Привод подачи

Наряду с главным приводом привод подачи является важнейшим механизмом станка, оказывающим большое влияние на точность обработки. Различают приводы подач для прямолинейного (наиболее распространенного) и кругового движений. Характерным для привода является наличие конечного звена с большой редукцией (тяговое устройство). Величина ускоренного перемещения в современных станках достигает Sуск = 15...30 м/мин, а диапазон изменения подач Smax/Smin = 5...20 тыс. и даже более. Обычно такой диапазон обеспечивается с помощью регулируемых электродвигателей (асинхронных, вентильных) постоянного (высокомоментных) или переменного тока. Выбор двигателя произво-дится на основе анализа технологического процесса обработки деталей с проверкой момента сопротивления при разгоне и ускоренном перемещении узла по развиваемым на этих режимах моментах двигателя.

Основные требования к приводам подачи, в первую очередь станков с ЧПУ (табл. 3.6).

Высокая статическая жесткость С = F/δ уменьшает отрицательное влияние на привод внешних воздействий: сил резания, трения (схема 1). Она обеспечивается в первую очередь рациональным выбором тягового устройства и способом его закрепления. При длине перемещения L ≤ 4 м хорошие результаты достигаются при использовании передачи винт - гайка (схемы 2). Повышения жесткости длинных винтов добиваются установкой их в двух опорах (схема 3, б). При растягивании винта (примерно на 0,01 мм на 1000 мм) относительная жесткость С* увеличивается более чем в 2 раза (схема б), кроме того, при возникновении температурных деформаций исключается работа винта на продольный изгиб. Применение вращающейся гайки и неподвижного винта (схема 2, II) также повышает жесткость. На долю винта приходится более 50 % общих деформаций, поэтому важно повысить жесткость собственного винта, которая растет пропорционально его диаметру в квадрате.

При длине перемещения более 4 м используют тяговые устройства червяк- рейка (схема 4), шестерня-рейка, при этом длина перемещения не сказывается на жесткости. Положительное влияние на жесткость оказывает предварительный натяг в опорах (схема 5), шариковой винтовой паре, зубчатых колесах. До 20 % деформаций приходится на кронштейн подшипника, поэтому важно продумать его закрепление. Схема б, II имеет большую жесткость. Применение роликовых опор винта (схема 7), установка параллельных радиально-упорных шарикоподшипников для восприятия осевой силы положительно сказываются на жесткости.

Выборка зазоров в элементах привода - обязательное условие нормальной работы электромеханического привода подач станков с ЧПУ. Применение сильфонных муфт (схема 8) для связи двигателя с механическими элементами, беззазорная посадка зубчатых колес с передачей момента не через шпонки, а за счет трения (схема 9), выборка зазоров в зацеплениях (геометрическая - схема 10 или силовая - схема 11) создают соответствующие условия для исключения или уменьшения зазоров и получения требуемой точности и динамических характеристик.

Хорошие динамические характеристики предполагают следующее.

  1. Высокое быстродействие привода, дающее возможность отработать задающее воздействие с минимальным запаздыванием. Например, при обработке квадрата (схема 12), ориентированного под углом 45° к осям координат в точке 1 в момент мгновенного изменения скорости, нужно иметь высокое быстродействие привода, чтобы обеспечить точность. В противном случае возникает погрешность (штриховая линия). Современные приводы имеют собственную частоту fоэ = 40... 50 Гц. У транзисторных приводов f0э > 100 Гц.

 

Привод подачи

 

2. Согласование параметров динамической системы (коэффициентов усиления Кхх и Kvу по скорости) по отдельным осям. Например, при обработке фрезой круга (схема 13) для получения минимальной погрешности δ быстродействие и передаточные свойства приводов (коэффициенты усиления) по осям х и у должны быть по возможности равными. В противном случае при одинаковой величине рассогласования Xw и Yw действительного и заданного положений узла вместо круга образуется эллипс, так как

Привод подачи

3. Малый момент инерции механических элементов привода, приведенный к двигателю (схемы 14). Например, при передаточном отношении коробки подач 1 : 4 ее приведенный момент инерции примерно в 2,7 раза больше в схеме I, чем в схеме II с равномерным распределением передаточного отношения (момент инерции растет с увеличением диаметра d в четвертой степени).

4. Обеспечение подхода узла к заданной точке (положение 00 на схема 15) без колебаний (схема II), что достигается следующим:

  • изменением от исходного значения v0 по определенному закону (с помощью системы управления) скорости узла при его подходе к заданной точке. В схеме 16 сплошной и штриховой линиями показан различный характер изменения скорости при подходе узла к позиции 00;
  • применением направляющих и тяговых устройств с совершенным трением (низким, мало зависящим от скорости), например, гидростатических II или направляющих качения вместо направляющих скольжения I (схема 17);
  • согласованием собственной частоты механической fоы и электрической fоэ (контура системы регулирования привода) (схема 18).

Важнейшей составной частью электромеханического привода подач является тип тягового устройства и вид передачи на конечном звене при осуществлении кругового движения.

Тяговые устройства (табл. 3.7).

Винт-гайка - наиболее распространенная передача. В станках с ручным управлением (цифровой индикацией) часто ограничиваются наиболее простой передачей скольжения (схема I), в которой угол профиля резьбы α = 0...300 (при уменьшении угла а радиальное биение меньше влияет на погрешность перемещения). В станках с ЧПУ наибольшее применение находят шариковинтовые передачи (схема II), обеспечивающие высокую жесткость и позволяющие устранить зазор, например, за счет сближения (как на схеме II) полугаек.

Гидростатическая передача (схема III) находит ограниченное применение при больших диаметрах винта (150 мм и более). Карманы 1 для подвода масла образованы на неполной окружности для уменьшения влияния погрешностей на работоспособность. Дросселями 2 обычно служат отверстия диаметром 1 ...3 мм, по которым масло подводится к карманам. Характерное использование передачи винт-гайка показано на схеме IV. Часто по конструктивным соображениям между двигателем и винтом устанавливают коробку подач КП или редуктор.

Привод подачи

Передача зубчатое колесо-рейка по частоте использования находится на втором месте после передач винт-гайка. Она имеет высокую надежность, проста в обслуживании. Основной недостаток - невысокая редукция в передаче, вследствие чего для ее реализации требуется довольно сложный редуктор с большим передаточным отношением. В схеме I показана передача с выборкой зазора в зацеплении с рейкой 1 за счет подпружиненного колеса, на схемах II и III - соответствующие кинематические схемы. В схеме II зазоры выбираются на конечном звене (в передаче 7) и в колесах 2, наиболее близких к конечному звену, в схеме III - при осевом перемещении шевронного колеса 1 с помощью пружины

Передачи червяк-рейка применяют, как правило, при больших перемещениях узла (более 4 м), а также в ряде случаев, где требуется компактность встройки. Червяк по сути дела представляет собой короткий винт, а рейка - длинную срезанную гайку. Применяют как передачу скольжения (схема I), так и гидростатическую (схема II) в станках с ЧПУ. В такой передаче в смазочной системе требуется распределитель, который обеспечивает подвод масла к участкам передачи, находящимся в данный момент в зацеплении. В передаче с карманами на рейках (схема II) подвод масла в карманы 1 противоположных профилей рейки 3 осуществляется через коллектор 2. Особенностью привода (схема III) являются небольшие размеры передачи 7, вращающей червяк, и малое передаточное отношение на ней.

Червячные передачи с выборкой зазора, например с помощью пружины 7 (схема 7), либо цилиндрические, в которых зазор на конечном звене 7 выбирается при осевом перемещении шевронного колеса 2 от гидроцилиндра 3 (схема II), используют для круговой подачи.

Примеры приводов подачи. В типовом приводе на базе шариковой винтовой передачи (рис. 3.27) от вала 7 двигателя через ременную передачу 2 вращение передается на винт 4. В конструкции использованы беззазорные посадки шкивов, жесткие осевые опоры 3 винта и предохранительное устройство 5 от поломки винта при аварийных ситуациях. В типовой промежуточной коробке привода с шариковинтовой передачей (рис. 3.28) вращение от вала 7 двигателя на винт 6 передается через беззазорную сильфонную муфту 2 и зубчатые колеса 3-5 с выборкой зазоров в зацеплении.

В приводе подачи с использованием беззазорной передачи зубчатое колесо- рейка (рис. 3.29) вращение от вала 7 двигателя передается на плавающий в подшипниках 4 вал 3, на котором установлены зубчатые колеса 5 и б с разным направлением зубьев. При осевом перемещении вала 3 происходит разворот колес 7 и 8 в разные стороны, благодаря чему выбирается зазор в зацеплении между этими колесами и рейкой 9. Сила, с которой выбирается зазор, должна исключить нарушение контакта в разгруженной цепи привода, что обеспечивается выбором величины компенсатора 2. Изменение толщины компенсатора приводит к изменению упругих деформаций элементов а силовом потоке.

Привод подачи

В приводе колесо-рейка выборка зазора осуществляется за счет осевого перемещения косозубых колес 1 и 3 тарельчатыми пружинами 2 и 4 (рис. 3.30). Остальные зубчатые передачи, оказывающие меньшее влияние на работоспособность (удалены от конечного звена), не имеют механизма выборки зазора.

Привод подачи с передачей червяк-рейка отличается короткой кинематической цепью (рис. 3.31), так как от двигателя 1 до червяка 2 достаточно иметь одну или две зубчатые передачи.

В приводе круговой подачи стола выборка зазора в зацеплении осуществляется за счет осевого перемещения червяка 1 (рис. 3.32, см. также рис. 1.38, а). В посадках зубчатых колес коробки подач 2 предусмотрена выборка зазоров.

Приводы полярной координаты станков токарной группы. Из всех деталей, обрабатываемых на токарных станках в условиях единичного и мелкосерийного производства, до 70 % требуют кроме точения других операций, таких как фрезерование, сверление. Для их реализации часто необходим привод кругового вращения шпинделя с малой (регулируемой) скоростью с дискретностью управления не хуже 0,001° для осуществления контурного фрезерования. Передаточное число такого привода - около 100. В отдельных случаях ограничиваются позиционным управлением (поворотом на требуемый угол) с дискретностью 1...2° (для сверления, зенкерования и др.). К приводу полярной координаты предъявляются требования, аналогичные приводу подач: жесткие и короткие цепи, минимальные зазоры, большая редукция на конечных звеньях и т.п.

Привод подачи

 

Привод подачи

 

Привод подачи

Привод подачи

Привод подачи

На рис. 1.29 показан привод на базе планетарных передач. Особенностью этого привода является использование одного двигателя при работе и в режиме главного движения и круговой подачи. В приводе планшайбы карусельных станков (см. рис. 1.27) применяют два двигателя, но большинство элементов коробки скоростей используется в режиме как главного движения, так и круговой подачи. Желательно иметь блочное исполнение привода полярной координаты токарных станков для установки базового шпиндельного узла в различных модификациях станка. Для включения привода (сцепления со шпинделем) предусматривают механизм перемещения элементов привода, при этом с помощью блокировок исключают возможность одновременного включения коробки скоростей и привода полярной координаты (на рис. 1.29 это обеспечивается самой схемой).

Кинематические схемы приводов полярной координаты (от двигателя М2) токарных станков основаны на отключении привода от шпинделя (рис. 3.33, а) при работе двигателя М1 главного движения.

Привод подачи

На рис. 3.33, б привод размещен на поворотном рычаге 1, перемещаемом гидроцилиндром 2. Для исключения попадания «зуб в зуб» колес 3 и 4 привода используют датчики резьбонарезания, связанные со шпинделем (не показаны), и датчики 5 привода. Крайнее положение поворотного рычага ограничено упорами и конечными выключателями. На рис. 3.33, в отключение и включение привода производится при осевом перемещении колеса 1. Правильное угловое положение колес 1 и 2 при включении обеспечивается датчиком резьбонарезания (не показан) и датчиком 3 привода полярной координаты. При такой схеме шпиндель обычно снабжается тормозным устройством 4 для фиксации шпинделя при работе в режиме позиционирования и для создания режима «подтормаживания» при круговом фрезеровании. На рис. 3.33, г-е используется червячный редуктор, сцепление и расцепление колес 1 и 2 происходит при радиальном перемещении кронштейна 3. На рис. 3.33, д червяк 1 размещен на кронштейне 2, поворачиваемом с помощью гидроцилиндра 3, а на рис. 3.33, е червяк 1 для «сцепления» и «расцепления» перемещается в осевом направлении гидроцилиндром 2.

Привод подачи

На рис. 3.34 показан привод в соответствии со схемой рис. 3.33, г. Кронштейн 3 перемещается радиально по направляющим 4 с помощью гидро- цилиндра 5 (отвод кронштейна пружиной 6), при этом осуществляется сцепление или расцепление колес 1 и 2.

В приводе (рис. 3.35), выполненном по схеме рис. 3.33, е, осевое перемещение кронштейна 3 с червяком 1 производится гидроцилиндром 2. Привод имеет довольно большие размеры.

В механизме углового позиционирования шпинделя, осуществляемого с помощью зубчатого колеса 1 и двух гидроцилиндров 2 и 3 (рис. 3.36), штоки- фиксаторы гидроцилиндров имеют зубья, сдвинутые относительно друг друга (в угловом положении) на 1/2 углового шагa колеса 1. Благодаря этому дискреты углового позиционирования соответствуют удвоенному значению числа зубьев колеса 1.

Привод подачи

Привод подачи

 

Смотрите также