Станки дома Доступные файлы (13):
^
Шпиндельные узлы являются наиболее ответственными механизмами станков. От совершенства конструкции, а также от качества изготовления и сборки шпиндельного узла во многом зависит точность обработки.
В последние годы в практике станкостроения наметилась тенденция к созданию жестких конструкций шпинделей относительно небольшой длины. Повышение жесткости шпинделей достигается за счет увеличения диаметра или площади поперечного сечения, применения дополнительных опор, повышения жесткости опор качения за счет создания предварительного натяга и т.д.
Для приводов вращения скоростных и точных станков шпиндели выполняют разгруженными от действия изгибающего момента шкивы приводных ремней или шестерен.
Весьма важным является выбор типа последней передачи на шпиндель.
Межопорное расстояние для шпинделей станков нормальной точности принимают равным 4…5 диаметрам шпинделя в передней опоре.
Жесткость j шпинделей легких и средних станков нормальной точности, условно рассматриваемых в виде балки на шарнирных опорах с силой по середине, должна быть не менее 50 н/мкм. Для станков повышенной точности принимают j 50 н/мкм.
Приводные шестерни шпинделей должны выполняться по 6…7 степени точности, иметь плотные посадки и располагаться непосредственно у опор.^Основными критериями работоспособности шпиндельных узлов являются: геометрическая точность, жесткость, быстроходность, долговечность, динамические характеристики.
Точность вращения шпинделя оценивается величиной радиального или торцевого биения его базовых поверхностей.
Величина этого биения зависит от класса точности станка и регламентируется соответствующим ГОСТ. Так например, для токарных станков нормальной точности допуск радиального и торцевого биения составляет 5…8 мкм.
Жесткость шпиндельного узла определяется упругими перемещениями переднего конца шпинделя под действием сил резания и также регламентируется ГОСТ. Нормативное значение жесткости для станков классов Н и П составляет (50…70) н/мкм. Максимальное значение жесткости шпиндельного узла в основном определяется податливостью его опор.
Быстроходность шпинделей оценивается произведением диаметра шпинделя d в передней опоре на частоту вращения n. Для шпиндельных узлов на подшипниках качения показатель быстроходности dn составляет (2,5…3) 106 мм.об/мин.
Долговечность шпиндельных узлов оценивается ресурсом работы в часах без потери первоначальной геометрической точности.
Динамические характеристики шпинделей оцениваются амплитудами вибраций на потенциально-неустойчивых формах колебаний. Устойчивость динамической системы шпиндельного узла тем выше, чем выше первая собственная частота колебаний. Частоты собственных колебаний шпинделей изменяются в широких пределах (100…600)
Гц и приводят к возбуждению автоколебаний при резании. Поэтому для обеспечения устойчивого резания приходится умышленно снижать режимы и производительность резания.^Шпиндели станков нормальной точности изготавливают из конструкционных сталей марок 45, 40X с поверхностной закалкой наружных и внутренних посадочных поверхностей до твердости НRсэ=48…52.
Для шпинделей станков сложной формы с затрудненным индукционным нагревом используют легированные стали марок 40ХН, 40ХГР, 50Х, ШХ15, ХВГ с объемной закалкой до твердости НRсэ=56…60.^Конструкция шпиндельного узла во многом зависит от типа станка, класса его точности и способа крепления инструмента или заготовки.
Для возможности закрепления в шпинделе инструмента или заготовки формы передних концов шпинделей всех типов универсальных сверлильных, расточных и фрезерных станков, в том числе станков с ЧПУ с коническими посадочными поверхностями стандартизированы по ГОСТ 24644-81.
Формы и размеры передних концов шпинделей токарных и шлифовальных станков установлены по ГОСТ 12593-72 и ГОСТ 2324-77. Основные типы концов шпинделей и их размеры приведены в технической литературе [1.1-1.4]. Конструктивное исполнение передних концов шпинделей показано в табл. 1.
Таблица 1. Конструктивное исполнение передних концов шпинделей
Конструкции шпиндельных узлов металлорежущих станков чрезвычайно многообразны. Шпиндельные узлы выполняют двухопорными и трехопорными. Как показывает расчетный анализ [1,2; 1,3] , жесткость двух опорных конструкций немного ниже жесткости трех опорных при условии, что расстояние между опорами двух опорного шпинделя близко к оптимальному.
Иногда установка третьей опоры вызывается стремлением увеличить демпфирование в шпиндельном узле. Поскольку производство трех опорных шпиндельных узлов связано с существенными технологическими трудностями, значительное большинство шпиндельных узлов металлорежущих станков выполняют двух опорными. Только в тяжелых станках применяются трех опорные шпиндельные узлы.
В отличие от опор валов общего назначения в опорах шпинделей обязательно создают предварительный натяг.
Под предварительным натягом понимают создание незначительных контактных деформаций (2…5) мкм тел качения с беговыми дорожками колец подшипников. Его основное назначение — повышение жесткости и точности шпиндельных узлов, особенно в области малых нагрузок.
Предварительный натяг обычно создают в каждой опоре шпинделя, с независимой регулировкой.^Важное значение для работоспособности шпиндельного узла имеет выбор оптимальной схемы его радиальной и осевой фиксации.
Все многообразие конструкций шпиндельных узлов принципиально можно свести к трем основным схемам фиксации (рис. 24):
Рис.24. Схемы фиксации шпинделей.
В первой схеме радиальная и двухсторонняя осевая фиксации шпинделя выполнены в передней опоре. Задняя опора — плавающая, позволяет компенсировать линейные тепловые деформации шпинделя. В конструкции передней опоры использованы специальные конструкции подшипников: двухрядный с цилиндрическими роликами серии 3182100 и два упорных подшипника серии 8000.
Следует отметить, что данная схема характеризуется повышенной сложностью передней опоры и большим тепловыделением в ней, что отрицательно сказывается на технологичности изготовления и сборки, а также на точности обработки. Кроме того из-за существенного различия в радиальной жесткости подшипников серий 3182100 и 8000 в конструкции опоры должна быть предусмотрена раздельная регулировка предварительного натяга этих подшипников, что требует больших осевых габаритных размеров и особой тщательности регулировки.
Поэтому эта схема преимущественно применяется в сверлильных, фрезерных, расточных и токарных станках средних размеров. Следует отметить, что использование в передней опоре упорных подшипников существенно снижает быстроходность (dn) шпиндельного узла.
Перенос упорных (или радиально-упорных) подшипников в заднюю опору (схема 2) существенно упрощает конструкцию передней опоры и снижает тепловыделение в ней, но при этом резко возрастают температурные деформации переднего конца шпинделя, что для высокоточных станков недопустимо.
Шпиндельные узлы спроектированные по третьей схеме имеют достаточно высокую радиальную и осевую жесткость. Однако этой схеме присущ общий недостаток с первой схемой: необходимость раздельной регулировки предварительного натяга подшипников и ограниченная быстроходность.
С целью увеличения быстроходности и снижения температурных деформаций можно рекомендовать использование в схеме радиально-упорных подшипников серии 46000 и выбора малого межопорного расстояния. Схему можно применять в станках средних размеров (в том числе с ЧПУ), с малым межопорным расстоянием или с использованием осевых пружинных компенсаторов для выбора зазоров в подшипниках.
Конструирование шпиндельных опор в основном выполняется по первым двум схемам. В качестве примера рассмотрим вариант конструкции шпиндельного узла токарного станка, выполненного по второй схеме (рис. 25).
Рис. 25. Опора шпинделя с радиальным двух рядным роликовым подшипником.
В этой конструкции радиальный зазор подшипника 2 регулируется с помощью гайки 1 путем смещения внутреннего кольца подшипника до упора в дистанционное кольцо 3. Для удобства монтажа и демонтажа кольцо 3 выполняется разъемным, состоящим из двух полуколец.
Гайка 4 предназначена для обеспечения демонтажа кольца 2 с целью уменьшения предварительного натяга. Для этой же цели используется отверстие 6, в которое принудительно под высоким давлением нагнетается масло для гидроразжима кольца 2. Подпружиненный фикатор 7 служит для предотвращения самопроизвольного отвинчивания гайки 1.
Необходимая величина натяга обеспечивается подшлифовкой кольца 3. Следует отметить, что коническая поверхность А шпинделя не обеспечивает высокой точности базирования, вследствие чего возможен перекос внутреннего кольца подшипника и потеря геометрической точности вращения шпинделя.
Для исключения этого недостатка рекомендуется базирование по конусу дополнять базированием по торцу внутреннего кольца с помощью длинной дистанционной втулки 5, имеющей посадку Н6/n6. Длинная втулка совместно с посадкой Н6/n6 обеспечивает хорошее осевое направление кольца.^Проектирование шпиндельных опор рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
- Выбор конструкции (типа) подшипников.
- Выбор класса точности подшипников.
- Выбор системы фиксации.
- Выбор посадок подшипников.
- Выбор системы смазки и конструкции уплотнительных устройств.
Рассмотрим содержание отдельных этапов проектирования шпиндельных опор.
^
В станкостроении применяется ряд типов подшипников качения, специально предназначенных для установки в шпиндельные узлы станков. Наибольший интерес представляют следующие конструкции.
^3182100 и 4162900(рис. 26).
Рис. 26. Конструкции подшипников для шпинделей станков.
Радиальные двухрядные роликоподшипники типа 3182100 — наиболее распространенный тип подшипников качения, применяемый в шпиндельных узлах металлорежущих станков отечественного производства. Эти подшипники, выпускаемые в габаритных размерах особо легкой серии, обладают высокой несущей способностью, жесткостью и быстроходностью.
В средних и тяжелых станках применяется иная модификация описанных подшипников — подшипники типа 4162900. Они отличаются тем, что гладкая (без буртов) дорожка качения находится не на наружном кольце, а на внутреннем кольце, а наружное кольцо выполняется с буртами.
Подшипники типа ”Gamet” (производство фирм “La presision industriell“ Франции, и “Gamet” Англии) выпускаются в различных конструктивных исполнениях: двухрядный конический роликоподшипник с буртом на наружном кольце или однорядный конический роликоподшипник с буртом на наружном кольце и другие.
Отличительной особенностью подшипников типа “Gamet “ является особая конструкция сепаратора, снабженного отверстиями, который занимает почти все свободное пространство между дорожками качения наружного и внутреннего кольца, применение полых роликов: в результате создается система каналов, по которым под влиянием центробежных сил циркулирует смазка.
Наличие бурта на наружном кольце позволяет использовать при монтаже очень удобную базу в виде плоского торца шпиндельной бабки. Диаметры отверстий внутренних колец двухрядного подшипника (переднего и заднего) неодинаковые; диаметр заднего кольца на несколько микрон больше, что обеспечивает необходимую свободу перемещения заднего кольца подшипника при регулировке зазора -натяга.
Двухрядные упорно радиальные шарикоподшипники типа 234000 (рис.26) с углом контакта 60 (производство фирмы SKF ФРГ) применяют для работы в шпиндельных узлах металлорежущих станков совместно с прецизионными двухрядными подшипниками с короткими цилиндрическими роликами.
В последнее время в шпиндельных опорах используются специальные двухрядные конические роликовые подшипники серии 697900 и однорядные конические подшипники серии 177160. имеющие высокие показатели жесткости и быстроходности.
Общеприняты следующие два принципа выбора типа подшипников:
- Для быстроходных малонагруженных станков применяются шариковые подшипники.
- Для средних и тяжелых станков с повышенными требованиями к жесткости применяют роликовые подшипники.
На основании проведенного анализа конструкций шпиндельных подшипников можно сформулировать следующие основные требования к их выбору:
- высокая геометрическая точность вращения.
- высокая жесткость, быстроходность и долговечность работы.
- возможность создания предварительного натяга в подшипнике.
- простота конструкции, монтажа и возможности регулирования подшипников.
Совокупности этих требований в достаточной степени удовлетворяют подшипники серий 3182100 , 697900, 177160, 234000, Gamet , SKF и другие.
^
Конструктору шпиндельных узлов необходимо знать достоинства и недостатки подшипников различных типов, так как от правильного их выбора зависит качество шпиндельных узлов; точность вращения, жесткость, быстроходность, долговечность. В табл.2. показаны наиболее распространенные типы подшипников и соответствующие им значения относительной жесткости С.
Конкретные методические указания по выбору эксплуатационных характеристик подшипников приведены в литературе [1.2, 1.3 и 1.8].
Подшипники с коническими роликами (ГОСТ 333-79, схема 1) обладают наибольшей жесткостью и минимальной быстроходностью. Предварительный натяг в подшипнике регулируется относительным смещением колец подшипников. Подшипники рекомендуется применять в шпиндельных узлах с большой нагрузкой — в фрезерных, токарных, расточных и других станках.
Таблица 2.Разновидности шпиндельных подшипников.
Двухрядные роликовые подшипники (ГОСТ 7634-75, схема 2) отличаются высокой жесткостью, быстроходностью, долговечностью. Предварительный натяг в подшипнике обеспечивается осевым перемещением и радиальной деформацией внутреннего кольца подшипника.
Шариковые радиально-упорные подшипники (ГОСТ 832-78, схема 3) имеют максимальную быстроходность и наименьшую жесткость, поэтому они часто применяются в сдвоенном исполнении. В схеме 3а обеспечивается более высокая жесткость по сравнению со схемой 3б.
Упорно-радиальные подшипники (ГОСТ 20821-75, схема 4) по сравнению с радиально-упорными подшипниками имеют более высокую (в 1,5…2 раза) быстроходность и часто используются в сочетании с двухрядными роликовыми подшипниками. Такое сочетание подшипников обеспечивает радиальную и двухстороннюю осевую фиксацию шпинделя.
Упорные подшипники (ГОСТ 6874-75, схема 5) применяются при средних частотах вращений. Радиальную нагрузку такие подшипники не воспринимают.
В шпиндельных узлах часто сочетают подшипники различных типов, но при этом учитывают, что передняя опора более нагружена в радиальном направлении, чем задняя и, именно, она определяет точность вращения шпинделя. Практика эксплуатации станков показала, что несущая способность и жесткость роликовых подшипников в (8…10) раза выше чем шариковых, но шариковые подшипники более быстроходны.
Радиальные шариковые подшипники способны воспринимать кроме радиальных сравнительно небольшие [(15…20%) от неиспользованной радиальной нагрузки] осевые нагрузки в то время как цилиндрические-роликовые подшипники такую нагрузку не воспринимают. Следует также учитывать, что перекосы в роликовых подшипниках недопустимы.
Радиально-упорные подшипники по характеристикам быстроходности предпочтительнее упорных. Упорные подшипники воспринимают только осевую нагрузку и также не допускают перекосов. Для проектных расчетов можно использовать следующие ориентировочные значения допускаемых углов поворота в подшипниках:
- в радиальных шарикоподшипниках [] 0,01 рад;
- в сферических шарикоподшипниках [] 0,05 рад;
- в подшипниках скольжения [] 0,001 рад.
В большинстве практических случаев осевую нагрузку стремятся распределить на заднюю опору, смонтированную из двух радиально-упорных подшипников с предварительным натягом, а переднюю опору — сделать плавающей с возможностью восприятия температурных деформаций. Конструкция такой опоры показана на рис. 27.
Рис.27. Шпиндель горизонтально-фрезерного станка^Геометрическая точность вращения шпинделя в основном определяется оптимальным выбором класса точности подшипников по ГОСТ 520-89. В таблице 3 приведены классы точности шпиндельных подшипников и соответствующие им радиальные биения в мкм в зависимости от посадочных диаметров (d) шпинделей.
Таблица 3. Радиальные биения шпиндельных подшипников.
Диаметр шпинделя, мм
Классы точности подшипников 5 4 2 Допуск на радиальное биение, мкм. 30…50 5 4 2,5 50…80 80…120 6 5
Данные классы точности подшипников рекомендованы для станков нормальной точности. Геометрические погрешности подшипников для станков класса С и выше должны быть в пределах (0,5…1)мкм.
При проектировании шпиндельных узлов необходимо исходить из условия минимизации радиального биения переднего конца шпинделя. В соответствии с расчетной схемой (рис.28) при комплектовании необходима односторонняя направленность векторов их биений 1 и 2. подшипников 1 и 2.
Рис.28. Расчетная схема для выбора класса точности подшипников.
Величина радиального биения шпинделя
где m1 и m2 — соответственно число подшипников в передней и задней опорах;
Таким образом, выбор класса точности подшипников 1 и 2 можно выполнить по величине допуска их радиальных биений.
где 
Величину радиального биения можно существенно уменьшить путем односторонней векторной ориентации биений 1 и 2.
В переднюю опору устанавливают более точный подшипник, например второго класса точности, а в заднюю — менее точный — третьего или четвертого класса точности. Величину радиального биения 2 этого подшипника определяют методом подбора, исходя из условия минимизации радиального биения , т.е. путем приравнивания = 0.
Монтаж и регулировку подшипников должен выполнять квалифицированный слесарь-сборщик.^Механизмы фиксации деталей на шпинделе весьма разнообразны. Их выбор зависит от принятой схемы фиксации самого шпинделя и требований к точности регулировки относительного положения смонтированных на нем деталей. На рис.29. показаны различные способы фиксации крепежных элементов.
Рис.29. Способы фиксирования деталей на шпинделе.
Примеры типовых передних опор шпинделей на подшипниках качения показаны на рис.30. и достаточно хорошо освещены в технической литературе [1.1-1.3].^Практический опыт монтажа подшипников показывает, что монтаж наружных колец целесообразно выполнять по посадке Н6,Н7 или JS6, JS7.
Учитывая особенность расположения поля допуска внутреннего кольца «в минус» общепринятые посадки к5 и к6 дают гарантированный натяг и при их назначении требуется расчет величины натяга исключающего защемление тел качения (роликов, шариков).
Поэтому регулируемые внутренние или наружные кольца подшипников монтируют по посадкам Н6 или h6.
Упорные подшипники всех типов монтируют по посадке JS6. Допуски овальности и конусности посадочных поверхностей принимают равными (1/2…1/4) от допуска на диаметр в пределах (0,5…1) мкм — для прецизионных станков и (1…2) мкм — для станков нормальной точности.
Рис. 30. Передние опоры шпинделей на подшипниках качения:
1 — шпиндель; 2 — радиальный (радиально-упорный) подшипник; 3 — корпус;
4 — осевой подшипник; 5 — проставочное кольцо; 6 — гайка^Выбор системы смазки во многом определяет нагрев и долговечность работы шпиндельного узла.
В шпиндельных узлах станков применяются три основных типа систем смазки (рис.31).
- Циркуляционная проточная смазка под давлением насоса (рис.31 а,б).
- Смазывание методом «масляного» тумана (рис.31 в).
- Пластичная (густая) смазка (рис.31 г).
Рис.31. Методы смазывания шпиндельных опор
Первый тип системы смазки (рис.31 а, б) обеспечивает надежность поступления масла в зону смазки и теплоотвод. Расход масла составляет (0,5…2)л/мин. Основной недостаток данных систем — трудность подвода смазки непосредственно в зону контакта тел качения и беговых дорожек подшипников.
Смазывание “масляным туманом“ (рис.31,в), обеспечивает удовлетворительное охлаждение и смазку с расходом (80…100) капель в минуту, но при нарушении герметизации уплотнений возможен выброс воздушно масляной смеси в рабочую зону оператора, что экологически вредно.
Пластичная смазка (рис.31,г), имеющая специальный состав, является самой “неприхотливой“ и длительно выполняет свои функции (3…5) лет. Основной недостаток данных систем — отсутствие надежной системы контроля количества и вязкости смазки.
Уплотнения шпиндельных узлов
Уплотнения шпиндельных узлов служат для защиты подшипников от проникновения в них пыли и стружки, а также для предупреждения подтекания смазки. Конструкции типовых уплотнений шпиндельных узлов приведены в литературе [1.1-1.3].^
Под предварительным натягом подшипников понимают создание контактных деформаций тел качения с беговыми дорожками подшипниковых колец. Величина такого натяга составляет от 2 до 5 мкм в зависимости от диаметра подшипников. При такой величине натяга защемления тел качения не происходит, а жесткость и точность вращения шпинделя значительно повышается.
Вначале производится подбор и дуплекация шпиндельных подшипников. В результате подбора подшипников определяют значения их радиальных биений и выполняют одностороннюю ориентацию в соответствии, затем доводят посадочные поверхности подшипников и шпинделя по пятну контакта (по краске) не менее 80%. Шероховатость сопрягаемых поверхностей Rа=(0,6…0,32)мкм.
В радиальных шарикоподшипниках предварительный натяг создается посредством осевого смещения колец подшипников с использованием дистанционных колец.
В двухрядных роликовых подшипниках типа 3182100 предварительный натяг в радиальном направлении создается осевым смещением внутреннего кольца подшипника (см. рис.27) по конической шейке шпинделя. Рассмотрим методику создания предварительного натяга подшипника типа 3182100 на примере передней опоры шпинделя горизонтально фрезерного станка (рис. 27).
Предварительный натяг подшипника осуществляется следующим образом. Вначале устанавливают внутреннее кольцо 2 и подтягивают его по конусу вращением вручную гайки 1 при утопленном подпружиненном фиксаторе 7. Затем измеряют расстояние L0 от торца шпинделя 8 до торца кольца 2 концевыми мерами с высокой точностью.
Необходимую величину осевого смещения L для создания радиального натяга =(2…4) мкм определяют по формуле:
L = C (0 a),
где С — коэффициент, учитывающий радиальную жесткость шпинделя, выбираем по табл. 4 в зависимости от соотношения d0/d ; d0 — диаметр отверстия в шпинделе, мм;
d — средний диаметр отверстия внутреннего кольца, мм; 0- начальный радиальный зазор в подшипнике, мм (0 = 0,02…0,04 мм); — необходимый радиальный натяг, принимают =0,002…0,04 мм; а — постоянная величина зазора, учитывающая тепловые деформации шпинделя, принимают а = 0,01мм.
Таблица 4. Радиальная жесткость шпинделя.
| d0/d | 0,2 | 0,5 | 0,55 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,8 |
| C | 14 | 15 | 15.5 | 16 | 16,5 | 17,3 | 18,5 | 20,2 |
Необходимую толщину L дистанционного кольца 3 определяют по формуле
L = L0 L
Для удобства его установки в зазор L0 кольцо выполняют разрезным, состоящим из двух полуколец и после монтажа связывают проводом или удерживают гайкой 4. Затем производят затяжку гайки 1 и проверяют температуру подшипникового узла при холостом ходе и при резании. Допустимая температура нагрева подшипников до 500 С.
По такой же методике проводится регулировка предварительного натяга подшипников при ремонте шпиндельных узлов.
Электроприводы станков —
Электроприводы с асинхронными двигателями. Большая группа станков самого различного назначения базируется на асинхронном электроприводе без электрического регулирования частоты вращения или с электрическим при использовании двух-, трехскоростных асинхронных двигателей, в том числе в сочетании с коробками скоростей. Схемы автоматизации таких электроприводов, как правило, просты и содержат контакторно-логическую часть, которая выполняет функции последовательности включения, защиты и другие функции.
В качестве примера рассмотрим схему автоматизации токарно-винторезного станка (рис. 11.4). Главное движение (вращение шпинделя) и движение подачи (перемещение резца) осуществляется с помощью асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Ml.
Частота вращения шпинделя ступенчато изменяется вариатором и коробкой скоростей. При нарезании резьбы суппорт и резец двигаются при помощи ходового винта с приводом от электродвигателя Ml. Система охлаждения состоит из бачка с центробежным насосом с приводом от асинхронного двигателя М2. Местное освещение осуществляется от электролампы накаливания EL. на напряжение 36 В. Напряжение на рабочие цепи подается выключателем S.
При нажатии на кнопку SB2 подается питание на катушку пускателя КМ1 через нормально замкнутые контакты SB1.1, SB3.2, и электродвигатель Ml будет вращаться «вправо». При нажатии на кнопку SB1 контактом SB1.1 разрывается цепь питания пускателя КМ1, а контактом SB 1.2 включается пускатель КМ2, выполняющий своими контактами индукционно-динамическое торможение двигателя за счет подачи контактом КМ2.2 пульсирующего (постоянного) тока в обмотку двигателя.
При нажатии кнопки SB3 включается вращение двигателя Ml «влево» с помощью пускателя КМЗ.
Контакты КМ 1.1 и КМ3.1 пускателей КМ1 и КМЗ подготавливают к включению катушку пускателя КМ4, и при нажатии кнопки SB4 можно включить двигатель охлаждения М2.
Схема автоматизации двухшпиндельного сверлильного станка приведена на рис. 11.5. Станок имеет два асинхронных короткозамкнутых двигателя Ml и М2 привода головок. Подача на станке гидравлическая. Масляные насосы гидроподачи приводятся в движение от двигателей соответствующих головок. Управление клапанами гидропривода осуществляется электромагнитами.
Схема управления предусматривает режимы работы двух или любого из двух двигателей в отдельности. Режим работы устанавливается с помощью переключателей SA1. SA2, SA3. Для работы двух головок переключатели SA1. SA2, ставят в верхнее положение и нажимают кнопку SB1 — «Пуск». При этом в цепи фазы С (SA1—SB1—SB2- SA2получают питание катушки контакторов КМ1 и КМ2. Главные контакторы К Ml и К М2 включают двигатели в работу, а вспомогательный контакт КМ2.1 шунтирует кнопку SB1. После этого нажимают кнопку SB3 одновременной подачи «Вперед», что вызывает срабатывание контактора КМЗ и через контакты КМ3.1 и путевые выключатели SQ1, SQ2 получают питание электромагниты подачи YA1 и У/12. которые открывают клапаны гидроподачи. Шпиндели головок начнут перемещаться к изделию с увеличенной по сравнению с рабочей скоростью. При соприкосновении сверл с изделием происходит нажатие на головки, которые механически соединены с клапанами регулирующими подачу масла в гидросистему, поэтому скорость подачи снизится до рабочей.
После окончания сверления и ослабления нажатия на головки специальные кулачки откроют клапаны ускоренного обратного хода и головки вернутся в исходное положение. Если необходимо вернуть в исходное положение головку до окончания сверления, нажимают кнопку SB4, которая своим контактом включит контактор КМ4. а последний своими контактами КМ4.1, КМ4.2 включит электромагниты клапанов обратного хода.
При раздельном управлении головками переключатель SA1 и переключатели нужного двигателя SA2, ставят в нижнее положение. В результате получат питание катушки соответствующего контактора КМ1 или К М2 и тот или иной двигатель будет подключен к сети. Гидроприводами подачи управляют при помощи кнопок SB5 и SB6.
Электроприводы с двигателями переменного и постоянного тока.
Определенная группа станков, например фрезерные, могут иметь одновременно электроприводы переменного и постоянного тока, что диктуется условиями технологии. На схеме управления вертикальнофрезерным станком (рис. 11.6) привод шпинделя станка осуществляется от короткозамкнутого асинхронного двигателя Ml, а привод подачи — от двигателя постоянного тока М2. Двигатели для систем смазочной и охлаждения на схеме не приведены.
Асинхронный двигатель Ml реверсируют вручную с помощью переключателя 5/4. При нажатии кнопки SB2 («Пуск») получает питание катушка магнитного пускателя КМ1, и двигатель Ml подключается к сети силовыми контакторами КМ1. Вспомогательный контакт КМ 1.1 шунтирует контакты SB2.1, одновременно включает катушку промежуточного реле KLI, а контакты КМ1.2 обесточивают катушку тормозного контактора КМ2.
При нажатии кнопки SB1 цепь управления обесточивается, схема возвращается в исходное состояние и пока замкнуты контакт SB1 получает питание катушка тормоза КМ2 через контакты SB1.2 и происходит динамическое торможение двигателя Ml подключением пульсирующего тока к фазам Cl, В1 через контакты КМ2.2, КМ2.3.
Обмотка якоря М2 получает выпрямленный ток от устройства, выполненного на магнитных усилителях (МУ): LR1 — силовая обмотка, LR2 — задающая обмотка, LR3 — обмотка смещения.
Частота вращения двигателя М2 плавно регулируется с помощью потенциометра R1. В цепи обмотки возбуждения LM2 установлен резистор R2, который шунтируется контактом реле напряжения KV1.1. Если ток в обмотке LM2 снизится менее допустимого, то контакт KL3.I разомкнется и отключит двигатель М2. Катушка реле KL3 осуществляет защиту «обрыва поля». Контакт KL3.1 шунтирует кнопку SB2.2.
Для быстрого перемещения суппорта кнопкой SB5 подается питание на промежуточное реле KL2 последнее включает прямую задающую обмотку МУ LR2 и замыкает контакты в цепи катушки KV— KL2.3. Реле KV сработает, разомкнет контакты KV1.1 и введет добавочное сопротивление R2 в цепь обмотки возбуждения LR2. Таким образом, замыкание контактов SB5 приводит к увеличению тока в задающей обмотке МУ LR2, увеличивает насыщение и напряжение на выводах МУ, а введение R2 приводит к уменьшению потока двигателя М2, что в совокупности позволяет осуществить плавное электрическое регулирование в пределах 20 : 1.
Электропривод постоянного тока. Электропривод постоянного тока рассмотрим на примере электропривода серии ЭТ6, предназначенного для регулирования и стабилизации частоты вращения двигателя постоянного тока в диапазоне 10 000: 1.
Электропривод (рис. 11.7, а) представляет собой электромеханическое устройство, состоящее из электродвигателя М, регуляторов скорости PC и тока РТ, датчиков скорости ДС и тока ДТ, тиристорного преобразователя ТП, а также узлов зависимости токоограничения (/то = / (п), ограничения минимального угла управления U0TP —
Электропривод работает следующим образом. При наличии рассогласования kU1 = U3 — Uдс на входе PC на его выходе формируется сигнал, пропорциональный этому рассогласованию, который, сравниваясь с текущим значением тока якоря /я, поступает на вход РТ. Регулятор РТ усиливает эту разность и подает управляющее напряжение на схему формирования управляющих импульсов (СИФУ), функция которой заключается в формировании и распределении импульсов управления силовыми тиристорами. По мере уменьшения рассогласования под действием отрицательной обратной связи по частоте вращения происходит стабилизация вращения двигателя до уровня, соответствующего Ua.
Тиристорный преобразователь является управляемым двухиоляр- ным шестиимпульсным выпрямителем (рис. 11.7,6). Регуляторы PC и РТ с их корректирующими цепями обеспечивают необходимые показатели электропривода в статике и динамике. Регулятор скорости представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока с цепями обратной связи, собранный на микросхемах. В схеме предусмотрена термостабильность благодаря компенсации теплового дрейфа усилителей. Для подстройки блока имеются цепи подстроек с резисторами.
Регулятор тока выполнен на операционном усилителе и представляет собой пропорционально-интегральный регулятор. Блок содержит элементы коррекции токового контура, которые подбираются при наладке.
Датчик тока предназначен для передачи на вход регулятора тока сигнала обратной связи пропорционально току якоря электродвигателя. Датчик тока выполнен на основе магнитодиодов. В контур регулятора тока якоря входит схема ограничения производной, которая осуществляет ограничение большого значения производной напряжения на входе РТ для исключения динамического уравнительного тока. Схема ограничения производной собрана на операционном усилителе с дифференцирующей цепочкой.
Схема ограничения минимального угла управления предназначена для исключения превышения напряжения на входе РТ амплитудой опорного напряжения в динамических режимах и при изменении напряжения питающей сети.
Схема ограничения тока якоря обеспечивает в зависимости от настройки ограничение тока якоря на заданном уровне и зависимое ограничение тока в функции частоты вращения. Принцип работы токоограничителя основан на ограничении входного напряжения регулятора скорости, которое пропорционально току якоря.
Схема защиты выполняет функции защиты электропривода от неправильного чередования фаз питающей сети, обрыва любой из фаз, исчезновения стабилизированного питания любой полярности и перегрева электродвигателя.
Источник питания собран по схеме двухканального стабилизатора, обеспечивает питание всех цепей управления постоянным стабилизированным напряжением.
Электропривод постоянного тока с реверсированием поля. Примером такого электропривода является серия ЭТРП. Его функциональная схема (рис. 11.8) несколько отличается от функциональной схемы электропривода ЭТ6 наличием тиристорного преобразователя питания якоря ТПЯ, тиристорного преобразователя питания обмотки возбуждения ТПВ и тиристорного реверса БР обмотки возбуждения. БФИ1, БФИ2 — блоки формирования импульсов в каналах управления якорем и возбуждения; БУР — блок управления реверсом; РЭ — релейный элемент.
Электропривод с тиристорным широтно-импульсным преобразователем. В качестве примера рассмотрим электропривод серии ЭШИР-1 (рис. 11.9, а).
Электропривод питается через силовой трансформатор от трехфазной сети переменного тока через трехфазный мостовой выпрямитель VD1—VD6 с емкостным фильтром на выходе (рис. 11.9, б).
Электродвигатель М подключается к источнику постоянного напряжения силовыми ключами Ql—Q4. Порядок и продолжительность включения определяют направление и частоту вращения двигателя, скважность импульсов — среднее напряжение на двигателе.
Сигнал рассогласования между заданной и фактической частотами вращения усиливается регулятором скорости PC и подается на вход регулятора тока РТ. Далее сигнал поступает на ШИМ1 и ШИМ2, где происходит сравнение этого сигнала с пилообразным напряжением генератора пилообразного напряжения ГПН. На вход РТ подаются сигналы с датчика тока UA1 с выхода устройства токоограничения UАО и датчика статического тока IIА2. Сигнал, поступающий с UA1 на вход РТ, обеспечивает отрицательную обратную связь по току двигателя. При превышении этим током заданного значения /отс срабатывает устройство токоограничения UAO, в результате резко возрастает коэффициент обратной связи по току и ограничивается дальнейший рост тока.
Датчик статического тока UA2 выдает сигнал, пропорциональный моменту нагрузки и компенсирующий влияние этого момента. На его вход помимо сигнала с UA1 подается сигнал, пропорциональный производной частоте вращения, полученный дифференцированием сигнала с тахогенератора ВР.
С выхода ШИМ биполярный сигнал поступает через узлы задержки 1—4, и на выходе сигналы оказываются раздвинутыми на постоянный интервал А, что позволяет уменьшить сквозной ток. Для гальванической развязки схемы управления и силовых ключей служат узлы гальванической развязки ER.
Силовые ключи включаются через импульсные усилители AV.
Помимо собственного силового ключа, в каждом блоке силовых ключей установлены два диода VD8—VD9 и два вспомогательных диода VD10—VD11, связанных с установкой индуктивности LI—L2 между ключами вертикали. Индуктивности нужны для ограничения сквозных токов при противофазном управлении ключами.
Привод имеет защиту от перенапряжения, выполненную на диоде VD12 разрядного ключа Q5.
Загрузка...