Определение мощности электродвигателей проектируемого станка часто представляет большие трудности. Они вызываются главным образом недостаточной изученностью:
1) закономерностей, которым подчиняются силы резания и подачи при различных процессах снятия стружки, особенно в периоды неустановившегося движения (пуска, реверсирования);
2) условий эксплуатации станков, особенно общего назначения;
3) потерь на трение в приводе, особенно при высоких скоростях вращения.
Поэтому полезную мощность привода и потребную мощность электродвигателя не всегда можно установить расчетом с достаточной точностью; иногда приходится определять ее опытным путем или по аналогии с мощностью существующих станков.
Мощность привода главного движения определяют по полезной мощности, подсчитанной при наиболее эффективном режиме резания. Полезную мощность подсчитывают при проектировании специальных станков - для заданных операций, а при проектировании специализированных станков - для нескольких деталей, типичных для проектируемого станка. Выбор электродвигателя станка с ЧПУ при проектировании, начинают с вычисления полезной мощности для предельных режимов резания. Ввиду того, что условия эксплуатации станков общего назначения одной и той же модели сильно различаются у разных потребителей, потребную мощность определяют также сопоставлением мощностей нескольких станков современной конструкции, по типоразмеру близких к проектируемому станку.
Привод главного движения станков - это узел в металлообрабатывающих станках с ЧПУ, предназначенный обеспечивать процесс съема металла с максимальной производительностью при заданной точности и качестве обработки. Важной особенностью этих приводов является возможность точной и быстрой остановки при необходимости.
Привод главного движения станка с ЧПУ состоит из асинхронного электродвигателя, механической части и электронной системы управления.
Основными исходными данными для выбора электродвигателя являются: тип станка, предельные частоты вращения шпинделя, наибольшая мощность и наибольший момент на шпинделе, информация о возможных режимах работы привода и допустимых перегрузках.
Прямой привод и привод со встроенным электродвигателем
Прямой привод (рис. 1) представляет собой двигатель, который с помощью муфты 2 с упругим элементом соединяется со шпинделем 3, к тому же в двигатель встроен датчик 1 для определения углового положения и частоты вращения шпинделя.
Рис. 1. Прямой привод станка с чпу
Если в станке, который оснащен прямым приводом, предусмотрен подвод СОЖ в зону образования стружки, то применяется двигатель с полым валом.
Электродвигатель выбирают исходя из: 1) наибольшей частоты вращения двигателя; 2) наибольшей мощности на валу двигателя при работе в режиме Si.
После находят номинальную мощность двигателя (в режиме S1):
PДS1= PДS1/kS1=(P+P0/kSi),
где kSi – коэффициент перегрузки, приблизительно равный 1,2; 1,4; 1,6; 1,8 при перегрузке 60; 40; 25; 16%; P0 – потери мощности в опорах шпинделя; P – мощность на шпинделе.
Если достигается требуемая мощность шпинделя, то двигатель пригоден к использованию. Для данного привода главного движения наиболее часто применяют асинхронные двигатели Siemens 1PM4.
Изображенный на рисунке 2 привод, представляет собой встроенный электродвигатель, который состоит из статора 1 и ротора 2. Охлаждается водой, которая поступает из холодильного агрегата в винтовой канал 3, изготовленный на корпусе 4 статора, также привод оснащен измерительной системой 5 для определения частоты вращения шпинделя.
Риc. 2. Привод станка со встроенным электродвигателем
К основным достоинствам относятся:
- компактность конструкции, ибо отсутствуют муфты, ременные передачи и т.д.;
- высокая удельная мощность благодаря водяному охлаждению.
Электродвигатель выбирается так же, как и электродвигатель для прямого привода. Для данного привода наиболее часто применяют асинхронные встраиваемые двигатели Siemens 1PH2.
Привод двигатель-ременная передача-шпиндель
Данный привод применяется в станках, которые производят обработку с большим моментом резания, т.е. при фрезеровании.
Ременная передача позволяет смещать двигатель относительно оси шпинделя, что позволяет обеспечить удобное положение электродвигателя, но наблюдается значительная потеря мощности в ременной передаче, а так же необходимо обеспечить долговечность ременной передачи.
Рис. 3. Привод по типу Двигатель-Ременная передача-Шпиндель
На рисунке 3 обозначены: 1 – механизм зажима инструмента; 2 – датчик частоты вращения шпинделя; 3 – шпиндель.
Электродвигатель выбирается с учетом наибольшей мощности P на его валу при работе в режиме Si:
PДSi=P+Pрем+P0,
где Pрем – потери мощности в ременной передаче; P0 – потери мощности в опорах шпинделя.
Наибольшая частота вращения шпинделя обеспечивается ременной передачей: nmax = nДmax×iрем.
Для данного привода наиболее часто применяют короткозамкнутые асинхронные частотно регулируемые двигатели переменного тока Siemens 1PH7.
Привод с редуктором у станка с ЧПУ
В данном приводе (рис. 4) применяется планетарный редуктор, обеспечивающий бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя, которое производится в двух диапазонах:
- частоты верхнего диапазона по цепи: z1 − z2, z2 − z3;
- частоты нижнего диапазона по цепи: z1 − z2, z4 − z5.
Рис. 4. Привод шпинделя станка с редуктором
Выбор электродвигателя происходит исходя из того, что электродвигатель вместе с редуктором должны обеспечивать наибольшие требуемые уровни мощности и момента на шпинделе с учетом режима работы Si, передаточного отношения редуктора и потерь мощности в приводе главного движения. Наибольшая мощность на валу двигателя определяется по формуле:
PДSi=(P+Pрем+P0)×1/η,
где Pрем – потери мощности в ременной передаче; P0 – потери мощности в опорах шпинделя; η – КПД редуктора; P – наибольшая мощность резания.
Электродвигатель выбирается по номинальной мощности: PДS1=PДSi/kSi, при этом учитывая наибольшую частоту вращения шпинделя и наибольший требуемый момент на шпинделе. Для данного привода наиболее часто применяют короткозамкнутые асинхронные частотно регулируемые двигатели переменного тока Siemens 1PH7.
