Виды применяемых электродвигателей

Особенностью приводов подач металлорежущих станков, повышающей качество, точность и производительность обработки, является независимость частоты вращения от вращающего момента и момента сопротивления. Регулирование скорости подачи осуществляется при постоянном максимально допустимом моменте. Поэтому в основу выбора электродвигателя положена не мощность, а момент сил сопротивления в механизме подачи. Величину этого момента определяют по составляющим сил резания с учетом момента трения.

К приводу подач предъявляются также требования по возможности создания больших ускорений, значительного диапазона регулирования частоты вращения при высокой равномерности, особенно при малых частотах. Вышеперечисленным требованиям удовлетворяют специальные двигатели постоянного тока – высокомоментные серии ПБВ, с возбуждением от постоянных магнитов или серии 2П, ПБС с электромагнитным возбуждением. В малых станках применяются малоинерционные двигателя серии ПТГ, а также шаговые электродвигатели ЩД.

1. Электродвигатели постоянного тока:

− электродвигатели серии 2П с независимым, параллельным или смешанным возбуждением. Имеют большой диапазон мощностей (0,37–200 кВт) и частот вращения (750–3000 об/мин), широкий диапазон регулирования частоты вращения. Пример обозначения 2ПФ160LГУ4 − электродвигатель постоянного тока единой серии 2П, защищенного исполнения с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора (Ф), высотой оси вращения 160 мм второй длины (L), с тахогенератором (Г), климатическое исполнение – У, категория размещения – 4;

− малоинерционные электродвигатели серии ПЯ, имеющие значительное быстродействие, достигается за счет снижения момента инерции якоря.

− высокомоментные электродвигатели постоянного тока. Имеют низкие номинальные частоты вращения, позволяющие устанавливать их в станки и механизмы без промежуточных редукторов. Отечественной промышленностью выпускаются двигатели серий ПВБ и ПВ. Например: ПВБ160LGУЗ – двигатель постоянного тока (П), закрытого исполнения (Б); высокомоментный с возбуждением от постоянных магнитов (В), с высотой оси вращения 160 мм, второй длины (L), со встроенным тахогенератором (G),климатическим исполнением и категорией размещения УЗ.

2. Асинхронные электродвигатели:

− двигатели с короткозамкнутым ротором. Являются наиболее распространенными машинами переменного тока. Регулировка частоты вращения может осуществляться изменением числа пар полюсов (ступенчатое), частоты тока (бесступенчатое). Выпускают двигатели серий 4А и АИ. Например: 4А80А2УЗ - асинхронный электродвигатель единой четвертой серии (4А) закрытого исполнения (А), с высотой оси вращения 80 мм, сердечник – двухполюсный (2) исполнение дня умеренного климата (УЗ).

3. Шаговые электродвигатели:

− шаговые двигатели довольно широко применяют в приводах подач малых и средних станков. Хотя они и уступают высокомоментным двигателям по к.п.д. и погрешности позиционирования при изменении нагрузки на валу, однако они более просты, имеют меньшую стоимость и более высокую надежность. Кроме того, шаговый двигатель очень удобен при большом количестве управляемых координат. Применяются двигатели серии ШД4, ШД5 и т.д. Питание шаговых двигателей осуществляется от транзисторных и тиристорных преобразователей напряжения.

Применение шагового двигателя является целесообразным в приводах механизмов непрерывного движения в том случае, если управляющий сигнал задан в виде последовательности импульсов, что соответствует числовому программному управления станками.

Следующими элементами кинематических цепей приводов подач, оказывающим влияние на точность их работы, являются муфты. В станках с ЧПУ применяются следующие типы муфт.

1. Муфты с коническими кольцами. Достоинством, которых является возможность выборки зазоров. Недостаток − необходимость точного предварительного центрирования валов.

2. Сильфонные муфты. Изготавливают из гофрированных металлических оболочек.

3. Дисковые муфты.

Важным узлом привода подач станков с ЧПУ является узел преобразования вида движения. В станках токарной группы наиболее распространена в этом качестве шариковая винтовая пара (ШВП), которая состоит из винта, гайки комплекта шариков, канала для возврата шариков.

Широкое применение передач винт-гайка качения в современных станках с ЧПУ обусловлено рядом их достоинств. Так, беззазорность исключает или значительно снижает ошибку при реверсе, высокая осевая жесткость снижает динамическую ошибку привода, высокая стабильность момента трения позволяет осуществлять точные перемещения с малой скоростью, высокий КПД снижает потребляемую мощность двигателя.

Класс точности передачи винт-гайка качения определяет класс точности станка, поэтому к ней предъявляются повышенные требования. Передача -винт-гайка качения, применяемая на станках с ЧПУ, должна аттестовываться по следующим параметрам (рис. 8.4).

Ошибка шага винта (или передачи в сборе). Обычно рассматриваются ошибки шага: накопленная ошибка шага и внутришаговая ошибка. Накопленная ошибка шага () - это абсолютная величина разности между фактическим перемещением гайки вдоль оси винта и номинальным значением перемещения, кратным шагу винта. Применительно к геометрической погрешности шага, накопленная ошибка шага винта является абсолютной величиной разности фактического расстояния между соответствующими точками одноименной стороны профиля резьбы двух произвольных витков Lф и номинального значения этого расстояния Lh,т.е. ошибка шага винта () - это накопленная ошибка =Lф-Lн, отнесенная к одному шагу винта, или перемещению гайки, равному шагу винта t_н, т.е. .

Рис. 8.4. Параметры винта:

n – количество шагов на участке; Lн – номинальное расстояние между двумя точками одноименных сторон произвольных витков; t_н – номинальный шаг

винта (по паспорту); Lф – фактическое расстояние, соответствующее Lн;

t_ф –фактический шаг винта

Накопленную ошибку на заданной длине по рекомендациям задают в виде линейной зависимости:

для L<1000 мм;

для L>1000 мм.

Внутришаговая ошибка – это величина размаха отклонения фактического перемещения гайки вдоль оси винта от номинального перемещения, соответствующего заданному углу поворота в пределах одного шага передачи. Внутришаговая ошибка складывается из ошибок нескольких составляющих (рис. 8.5): а) радиуса профиля винта Rв; б) радиуса профиля гайки Rг; в) радиуса шарика Rш. Связь Rв, Rг, и Rш определяется выражением Rв = Rг = (1,03…1,05)Rш

Рис. 8.5. Схема работы винтовой пары качения: