Тема 7.12. Электрический привод станков с ЧПУ.

Электроприводы главного движения станков с ЧПУ выполняются обычно с электромеханическим регулированием скорости, т.е. с несколькими механическими ступенями, переключаемыми с помощью электромагнитных муфт и ступенчатым или бесступенчатым электрическим регулированием в пределах каждой ступени.

ЭП подачи станков с ЧПУ можно разделить на следующие группы:

1.Приводы со ступенчатым механическим регулированием;

2.С бесступенчатым электрическим регулированием;

3.Следящие приводы.

ЭП подачи со ступенчатым механическим регулированием (рис. 70, а) используют в прямоугольных СЧПУ с обратной связью.

Для переключения скоростей подачи используют электромагнитные муфты ЭМ1 и ЭМ2, при включении муфты ЭМ1 АД с КЗР приводит во вращение ходовой винт ХВ и стол С (или суппорт, шпиндельную бабку), начинает поступательное перемещение. При этом от датчика положения ДП по каналу обратной связи ОС в СЧПУ поступают сигналы о пройденном пути. При подходе стола к конечному положению СЧПУ выдает команду на отключение ЭМ1 и на включение ЭМ2, что вызовет переход на медленное доводочное перемещение стола.По достижению столом заданного положення следует сигнал от СЧПУ на отключение муфты ЭМ2 и стол С останавливается. В такой схеме часто используется электрическое торможение для повышения точности остановки.

Если для привода подачи в позиционной или прямоугольной СЧПУ применен двигатель Д, с широким диапазоном регулирования угловой скорости благо­даря питанию его от управляемого преобразователя П, то схема привода будет иметь вид, показанный на рис. 70, б.

По той же схеме в принципе выполняются следящие и следяще-регулируемые приводы подачи, применяемые в контурных системах ЧПУ. При наличии следящего привода СЧПУ подает на преобразователь П, а значит, и на двигатель Д сигнал, который определяется задан­ной скоростью подачи и разностью между заданными фактическим перемещением. Такая система привода не только отрабатывает заданное полное перемещение ра­бочего органа станка (стола С в данном примере), но и воспроизводит любой заданный закон изменения этого перемещения во времени.

На рис. 70, в показана схема шагового привода подачи. В этом случае в качестве двигателя Д исполь­зуется так называемый шаговый двигатель. От обычных двигателей он отличается тем, что при получении от СЧПУ через блок управления БУ командного импульса поворачивает свой вал на некоторый малый угол — шаг. Число импульсов определяет значение перемещения, а их частота — скорость подачи. Развиваемый шаговым двигателем момент часто недостаточен для перемеще­ния подвижного элемента станка. Поэтому шаговый дви­гатель работает в подобных случаях совместно с гидро­усилителем момента РУ, который представляет собой мощный гидродвигатель.

Шаговый двигатель воздейст­вует на золотниковое устройство гидродвигателя. Как правило, системы с шаговыми двигателями выполняют­ся без обратной связи по положению, т.е. конструкция шагового двигателя сама обеспечивает необходимую точность перемещения. Они используются для станков с любыми СЧПУ.

На рис.71 показано устройство трехфазного индукторного реактивного шагового двигателя. В корпусе 1 двигателя помещен шихтованный статор, имеющий шесть полюсных выступов 4 с зубцами 2, и реактивный зубчатый ротор 3. Три обмотки управления двигателя, находятся на полюсных выступах статора. Каждая из обмоток состоит из катушек, расположенных на четырех полюсных выступах, попарно противоположных. Обмот­ки управления в определенной последовательности под­ключаются к источнику постоянного тока. Между собой обмотки управления сдвинуты на один по­люсный выступ, так что каждый полюсный выступ, статора охватывается ка­тушками смежных обмо­ток управления. В поло­жении ротора, когда его зубцы соосны с зубцами одной диаметрально расположенной пары полюсных выступов статора, они смещены на + 1/3 зубцового деления относи­тельно зубцов второй пары полюсных выступов, и на – 1/3 зубцового деления относительно третьей пары полюсных выступов. Поэтому каждому переключению обмоток управления, когда ось результирующего магнитного потока статора поворачивается на 1/3 зубцового деления, соответствует поворот ротора также на 1/3 зубцового деления, т.е. на один шаг. Направление поворо­та зависит от очередности переключения обмоток. Если же включать попеременно, то одну обмотку, то две об­мотки сразу, шаг уменьшается вдвое.

Двигатель с печатным якорем (рис.72, б) имеет в одном из исполнений ротор 1в виде диска из изоляционного материала, покрытого с обеих сторон тонким слоем металла. На этом покрытии при изготовлении ро­тора была отпечатана особой краской схема 2 провод­ников якоря и затем вытравлен весь металл, оставший­ся непокрытым. Постоянные магниты 3, создающие по­ток возбуждения двигателя, укреплены в подшипниковых щитах 4. Щетки 5 непосредственно скользят по про­водникам якоря, которые таким образом одновременно служат коллекторными пластинами. Благодаря такой конструкции момент инерции ротора и индуктивность обмотки якоря очень малы. Двигатели с печатным дис­ковым якорем выпускаются на мощности до нескольких десятков Вт, при 6 и 12 В и угловой скорости 300— 350 рад/с. Разработаны также двигатели серии ПЯ с печатным цилиндрическим якорем (ротор двигателя представляет собой полый цилиндр из изоляционного материала). Такие двигатели выпускаются на мощности от 1 до 10 кВт при угловой скорости 300—360 рад/с и напряжением 110 В. Двигатели с печатным якорем также питаются от тиристорных преобразователей.

У двигателя с гладким (беспазовым) якорем (рис. 72, а) обмотка якоря, который имеет малый диаметр, уложена в несколько слоев на поверхность якоря и за­лита эпоксидной смолой с ферромагнитным наполните­лем. Каждый слой обмотки стянут лентой из стеклотка­ни. Благодаря отсутствию зубцов на якоре магнитный поток двигателя увеличен вдвое по сравнению с двига­телем обычного исполнения. Двигатель имеет увеличен­ный зазор, что уменьшает индуктивность якорной обмот­ки и, следовательно, ускоряет протекание переходных процессов нарастания и спадания тока в цепи якоря. Та­кая конструкция позволяет облегчить работу коллекто­ра и улучшить охлаждение якоря. Это дало возможность повысить максимальный вращающий момент двигателя примерно в 4 раза и уменьшить момент инерции более чем в 10 раз по сравнению с двигателями обычного ис­полнения. Для возбуждения двигателей с гладким яко­рем применены постоянные магниты с особо высокими значениями остаточной магнитной индукции. Питание якоря осуществляется от тиристорного преобразователя. Двигатели такой конструкции серии ПГТ (со встроенными тахогенераторами) выпускаются на мощность от 90 Вт до 9 кВт, напряжением до 220 В и номинальную угловую скорость 300 рад/с.