animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Привод Подач Фрезерного Станка С Чпу

Привод Подач Фрезерного Станка С Чпу

Привод подачи фрезерного станка

Привод подачи фрезерного станка - предназначен для обеспечения относительных перемещений заготовки и инструмента в режиме контурной обработки, либо в режиме установочных позиционирова­ния.

Приводы подачи станков с числовым программным управлением (ЧПУ) обеспечивают прямолинейное или круговое движение подачи, а во многих случаях – и установочные движения рабочих органов. Скорость движения регулируется бесступенчато в широком диапазоне. Привод подачи должен обеспечивать требуемую точность перемещений, поэтому в его механическом исполнительном механизме зазоры не допускаются. Этот механизм должен обладать высокой жесткостью.

Приводами подачи с числовым программным управлением и шариковой винтовой передачей в качестве тягового механизма оснащают портальные фрезерные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры, гибкие производственные модули, линейные и крестовые столы, манипуляторы.

Диапазон бесступенчатого регулирования частот вращения тягового механизма привода подачи должен быть широким – не менее 10 000. Объясняется это тем, что этот привод перемещает исполнительный орган не только со скоростью рабочей подачи (минимальное значение – несколько миллиметров в минуту), но и со скоростью установочных движений (достигает 60 000 мм/мин). Ускорение рабочего органа достигает 1,5-2 g.

Силовые характеристики привода подачи фрезерного станка должны быть такими, чтобы он мог преодолевать силы резания; динамические силы, возникающие при разгоне и торможении; силы трения в его механизмах и опорах, а также в направляющих исполнительного органа; неуравновешенную часть его силы тяжести и находящихся на нем элементов.

Точность привода подачи характеризуется погрешностью позиционирования и зоной нечувствительности и зависит от точности комплектующих элементов, структуры и осевой жесткости привода, а также от его тепловой стабильности.

Структуры приводов подачи станка с чпу

В состав привода подачи входят электрический двигатель с системой управления, исполнительный механизм, дополнительные устройства: блокировки, ограждения и др.

Во фрезерных станках с ЧПУ широко применяются следящие электрические приводы, в которых не только автоматически регулируются частота вращения электродвигателя и, следовательно, скорость исполнительного органа, но и производится слежение за положением последнего.

В следящих приводах с полузамкнутым контуром обратной связи (рис. 1) тахогенератор, выполняющий функцию измерительного преобразователя частоты вращения, установлен на вал электродвигателя М и выдает сигналы обратной связи в блок регулирования скорости. Круговой измерительный преобразователь пути находится на валу двигателя или на соединенном с ним ходовом винте.

Структурная схема приводов подачи

Рис. 1. Структурная схема приводов подачи с полузамкнутым контуром

Он вырабатывает сигнал обратной связи, который в блоке регулирования положения сравнивается с сигналом, поступающим из устройства ЧПУ. В таком приводе ходовой винт не охвачен обратной связью, и его погрешности переносятся на погрешность позиционирования суппорта или другого исполнительного органа. Точность позиционирования можно повысить путем ввода в УЧПУ коррекции, соответствующей погрешностям механической системы.

В следящих приводах с замкнутым контуром регулирования (рис. 2) линейный измерительный преобразователь пути установлен на исполнительном органе, поэтому погрешности механической системы не оказывают влияния на точность позиционирования. Такие приводы подач применяются в станках прецизионного типа.

Структурная схема приводов подачи

Рис. 2. Структурная схема приводов подачи с замкнутым контуром регулирования

Механизмы приводов подач станка

Привод подачи осуществляет поступательное или вращательное движение подачи узла металлообрабатывающего станка. Он должен обеспечивать необходимые технологические требования по силовым и скоростным характеристикам, а также параметры точности, надежности и экономичности станков с ЧПУ. Для современных станков с ЧПУ весь комплекс требований наилучшим образом обеспечивают следяще-регулируемые электромеханические приводы. Исполнительные механизмы станков являются одним из звеньев СЭП (следящих регулируемых электромеханических приводов) - замкнутой системы автоматического управления скоростью и положением рабочего органа - узла станка; поэтому их проектирование имеет определенную специфику.

Исполнительные двигатели приводов подач

В следящих регулируемых электромеханических приводах станков с ЧПУ применяются в основном два типа двигателей:

  • постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (высокомоментные);
  • переменного тока (асинхронные и синхронные).

Они обеспечивают регулирование скорости с постоянством момента в широком диапазоне, а также достаточный крутящий момент, позволяющий установку двигателя непосредственно на ходовой винт (без использования редуктора). Двигатели переменного тока имеют лучшие массогабаритные и динамические характеристики, являются более простыми и надежными.

Требования к исполнительным механизмам приводов подач

Достижение высоких динамических характеристик и точности следящих регулируемых электромеханических приводов невозможно без рационального проектирования исполнительных механизмов как звена замкнутой системы автоматического управления, удовлетворяющего опрөделенным требованиям. Основными из них являются:

  • Частота собственных колебаний исполнительных механизмов fм должна быть не менее 60 Гц. Частота fм является преобладающим фактором: при fм≥60 Гц изменение других параметров исполнительных механизмов (кроме зазора в кинематической цепи) практически не сказывается на точности системы управления. Это объясняется существенным удалением fм вправо от частоты среза следящей системы, достигающей 15 Гц.
    В тех случаях, когда не удается обеспечить условие fм≥60 Гц, приходится для обеспечения устойчивости замкнутой системы изменять параметры корректирующих устройств, что влечет за собой снижение динамической точности (рис. 3).
  • Суммарный люфт в исполнительных механизмах не должен превышать половины поля допуска на установившуюся ошибку следящих регулируемых электромеханических приводов.
    Момент сопротивления Мхх при перемещении узла без резания, приведенный к валу двигателя, должен находиться в пределах
    0,1Мн≤Mхх≤0,5Мн,
    где Мн номинальный момент двигателя. Нижняя граница диапазона обусловлена необходимостью сохранения минимального трения для обеспечения устойчивости следящих регулируемых электромеханических приводов, а верхняя - требованиями технологических нагрузок и быстродействия привода.
  • Момент сопротивления при перемещении без резания, приведенный к валу двигателя, должен быть максимально стабильным. Нестабильность момента сил трения вызывает нестационарную случайную составляющую погрешности следящих регулируемых электромеханических приводов. Опыт проектирования и наладки следящих регулируемых электромеханических приводов показывает, что допустимые колебания момента сопротивления при перемещении без резания не должны превышать + 10៖20% его установившегося значения.
  • Приведенный момент инерции вращающихся деталей исполнительных механизмов должен быть предельно минимальным.
  • Параметры им отдельных координат одного станка должны быть предельно идентичными.

Рис. 3. Зависимость динамической ошибки следящих регулируемых электромеханических приводов от fм

Кинематические схемы и особенности конструкции исполнительных механизмов

Кинематическая схема исполнительных механизмов определяется типом и параметрами выходного звена и двигателя, а также допустимой величиной суммарного люфта. Как правило, схема выполняется с принудительным исключением зазоров (предварительным натягом). Основные кинематические схемы исполнительных механизмов приведены на рис. 4.

Наиболее распространена схема. с выходным звеном винт-гайка качения, соединенным непосредственно с двигателем подачи (рис. 4, а). Ее применение рационально для перемещений не более 2-3 м. При больших перемещениях начинает существенно сказываться податливость винтов на растяжение - сжатие и частота собственных колебаний им может значительно понизиться. В ряде случаев (например, по конструктивным соображениям) ходовой винт соединяются с двигателем при помощи одной передачи или редуктора (рис. 4, б). Для поступательных перемещений свыше 2-3 м и вращательных приводов подач используются схемы с зубчатыми реечными передачами с единым замыканием по схеме рис. 4, в. Рейка (выходное колесо) располагается на неподвижном основании или подвижном узле, а две шестерни являются конечными звеньями ветвей редуктора.

Рис. 4. Кинематические схемы исполнительных механизмов приводов подач

Силовое замыкание осуществляется осевым перемещением одного из валов редуктора под действием усилия Рн, создаваемого пружиной или гидравлическим цилиндром. При этом благодаря жестко зафиксированным на данном валу косозубым колесам с одинаковыми углами наклона противоположного направления в обеих ветвях кинематической цепи создается предварительный натяг. Величина усилия предварительного натяга может быть управляемой (различной для рабочих и холостых перемещений). Иногда для поступательных перемещений тяжелых станков применяют схемы исполнительных механизмов с гидростатическими передачами червяк-рейка.

Передачи винт-гайка качения нашли широкое применение в металлорежущих станках с ЧПУ благодаря следующим достоинствам:

  • большое передаточное отношение;
  • возможность передачи больших усилий;
  • низкие потери на трение;
  • стабильность момента холостого хода;
  • возможность полного исключения зазоров и создания предварительного натяга;
  • высокая точность, сохраняющаяся во времени.

В качестве недостатков этих передач следует отметить:

  • относительно высокую стоимость;
  • необходимость защиты от пыли и грязи.

Достоинствами зубчатых реечных передач являются высокие жесткость и КПД, простота изготовления и невысокая стоимость, Недостатком является малое передаточное отношение и, следовательно, необходимость установки редуктора. Для обеспечения долговечности твердость рабочих поверхностей элементов передач должна быть не ниже HRCэ58 - 60.

В качестве осевых опор ходовых винтов и червяков применяют Комплекты упорных подшипников как шариковых, так и роликовых. Для ходовых винтов осевые опоры могут устанавливаться на одном или обоих концах винта. В последнем случае обеспечивается наивысшая осевая жесткость приводов подач станка и, следовательно, наивысшая частота собственных колебаний исполнительных механизмов. Использование роликовых подшипников предпочтительнее, так как они имеют более высокую жесткость по сравнению с шариковыми (в 2-3 раза при одинаковых габаритах). Применяя роликовые упорные подшипники (например, типа 504900 по ГОСТ 26290–84), следует учитывать ограничения по быстроходности и их зависимость от способа смазки, а также жесткие требования по точности изготовления сопряженных деталей.

В качестве опор выходных валов зубчатых реечных передач применяются предварительно натянутые комплекты радиально-упорных конических роликоподшипников.

Для повышения жесткости приводов особое внимание следует уделять конструкции корпусов осевых опор и мест их крепления к базовым деталям. Подлежат ужесточению также зоны базовых деталей, которые непосредственно примыкают к местам крепления.

Основные расчеты при проектировании и автоматизации

При проектировании приводов подач выполняются следующие виды расчетов:

  • расчеты по выбору двигателя и передаточного отношения привода;
  • определение передаточных чисел ступеней редуктора;
  • расчет статического момента на двигателе;
  • выбор усилия предварительного натяга;
  • расчет КПД;
  • расчет прочности редуктора;
  • расчет выходных звеньев исполнительных механизмов;
  • определение жесткости привода;
  • расчет низших частот собственных колебаний исполнительных механизмов;
  • расчет суммарного люфта;
  • расчет кинематической погрешности;
  • расчет точности установки;
  • расчет температурных деформаций.

Выбор усилия предварительного натяга замкнутого исполнительного механизма позволяет назначать его оптимальную величину. Недостаточное усилие натяга приводит к размыканию кинематической цепи; при этом возможны удары, а также снижение устойчивости и точности системы управления. Неоправданное увеличение усилия предварительного натяга приводит к снижению КПД исполнительных механизмов и увеличению нагрузок на элементы привода.

Усилие предварительного натяга должно обеспечивать неразмыкание силового контура при заданном моменте статического сопротивления с учетом динамических нагрузок в переходных режимах.