Привод главного движения.

В процессе эксплуатации станков с ЧПУ выявлены следующие требования, предъявляемые к их приводам главного движения:

1) диапазон регулирования должен охватывать скорости, требуемые как для высокопроизводительной чистовой обработки современными материалами, так и для позиционирования шпинделя (для МС);

2) привод должен обеспечивать длительный режим работы при полном использовании номинальной мощности;

3) бесступенчатое регулирование частоты вращения и возможно меньшее количество механических диапазонов переключения частот вращения;

4) минимальное время разгона и торможения для обеспечения минимальных затрат времени (например при резьбонарезании, позиционировании шпинделя МС).

Довольно часто в станках с ЧПУ в качестве приводов главного движения используют асинхронные двух- и трехскоростные двигатели. В сочетании с коробкой скоростей, имеющей электромагнитные муфты, они обеспечивают необходимые частоты вращения шпинделя.

Легкость управления и включения любой скорости на ходу достигается применением автоматической коробки скоростей (АКС), в которых использованы электромагнитные муфты. Часто АКС осуществляет лишь часть переключений; коробки устанавливают в сочетании с перебором или частью привода с обычными методами переключения скоростей. В современных станках стремятся сочетать АКС с тиристорным электродвигателем.

Анализ показывает, что в станках с ЧПУ используют следующие способы главного движения: переключение передач с помощью передвижных зубчатых колес и их блоков; смешанная схема переключения с помощью передвижных и сменных колес; переключение с помощью электромагнитных муфт; бесступенчатое регулирование двигателей переменного тока изменением частоты питающего тока; бесступенчатое регулирование двигателей постоянного тока и переключения блоков зубчатых колес; комбинированная система, состоящая из двигателя постоянного тока, зубчатых переключаемых блоков и передачи вращения зубчатым ремнем.

Многим требования к приводам главного движения удовлетворяет метод тиристорного регулирования частот вращения с помощью двигателя постоянного тока и переключения блоков коробки скоростей. Такая комбинация позволяет расширить диапазон частот вращения шпинделя при постоянной мощности для высоких частот вращения и при постоянном крутящем моменте для низких частот.

Рабочий диапазон регулирования (на рис.34) начинается с минимальной частоты вращения n_min в точке А, что соответствует Nmin. Участок до точки В соответствует диапазону частот вращения с постоянным крутящим моментом. Диапазон АВ больше всего удовлетворяет требованиям предварительной обработки благодаря постоянному моменту.

Рис. 34. Диаграмма частоты вращения и мощности двигателя постоянного тока

Рис. 35. Схемы и графики напряжений тиристорных преобразователей:

а – одноимпульсного, б – трехимпульсного.

В точке В двигатель имеет нормальную частоту n_ном и номинальную мощность Nном. Дальнейшее регулирование оборотов увеличением тока якоря невозможно из-за увеличения размеров якоря. Точка В диаграммы соответствует началу диапазона регулирования частот вращения за счет ослабления поля возбуждения.

Диапазон регулирования частот вращения от n_ном до n₁ с помощью ослабления магнитного поля возбуждения осуществляется при постоянной мощности. Ослабляя поле сточки С до точки Д, получим уменьшение мощности. Максимальная частота вращения n2 соответствует максимальной мощности N2, допустимой при длительном режиме работы. Регулирование частот вращения ослаблением поля осуществляют обычно в пределах 1:3 или 1:4. Для расширения диапазона частот вращения при постоянном моменте используют понижающую передачу.

Двигатели постоянного тока нашли широкое применение для привода главного движения благодаря упрощению кинематики станка, хорошим механическим характеристикам и большим достижениям в области производства полупроводниковых приборов. Пример двигателя постоянного тока показан на рис.36.

На станине монтируется статор, обеспечивающий большие скорости изменения тока. Здесь же размещены обмотки возбуждения, которые имеют главные и вспомогательные полосы. Якорь (ротор) с обмотками имеет большее число пазов, которые скошены для предотвращения магнитных шумов. С правой стороны ротора расположен коллектор. В контакт с последним входят щетки, которые располагаются в щеткодержателях со свертывающимися пружинами. Для обеспечения обратной связи по скорости справа расположен тахогенератор. С выходной стороны двигателя укреплена катушка электромагнитного тормоза.

Во время прохождения по обмоткам возбуждения двигателя постоянного тока он создает в полюсах и якоре магнитный поток Ф. Поток возбуждения является функцией тока возбуждения и зависит от индукции В и поперечного сечения сердечника F. При подключении обмоток ротора через коллектор к источнику постоянного напряжения по обмоткам течет ток, создающий магнитный поток, который стремиться вытеснить находящиеся в нем проводники. Результатом взаимодействия потока возбуждения и потока создаваемого током якоря, будет вращение ротора. При вращении ротора в нем индуцируется напряжение Е. Двигатель начинает вращаться. Этому состоянию двигателя отвечает уравнение Uя = E + Jя * Rя

откуда ток якоря

где Uя,Jя,Rя -соответственно напряжение, ток и сопротивление якоря.

Рис. 36. Схема электродвигателя постоянного тока.

Во время прохождения по обмоткам возбуждения двигателя постоянного тока он создает в полюсах и якоре магнитный поток Ф. Поток возбуждения является функцией тока возбуждения и зависит от индукции В и поперечного сечения сердечника F. При подключении обмоток ротора через коллектор к источнику постоянного напряжения по обмоткам течет ток, создающий магнитный поток, который стремиться вытеснить находящиеся в нем проводники. Результатом взаимодействия потока возбуждения и потока создаваемого током якоря, будет вращение ротора. При вращении ротора в нем индуцируется напряжение Е. Двигатель начинает вращаться. Этому состоянию двигателя отвечает уравнение Uя = E + Jя * Rя

откуда ток якоря

где Uя,Jя,Rя -соответственно напряжение, ток и сопротивление якоря.

Индуцированная ЭДС пропорциональна частоте вращения n ротора и магнитному потоку Ф возбуждения:

Е = С1 * n * Ф

откуда

Вращающий момент пропорционален току якоря Rя и магнитному потоку Ф

М = Ся * Jя * Ф

Мощность двигателя ;

При неизменном потоке возбуждения частоту вращения регулируют изменение тока якоря. При этом момент пропорционален току якоря. Обмотки якоря рассчитывают на максимальное значение тока якоря. Нагружать двигатель можно до минимального тока Jном, которому соответствует номинальная частота вращения n_ном.

Дата добавления: 2015-07-08