Привод главного движения на ЧПУ станках

Станки с ЧПУ имеют в основном два типа приводов главного движения: одно- или многоскоростной асинхронный нерегулируемый двигатель — автоматическая коробка скоростей (АКС) — шпиндельная бабка с зубчатым перебором для расширения диапазона изменения частот вращения шпинделя; электродвигатель постоянного тока с тиристориым управлением — шпиндельная бабка с перебором.

Привод с асинхронным двигателем и АКС при ограниченном числе ступеней частот вращения имеет постоянную мощность во всем диапазоне регулирования, высокую жесткость механической характеристики, высокий КПД, сравнительно низкую стоимость. Этот тип привода широко применяют на многих токарных станках с ЧПУ.

В АКС зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении. Ступенчатое переключение частот вращения шпинделя достигается за счет соответствующих включений фрикционных многодисковых электромагнитных муфт. Выпускаются 9-, 12- и 18-ступенчатые АКС семи габаритов, рассчитанные на мощности от 1,5 до 55 кВт.

Рис. 1. Кинематическая схема четырехмуфтовой АКС (а) и график скоростей (б): М — двигатель; ШБ — шпиндельная бабка

На рис. 1, а приведена кинематическая схема четырехмуфто-вой системы (элемента АКС), а на рис. 1, б — график частот вращения этой системы. Передаточные отношения ступеней коробки i1 = 1; i3 = φ; i2 = i4 = 1/φ. Если включены муфты M1 и М4, то на выходе имеем частоту вращения п0. Изменение скоростей осуществляется за счет особой последовательности переключения пар электромагнитных муфт M1-М4. Отключаются муфты одной ступени и включаются муфты, замыкающие кинематическую цепь другой ступени. Переключение может производиться под нагрузкой в процессе резания, так что особой задачей является сохранение скорости вращения выходного вала в момент протекания переходных процессов. Для устранения неблагоприятных явлений при разгонах и торможениях маховых масс элементов привода в схеме управления предусматривается неодновременная подача сигналов на включение и отключение муфт.

Муфты выходного звена переключают несколько раньше, чем муфты входного.

Рис. 2. Главный привод с АКС: а — ременная передача на входе АКС; б — ременные передачи на входе и на выходе АКС; в — ременная передача на выходе АКС; М — электродвигатель; РП — ременная передача; АКС — автоматическая коробка скоростей; УМ — упругая муфта; ШБ — шпиндельная бабка

В практике используют три схемы соединения, электродвигателя, АКС и шпиндельной бабки (рис. 2). Поскольку при пусках, торможениях, изменениях скоростей, прерывистом точении возникают нагрузки колебательного характера, эти схемы не являются равноценными с точки зрения динамических характеристик привода. На основе выполненного в ЭНИМСе анализа рекомендовано применение ременной передачи между АКС и шпиндельной бабкой и фланцевое соединение двигателя с входным валом АКС (рис. 2, в).

Двигатели постоянного тока с тиристорными приводами для главного движения в полной мере отвечают требованиям станков с ЧПУ. Они имеют широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, который можно разделить на две зоны. В первой зоне, ниже номинальной скорости, регулирование осуществляется путем изменения напряжения на якоре, в этой зоне сохраняется постоянный момент при любой частоте вращения, а не постоянная мощность, что необходимо для привода главного движения. Регулирование при постоянной мощности осуществляется во второй зоне, выше номинальной скорости, путем ослабления магнитного поля возбуждения. Время переходного процесса при пуске, реверсе, торможении и изменении скоростей мало. Тиристорный привод позволяет осуществить резание с оптимальной скоростью путем регулирования частоты вращения шпинделя при изменении диаметра обработки.

Отечественной промышленностью освоено производство тиристорных электроприводов постоянного тока серии ЭТЗ для работы с двигателями серии ПБСТ и 2П, представляющих собой систему автоматического регулирования частоты вращения двигателя с отрицательной обратной связью по частоте вращения и по току якоря двигателя. Электроприводы рассчитаны на работу в продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах.