот механизм применяется в приводе подач токарных и зубообрабатывающих станков.

Регулирование при помощи конуса Нортона (рис. 2.25) чаще всего встречается в коробках подач токарных станков. При повороте каретки по часовой стрелке колес z₇ выходит из зацепления с колесом z₁. Перемещая каретку i вдоль вала II, можно установить колесо z₇ против любого колеса конуса, а повернув каретку 1 против часовой стрелки, зацепить с ним колесо z₇.

рис. 2.25

В обратном конусе с вытяжной шпонкой (рис. 2.26) колеса z₁; z₂; z₃ соединены с валом 1. Колеса z₄; z₅; z₆ сидят на валу II свободно. Шпонка 1 размещается в пазу вала II, постоянно поджимается пружиной 2 и связана шарниром 3 с рукояткой 4, за которую ее можно перемещать вдоль вала II, вводя последовательно в шпоночные пазы колес z₄; z₅; z₆, обеспечивая, таким образом, передачу крутящего момента соответствующей парой колес. Наиболее широкое применение этот механизм нашел в коробках подач сверлильных станков. Переключение передвижными блоками колес и муфтами в приводах подач и главного движения аналогичны.
Бесступенчатое регулирование в приводе подач осуществляется теми же устройствами, что и в приводе главного движения, однако наиболее широко используются электродвигатели постоянного тока и гидравлический привод.

В современных станках все большее распространение получает привод подач, управляемый автоматически по разработанной заранее программе. На рис. 2.27 показана схема точения фасонного тела вращения. Заготовка 1 получает главное вращательное движение B₁. Резец вместе с кареткой 2 получает равномерное поступательное движение П₂ от ходового винта t₁, а каретка 3, имеющая возможность перемещаться в поперечном направлении, связана щупом 4 с копиром 5. При перемещении П₃ вершина резца будет повторять траекторию движения щупа, скользящего по копиру. Сменив копир, можно изменить форму обрабатываемой поверхности.

рис. 2.26

Таким образом, здесь программоносителем является копир, форма которого повторяется на обработанной поверхности. По такому методу работают все копировальные станки, правда, не все из них имеют прямую механическую связь щупа с резцом, как показано на схеме. Во многих копировальных станках для уменьшения сил, действующих на щуп и копир, применяются так называемые следящие гидравлические или электрические устройства.

рис. 2.27

Аналогичную задачу точения фасонного тела вращения можно решить и по схеме, представленной на рис. 2.28. Здесь поперечное перемещение П₃ осуществляется от отдельного двигателя ШД, включение и изменение скорости, вращения которого производится по записанной, например, на перфорированной ленте программе так, чтобы

рис. 2.28

обеспечивалась необходимая зависимость П₃ = f (П₂). Эта запись может быть выполнена в виде отверстий, соответствующих координатам положения вершины резца в каждый момент, т.е. программа представляется последовательным рядом чисел.

Такое управление называется числовым программным управлением (ЧПУ). Область применения станков с таким управлением постоянно расширяется, охватывая единичное и мелкосерийное, а в ряде случаев и крупносерийное производства.

Привод подач исполнительных механизмов

В МРС с ЧПУ существуют несколько типов приводов подач: шаго­вый привод, регулируемый привод и следящий привод. Шаговый привод является простейшим вариантом исполнительного позиционного приво­да подачи. Основным элементом этого привода является шаговый дви­гатель, представляющий  собой  двухсекционную  машину  с активным статором и реактивным зубчатым  ротором.  При  подаче  напряжения последовательно с определенной частотой на обмотку зубцов статора ротор, стремясь обеспечить равновесное положение в электромагнит­ном поле,  поворачивается  на  шаг  со скоростью, пропорциональной частоте питания.  Достоинством привода являются: естественный ха­рактер связи  с  устройством  задания программы в унитарном коде, простота конструкции, отсутствие каналов обратной связи и средств измерения положения и скорости исполнительного органа.  Из недос­татков шагового привода следует отметить существенное ограничение по скорости,  необходимость  (во  избежание  пропуска  импульсов) плавного разгона при выходе на режим  ускоренных  перемещений  (и плавного торможения при выходе из режима), невосполнимый характер потери информации в случае  сбоя  (пропуска  шага).  Ограниченные возможности шагового привода обусловлены тем,  что, являясь по су­ществу разомкнутым,  он  не  допускает   применения   эффективных средств коррекции и оптимизации.  Шаговые приводы могут использо­вать не силовые и силовые шаговые двигатели. На рис. 2.29 схематич­но показан  один  из  вариантов  конструктивного решения шагового привода с усилителем  крутящего  момента.  Шаговый  электрический двигатель 1 через зубчатые колеса 2 и 3 поворачивает следящий зо­лотник 4 гидравлического усилителя мощности в гайке 8,  связанной с выходным валом 5 гидромотора 9,  в силу чего золотник смещается в осевом положении из центрального исходного положения.  При этом во  внешних магистралях гидравлического усилителя возникает пере­пад давления,  приложенный к плунжерам 7 гидромотора через непод­вижный  распределительный  узел 6,  а выходной вал 5 гидротормоза приходит во вращение.  Одновременно вращается гайка  8  винтового механизма обратной связи,  так что следящему золотнику сообщается осевое перемещение в направлении, противоположном задаваемому ша­говым двигателем.
Таким образом,  по мере обработки на выходном валу заданного шаговым двигателем  перемещения  следящий золотник возвращается в исходное положение. В этом исходном положении перепад давления во внешних магистралях  гидравлического усилителя равен нулю,  а вы­ходной вал гидротормоза неподвижен.

рис. 2.29

Регулируемый привод для МРС с ЧПУ выполняют по схеме «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП — Д) и регулируют  напря­жением в цепи якоря при неизменном возбуждении,  что обеспечивает постоянный максимально допустимый момент на всем диапазоне регу­лирования. Особенностью  этих  приводов является широкий диапазон регулирования частоты вращения от Д = 1:1000 до Д = 1:50000,  что позволяет полностью  обеспечить не только рабочие движения,  свя­занные с технологическим процессом обработки,  но также и быстрые установочные перемещения  без применения промежуточных механичес­ких передач.  Минимальная частота вращения привода должна состав­лять 1 об/мин,  а в некоторых случаях 0,1 об/мин.  При малых ско­ростях привод должен обеспечить равномерное  перемещение.  Совре­менный регулируемый привод должен обладать высоким быстродействи­ем при переходе с одной установленной частоты вращения на другую. Структурная схема  регулируемого привода изображена на рис.  2.30. Силовая часть состоит из двигателя Д и  силового  преобразователя П, который  преобразует переменное напряжение сети в регулируемое постоянное напряжение на якоре двигателя.  Для увеличения регули­рования привод охватывается жесткой отрицательной обратной связью по частоте вращения. Для этого на валу двигателя Д устанавливает­ся тахогенератор ТГ, напряжение которого U _o.c. пропорционально . Это напряжение сравнивается с задающим напряжением  U_з. Разность U_з-U_о.с.  усиливается усилителем «У» и подается на силовой пре­образователь П.

рис. 2.30

В приводах подачи МРС с ЧПУ в  основном  применяют  следящий электропривод.  Он предназначен для точного воспроизведения входного управляющего сигнала и преобразования его в механическое пе­ремещение (рис.  2.31). На вход следящего привода поступают управляющие импульсы от интерполятора устройства ЧПУ.  Число импульсов определяет величину перемещения,  а их частота — необходимую скорость.

Импульсный сигнал преобразуется в аналоговый в цифроаналоговом преобразователе ЦАП и поступает на элемент сравнения, в ко­тором образуется  сигнал  рассогласования  ,  пропорциональный разности  заданного  и фактического  положения исполнительного вала привода (или механизма станка), определяемого с помощью изме­рительного  преобразователя  перемещения.  Сигнал рассогласования поступает  на  предварительный  усилитель  регулируемого  привода «РП»,  который работает в сторону уменьшения рассогласования. Ос­новной характеристикой следящего электропривода является  погрешность  положения.

рис. 2.31

Наиболее широкое применение в качестве исполнительных элект­родвигателей имеют высоко моментные электродвигатели. Существенной конструктивной особенностью таких двигателей является возбуждение их  обмоток  от  постоянных магнитов.  Отказ от электромагнитного возбуждения исключает потери на  нагрев  обмотки  возбуждения  на 10-15%,  увеличивает КПД и уменьшает размеры двигателя. Применение постоянных магнитов позволяет построить многополюсную машину пос­тоянного тока, что упрощает коммутацию и обеспечивает равномерное распределение магнитной индукции в зазоре. Двигатели обеспечивают равномерное  вращение при частотах до 0,1 об/мин.  Типичная конс­трукция высоко моментного двигателя с постоянными магнитами предс­тавлена на рис. 2.32.

рис. 2.32

Дальнейшее развитие в качестве исполнительных  электродвигателей получили синхронные, так называемые вентильные,  и асинхронные двигатели,  в которых отсутствуют коллекторно-щеточные меха­низмы, что  повышает  их  эксплуатационные показатели по критерию надежности.

рис. 2.33

Структурная схема приводов подач МРС с ЧПУ чрезвычайно прос­та и состоит она из привода,  исполнительного узла станка (стола, каретки или суппорта), передачи винт-гайка качения и датчика об­ратной связи.

рис. 2.34

Наличие последнего звена определяется выбранным вариантом управления  привода подач (рис. 2.33).  Наибольшее расп­ространение получили  привода подач с замкнутой системой управле­ния,  т.к. они способны обеспечить точное позиционирование испол­нительного узла станка.

Расположение рассмотренных элементов приводов подач показано на рис.  2.34 на примере МС с ЧПУ, предназначенного для обработки сложных корпусных деталей.