Выбираем Двигатель Шпинделя Для Чпу Станка

Двигатель шпинделя станка с чпу – образует главный рабочий узел фрезерного станка с ЧПУ. Отличается от серийных электродвигателей бытового и промышленного применения характеристиками и конструкционными особенностями исполнения: максимальное количество оборотов у шпинделя для фрезерного станка с ЧПУ выше; на эти двигатели устанавливаются системы принудительного охлаждения; поскольку ось шпинделя сильнее нагружается в радиальном направлении, в нем используются усиленные радиальные подшипники.

В качестве примеров электродвигателей, применяемых в станках с ЧПУ, можно привести изготавливаемые фирмой Siemens (Германия):

• короткозамкнутые асинхронные частотно-регулируемые двигатели переменного тока 1PH7 с воздушным охлаждением, создаваемым осевым вентилятором. Для определения частоты вращения и положения ротора, имеют встроенный инкрементальный датчик, вырабатывающий 2048 импульсов за один оборот, или абсолютный датчик EnDat. Благодаря им поддерживается ось «С», т. е. шпиндель может использоваться в режимах круговой подачи и деления. Двигатели применяются в токарных, многоцелевых и специальных станках;
• четырёхполюсные асинхронные двигатели 1PH4 с короткозамкнутым ротором с водяным охлаждением, имеющие небольшой момент инерции и вследствие этого высокую предельную частоту вращения. Данные двигатели шпинделя рекомендуются для фрезерных станков с ЧПУ с большой нагрузкой и противошпинделей токарных станков;
• асинхронные двигатели 1PМ4 с полым валом и водяным охлаждением, имеющие большую удельную мощность, малое время разгона и торможения благодаря небольшой инерционности ротора. Полый вал с отверстием 11,5 мм позволяет подавать СОЖ через инструмент в зону резания. Для этого на задней стороне вала имеется отверстие для присоединения резервуара с СОЖ, а на передней – отверстие для присоединения ниппеля. В двигателях имеется встроенная система для определения частоты вращения и положения ротора. Температура охлаждающей среды около 30 C, расход 6...10 л/мин. Двигатели рекомендуются для компактных многоцелевых и специальных станков;
• асинхронные двигатели PM6 с полым валом и воздушным охлаждением, обеспечиваемым осевым или радиальным вентилятором, предназначенные для станков с прямым приводом. Двигатели имеют встроенную измерительную систему для определения частоты вращения и положения ротора. Температура двигателя контролируется встроенным в обмотку датчиком;
• асинхронные встраиваемые двигатели 1PH2 с короткозамкнутым ротором и водяным охлаждением. Эти двигатели шпинделя станка с чпу изготавливаются в составе двух компонентов: статора и ротора. В обмотке статора имеется датчик температуры. В приводах используется инкрементальная измерительная система для регистрации углов поворота и угловых скоростей шпинделя. В её состав входят магнитное кольцо и считывающая головка с соединительным кабелем. Магнитное кольцо на шпинделе крепится к его буртику винтами или гайкой. Датчик выдаёт 256 импульсов на один оборот с погрешностью ±72 угловые секунды. Двигатели 1PH2 рекомендуются к использованию в токарных и шлифовальных станках, обеспечивающих повышенную точность обработки.

В общем случае из всех кинематических вариантов структуры наивыгоднейшим является такой, при котором характеристика групп увеличивается от электродвигателя к шпинделю, т. е. номер группы в кинематическом порядке распределения групп соответственно возрастает.

Преимущество такой последовательности характеристик групп состоит в том, что при тех же наименьших числах оборотов промежуточных валов их максимальные числа оборотов получаются меньшими. Этим можно понизить требования к точности изготовления деталей передач; уменьшаются динамические нагрузки в передачах; уменьшается опасность возникновения вибраций; уменьшается износ деталей; уменьшается часть потерь на трение, не зависящая от нагрузки; увеличивается к. п. д. при высоких числах оборотов шпинделя.

Кинематическим средством для уменьшения радиальных габаритов групповых передач служит условие imin imax=1, в графике (картине) чисел оборотов оно приводит к симметричному расположению лучей в поле данной группы.

Другим средством для уменьшения радиальных габаритов служит совмещение осей валов смежных групп передач.

Уменьшение осевых габаритов требуется, как правило, в тех случаях, когда шпиндельная бабка перемещается по направляющим, перпендикулярным к оси шпинделя (радиально-сверлильные, продольно-фрезерные, расточные станки); для устойчивости бабки на направляющих и предупреждения вибраций желательно располагать быстровращающиеся детали в зоне направляющих.

Для уменьшения осевых габаритов привода используют: а) расположение одиночных передач среди групповых и б) связанные колеса, т. е. такие колеса, которые служат ведомыми в одной группе передач и ведущими - в последующей. Применение связанного колеса уменьшает общее число колес двух смежных групповых передач.

Применение одного связанного колеса в группе не вносит никаких кинематических ограничений; применение двух связанных колес в одной и той же группе ограничивает общее передаточное отношение двух смежных групп передач. При трех связанных колесах в одной группе осуществление геометрического ряда чисел оборотов становится невозможным при полном (без перекрытия) числе ступеней скорости.

Размеры элементов привода определяют при включении цепи передач, дающей наименьшее число п оборотов шпинделя из всех ступеней скорости, при которых используется полная мощность, развиваемая электродвигателем. При более высоких п элементы передач способны передать мощность, большую мощности электродвигателя, поэтому работают с недогрузкой; при увеличении n недогрузки возрастают, в связи с чем растет доля потерь на трение, не зависящих от нагрузки. Это ведет к снижению к. п. д. на высоких ступенях скорости, особенно заметному в универсальных станках с широким диапазоном регулирования скоростей вращения шпинделя.

Для уменьшения этих потерь стремятся сократить цепь передач при высоких числах n оборотов шпинделя, строя кинематическую схему так, чтобы при этих n выключалась часть цепи передач, не нужная для получения данного числа оборотов шпинделя.

Такое сокращение цепи передач и исключение из нее лишних звеньев облегчает динамические условия разгона и торможения привода. Это имеет существенное значение для универсальных станков с широким диапазоном скоростей вращения шпинделя.

Основным средством для сокращения цепей передач на высоких ступенях скорости вращения шпинделя служит применение сложенной структуры привода. Она получила довольно широкое применение в небольших и средних по размеру станках в виде разделенного привода с ременной передачей к шпиндельной бабке и зубчатым перебором в ней; структурная формула такого привода:

z = z0 (1 + z") = z0 (1 + 1) или z = z0 (1 + 2).

При высоких ступенях скорости перебор выключается и шпиндель вращается от ременной передачи.

Значимость различных соображений, подлежащих учету при разработке кинематической схемы проектируемого станка, определяется назначением станка. Отклонения от оптимального варианта структуры привода вызываются особенностями назначения станков. Поэтому учет этих отклонений является хорошим методом выявления специфических особенностей приводов станков различных типов при сопоставлении их конструкций. Характерны шпиндельные передачи.

Для черновой обработки заготовок большого диаметра или с использованием режущих инструментов большого диаметра характерно применение зубчатой передачи с внутренним зацеплением, вынесенной за пределы шпиндельной бабки. Для уменьшения веса привода передаточное 11 отношение такой передачи берется возможно малым, примерно от 1/6 до 1/8.

Для черновой обработки с большими крутящими моментами и с повышенными числами оборотов (средние диаметры обработки на многорезцовых станках, обдирка твердосплавным инструментом) применяют цилиндрические косозубые колеса с передаточным отношением 1/3÷1/4 работающие с высокими расчетными напряжениями, для уменьшения окружной скорости колес и увеличения плавности хода.

Чистовая высокоскоростная обработка металлов резанием требует плавного вращения шпинделя, и тут применяют встроенные электродвигатели, ременные передачи с разгрузкой шпинделя от натяжения ремня, пневматические турбинки, а также и другие передачи, которые перечислены ниже в порядке уменьшения скорости вращения шпинделя: ременная передача без разгрузки от натяжения ремня; передача косозубым пластмассовым колесом в сопряжении с чугунным или стальным колесом с твердостью поверхности зубьев не ниже HRC40; ускорительная передача косозубыми цилиндрическими колесами; передача коническими колесами с криволинейным зубом; понизительная передача косозубыми или прямозубыми колесами.

Пределы изменения режимов обработки влияют на тип шпиндельной передачи. Если характер режима обработки не меняется, то применяется передача, соответствующая этому режиму. При изменении режима в относительно небольших пределах применяют одну передачу на шпиндель, приспособленную к этому диапазону изменения.

При изменении характера режима обработки в широких пределах применяют две передачи на шпиндель, например: ускорительную и замедлительную передачи цилиндрическими зубчатыми колесами; зубчатую понизительную передачу и ременную передачу с разгрузкой шпинделя от натяжения ремня; передачи цилиндрическими зубчатыми колесами с внутренним и с наружным зацеплением.

В отдельных случаях последняя переборная группа имеет специфические особенности.

При малых величинах основного времени также и вспомогательное время на переключение передач должно быть малым. Переключение передач должно производиться на ходу или с предварительным набором скорости. Система переключений передач отражается на структуре привода и должна приниматься во внимание при разработке кинематической схемы.