Главная       Продать работу       Заказать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Блог


Обзор аналогов приводов подач металлорежущих станков

Приводы подач станков предназначены для осуществления главного, рабочего и вспомогательных движений. Эти движения могут быть независимыми и строго согласованными, что определяет простые, сложные и разветвленные структуры. Обобщенная структура приводов технологического оборудования включает (рисунок 1.4):

На основе обобщенной структуры, показанной на рисунке 1.4, базируются большинство приводов подач металлорежущих станков [6].

Входными параметрами приводов являются такие характеристики двигателя: мощность, моменты (пусковой, номинальный и максимальный), тяговое усилие, момент инерции ротора, частота (номинальная и максимальная), скорость, максимальные ускорения, постоянные времени (электромагнитная и электромеханическая) и др. Среди них основными являются силовые (энергетические) и скоростные (кинематические) параметры.

Характеристики передаточных механизмов выражаются кинематическими (передаточные отношения, диапазон регулирования частот или подач) и силовыми (КПД, соотношение моментов, мощностей на входе и выходе) зависимостями.

Характеристики преобразовательных механизмов выражаются формулами  преобразования (частот вращения в линейные скорости перемещения и наоборот, моментов в силы и наоборот) с учетом передаточных отношений и КПД.

Выходными параметрами приводов являются  скоростные  параметры перемещения рабочего органа (частота вращения шпинделя, число двойных ходов, скорость, подача, диапазон ее регулирования) и значение внешних рабочих нагрузок (сил и моментов сопротивления), которые могут быть статическими и динамическими в зависимости от режима работы.

На двигатель 1 поступает энергия, которая преобразуется в поступательное или вращательное движение. Параметры движения регулируются устройством управления 5 (УУ). Скорректированные параметры поступают на рабочий орган 4 (РО) через передаточный 2 и преобразовательный 3 механизмы на рабочий орган 4.  Устройство управления вносит изменения и коррективы на  передаточный и преобразовательный механизмы в процессе резания. Обработанные устройством управления параметры могут поступать на рабочий орган напрямую от двигателя. УУ учитывает действия внешних нагрузок, моментов  и сил сопротивления, сравнивает их с заданными параметрами процесса резания и вносит корректировки, тем самым, приближая их к требуемым.

На данном этапе развития машиностроения существует множество различных приводов перемещений, которые можно проклассифицировать по признакам, показанным на рисунке 1.5. В соответствии с описанной классификацией проведем анализ различных приводов на предмет соответствия выдвинутым характеристикам.

Ручные приводы на протяжении многих лет достаточно широко применялись в приводах подач станков.

В настоящее время ручные приводы не удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к станкам. В нашем случае ручной привод не удовлетворяет ни одному из выдвигаемых требований и характеристик. Использование ручных приводов подач в конструкциях высокоскоростных станков недопустимо.

Пневмо- и гидроприводы в настоящее время используются достаточно широко, но при разработке конструкций новых станков их стараются заменять более точными устройствами и механизмами [9]. Принцип действия данных приводов перемещений основан на сжатии воздуха и жидкости. Гидродвигатель или пневмодвигатель нагнетает рабочую среду (жидкость или воздух) в механизм преобразования движения (поршень или другое аналогичное устройство). Нагнетаемое давление приводит в движение шток поршня, передавая тем самым движение исполнительному органу, соединенному со штоком. Регулирование подачи осуществляется путем изменения зазоров в каналах движения рабочей среды [10].

 

Рисунок 1.4 – Обобщенная  структура привода технологического оборудования

Рисунок 1.5 – Классификация  приводов подач металлорежущих станков

Гидро- и пневмоприводы имеют свои характерные преимущества и недостатки. Преимуществами этих типов приводов являются высокая скорость перемещений, достаточная точность позиционирования. Они также обеспечивают минимальный шаг перемещений. Поскольку рабочая среда – жидкость или воздух, износ вследствие трения минимален. Плавность перемещения и рабочих органов в гидро- и пневмоприводах удовлетворяет заданным требованиям. Тяговыми же усилиями эти типы приводов обладают достаточными [11,12].

Недостатками являются большая инерционность при ускорениях и торможениях, а в пневмоприводе, кроме того, возникают проблемы вибраций и колебаний, что недопустимо.

Применение данных типов значительно увеличивает габариты станка. Для этих приводов необходима большая герметичность системы. Поэтому еще одним недостатком является необходимость проведения регулярных мероприятий по проверке и обслуживанию гидросистем, а в случае их отсутствия – ремонт и устранение постоянных утечек масла в гидросистеме. Что касается пневмоприводов, то необходимость идеальной герметичности их систем также является их существенным недостатком.

Поскольку данные конструкции приводов подач лишь частично удовлетворяют заданным характеристикам, они не могут использоваться в конструкции высокоскоростных станков.

Электроприводы подач на данный момент являются наиболее распространенными в станкостроении. Электропривод сходен по устройству с описанными выше  гидро- и пневмоприводами. От электродвигателя движение передается через ряд передаточных механизмов на преобразующий механизм, который связан с рабочим органом. Поскольку существует большое количество различных видов передаточных и преобразующих механизмов, а электродвигатель является обязательной составляющей электропривода подач, то анализ электроприводов проведем именно по наличию тех или иных  передаточных и преобразующих механизмов, входящих в конструкцию привода [13].

В качестве передаточных механизмов в приводах перемещений могут выступать ременные, цепные, зубчатые и другие передачи. Принцип действия данных передач сходен: на валу электродвигателя закреплен шкив (звездочка), который через ремень (цепь), передает движение на второй шкив, связанный с другим передаточным или напрямую с преобразовательным механизмом.

В качестве передаточного механизма или одного из его элементов могут выступать различные муфты, соединяющие двигатель с описанными выше передачами или же напрямую с рабочим органом.

Каждая из передач имеет свои достоинства и недостатки. Следует отметить, что само наличие передаточных механизмов уже снижает общий КПД привода. Ременная, зубчатая, цепная передачи, вследствие наличия  трения между сопрягаемыми деталями, существенно снижают КПД. Возникают температурные деформации, снижающие общую точность обработки. Также большие габариты передач увеличивают общие габариты привода. Применение в конструкциях приводов перемещений редукторов позволяет упростить процесс регулирования подачи, но вместе с тем снижает КПД, снижает точность, усложняет конструкцию и существенно увеличивает габариты привода.

Далее рассмотрим преобразовательные механизмы. В качестве механизмов преобразования движения могут выступать передачи винт-гайка качения, винт-гайка скольжения, червяк-рейка качения,  гидростатическая червячно-реечная передача,  струнный механизм. Струнный механизм не может обеспечить достаточных тяговых усилий, и потому не может быть использован в конструкции станка.

Для преобразования вращательного движения в поступательное применяется шарико-винтовая пара (ШВП, передача винт-гайка качения) [14,15].

Преимуществами приводов с шарико-винтовой парой являются:

Однако наряду с этим, у данных типов приводов есть и много недостатков, а именно:

Анализ ШВП выявил ее преимущества и недостатки, которые мы можем отнести практически ко всем типам приводов, использующим ШВП.

Применение передачи винт-гайка скольжения невозможно при больших частотах вращения, поскольку в ней  вместо трения качения присутствует трение.

 Использование гидростатической червячно-реечной передачи подразумевает под собой наличие в конструкции станка гидросистемы, следовательно, к ее недостаткам можно отнести недостатки, характерные для всех гидросистем. Передачу червяк-рейка качения рекомендуется использовать в приводах тяжелых станков, т. е. ее использование в настольных станках нежелательно.

Новыми разработками являются приводы на основе пьезоэлектродвигателей и линейных электродвигателей [10]. Линейные приводы наиболее полно удовлетворяют выдвигаемым характеристикам (точность позиционирования 5 мкм, скорость подач до 2,5 м/с и т. д.). Пьзоэлектродвигатель может использоваться в прямых приводах, поскольку имеет высокие скоростные характеристики, может отрабатывать малый шаг перемещений.

Рассмотрев узлы и механизмы различных приводов перемещений, мы можем сделать вывод, что большинство из них не удовлетворяет выдвигаемым требованиям, часть приводов удовлетворяет требованиям  частично, поэтому для дальнейшего рассмотрения мы выбираем приводы, наиболее удовлетворяющие выдвигаемым требованиям, - электропривод на основе пьезоелектродвигателя, планарный сервопривод, линейный электропривод.

Электропривод на основе пьезоэлектродвигателя представляет собой прямой (без передаточных механизмов) привод с ШВП, но основное движение обеспечивает не традиционный обычный двигатель, а пьезоэлектрический.

Пьезоэлектрические двигатели являются новым унифицированным элементом привода. В ряде стран разработаны принципиально новые электроприводы на базе кварцевых кристаллов, способные конкурировать с традиционными электродвигателями, использующими электромагнитный принцип. Их принцип действия основан на использовании пьезоэлектрического эффекта, в результате которого ориентированный в определенном направлении кристалл генерирует электрический заряд под воздействием механической деформации. Этот эффект имеет обратную силу, т.е. кристалл деформируется под воздействием внешнего электрического поля.

Пьезоэлектpодвигатель pаботает по пpинципу генеpиpования колебаний на повеpхности пpиводимого в pезонанс вибpостатоpа, который взаимодействует поверхностным соприкосновением с pотоpом под воздействием аксиального давления. Поверхность соприкосновения покрыта специальным веществом. Вибpостатоp совершает колебательные движения за счет размещенных в его нижней части пьезоэлектрических элементов. Кpутящий момент фоpмиpуется за счет установки аналогичных пьезоэлектрических систем возбуждения со сдвигом в 90 гpад. Колебания складываются в pезультиpующий момент вращения, который за счет кинематической связи передается pотоpу. Ротор связан с шарико-винтовой передачей, преобразующей его вращательное движение в поступательное.

Преимущество этого привода состоит в том, что в качестве энергии для вращения ротора используется пьезоэлектрический эффект, привод обеспечивает высокие скоростные характеристики. Поскольку в большинстве своем это экспериментальная модель, требующая доработки, а также сложность  конструкции, ее дороговизна, сложность в обслуживании ограничивают применение привода подач на основе пьезоэлектродвигателя.

Но, тем не менее, оптимизация, дальнейшая разработка и применение таких двигателей в приводах подач станков является перспективным направлением в машиностроении.

Линейный электропривод (рисунок 1.6) [13], представляет собой линейный синхронный мотор, состоящий из подвижной обмотки – якоря и магнитной дороги (статора). Якорь состоит из группы катушек, залитых теплопроводящей смолой. Статор состоит из наклеенных на стальную пластину магнитов. Для нормальной работы мотора воздушный зазор между якорем и статором должен быть 0,9 мм. Усилие передается непосредственно через воздушный зазор, т.е. отсутствует механическая передача. При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника. Как видим, от источника энергии к РО нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, а сразу возможно осуществление главной задачи - продольное движение РО.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что непосредственная связь подвижной части линейного электродвигателя с рабочим органом является большим преимуществом, поскольку потери точности и КПД минимальные, а также практически отсутствует трение между деталями двигателя.

Использование электромагнитной системы позволяет достигнуть высоких скоростей рабочих и установочных перемещений, а также высокой точности позиционирования.

Но, тем не менее, линейный электропривод имеет и ряд недостатков, таких как необходимость поддержания зазора между якорем и статором в строго установленных пределах, остаточный магнетизм, нагрев обмоток и др.

Рисунок 1.6- Линейный синхронный мотор

Планарный сервопривод (рисунок 1.7), является некой разновидностью линейного электропривода. Он представляет замкнутый по положению линейный шаговый привод. Обратная связь по положению осуществляется датчиками Холла. Планарный сервопривод обеспечивает высокую точность позиционирования за счет присутствия обратной связи, осуществляемой с помощью датчика Холла. Вместе с тем он обладает высокими динамическими характеристиками, важными для осуществления высокоскоростной обработки. Планарный сервопривод имеет низкопрофильную конструкцию, что позволяет оптимально уменьшать габариты привода и самого станка.

Планарные сервоприводы [13], могут применяться для обработки малых по размерам и массе деталей в отраслях промышленности, где производится обработка с большой точностью малогабаритных деталей.

Кроме того, данный привод имеет ряд специфических возможностей:

Планарный сервопривод удовлетворяет практически всем выдвигаемым требованиям к приводу подач для высокоскоростного фрезерования. Но есть требования, которые он либо не удовлетворяет, либо удовлетворяет частично. Этот привод имеет малые тяговые усилия, которые ограничивают его применение. Точность, которая обеспечивается этим приводом, недостаточна для выполнения данных требований. В этом приводе присутствуют элементы пневмосистемы, что также усложняет его конструкцию и обслуживание. Зазор между подвижным органом и плитой очень мал, вследствие чего необходимо разрабатывать конструкцию для защиты его от стружки, а также актуальна проблема охлаждения в зоне контакта неподвижной части и перемещающегося рабочего органа, так как в процессе работы имеет место процесс нагрева обмоток. Из описанного выше можно сделать вывод, что планарный сервопривод не может быть использован в качестве привода подач высокоскоростного станка.

Рисунок 1.7- Планарный сервопривод.

Рассмотрев наиболее близкие аналоги и проанализировав соответствие требований к приводу, принимаем за прототип тот тип привода, который максимально удовлетворяет выдвинутым требованиям – линейный   электропривод. Рассмотрим его подробнее.

Принцип линейного двигателя (ЛД) не нов, поскольку прототипом ЛД является простейшая электромагнитная система (рисунок 1.8). Такая система состоит из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки. При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника (рисунок 1.9). Как видим, от источника энергии к РО нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, а сразу возможно осуществление главной задачи - продольное движение РО. На рассмотренном принципе уже десятилетия работают все элементы электроавтоматики, системы электротормозов, системы защиты, специальное оборудование ударного типа и т.д. Громадный опыт использования электромагнитных систем четко выявил их потрясающие достоинства: удивительная простота конструкции и применения, почти мгновенная остановка, мгновенный реверс, сверхбыстрота срабатывания, большие усилия, простота настройки.

Рисунок 1.8 – Электромагнитная  система

Но не было только одного - возможности регулировать скорость РО в электромагнитной системе и обеспечивать тем самым регулируемое поступательное движение РО (сердечника). А без этой возможности применить электромагнитный привод (несмотря на его гениальность), как двигатель в оборудовании, было невозможно. Потребовались многие годы работы ученых и конструкторов в разных странах, прежде чем был достигнут успех.. Так же были попытки создания линейных приводов для металлообрабатывающих станков, но они имели существенные недостатки: создавали сильные магнитные поля, грелись, а главное не обеспечивали равномерности в движении РО.

Рисунок 1.9 – Схема  простейшего линейного электродвигателя

Лишь на пороге нового тысячелетия начался серийный выпуск станков (пока в основном электроэрозионных) с принципиально новыми линейными двигателями, в которых решены все проблемы по обеспечению равномерным движением РО станков со сверхвысокой точностью, с большим диапазоном регулирования скорости, с громадными ускорениями, мгновенным реверсом, с простотой обслуживания и наладки и др. В принципе, конструкция ЛД изменилась не сильно. Двигатель состоит всего из 2  элементов: электромагнитного статора и плоского ротора, между которыми существует лишь воздушный зазор. Третий обязательный элемент – оптическая или другая измерительная линейка с высокой дискретностью (0,1 мкм). Без нее система управления станка не может определить текущие координаты. И статор, и ротор выполнены в виде плоских, легко снимаемых блоков: статор крепится к станине или колонне станка, ротор - к рабочему органу (РО). Ротор элементарно прост: он состоит из ряда прямоугольных сильных (редкоземельных) постоянных магнитов. Закреплены магниты на тонкой плите из специальной высокопрочной керамики, коэффициент температурного расширения которой в два раза меньше чем у гранита. Использование керамики совместно с эффективной системой охлаждения решило многие проблемы линейных приводов, связанные с температурными факторами, с наличием сильных магнитных полей, с жесткостью конструкции и т.п.

 Точная и равномерная подача РО во всем диапазоне скоростей и нагрузок обеспечивается двумя техническими "изюминками":

Как указывалось, и статор, и ротор ЛД предельно простые (рисунок 1.10). Статор исполнен в виде прямоугольного блока и крепится несколькими болтами к несущей конструкции станка. В приводе оси Z - два статора. Они размещены по обе стороны вертикального ползуна. К каждому статору крепятся два патрубка системы охлаждения статора и кабели подвода энергии и управления. Пластина ротора жестко крепится болтами к подвижной каретке (РО ). Так как в приводе оси Z два ЛД, то на каретке крепятся, соответственно, два ротора, каждый напротив своего статора.

Система управления пpиводом содеpжит блоки позициониpования, эл.пpеобpазования, детектиpования и исполнительный элемент. В блоке позициониpования на вход счетчика подается импульсный сигнал задания , а сигнал обpатной связи поступает на вход считывания. Сигнал с выхода счетчика пpеобpазуется в аналоговый сигнал, котоpый является задающим сигналом для pегулятоpа скоpости. Сигналы обpатной связи по положению и скоpости идут от общего датчика. Питание силового подвижного элемента линейного двигателя осуществляется по пpинципу ШИМ с обpатной связью по току нагpузки.

 

   Характе-       ристики

 

 

 

Тип

Привода

Промежуточные элементы

Передача энергии на РО

Потери на трение

Элементы с упругими

деформациями

Элементы, создающие инерционные нагрузки при ускорениях и реверсе

Элементы с температурными

деформациями

Изнашиваемые

части привода

Обязательные зоны для смазки

 

Основные зоны загрязнения (уровень сложности очистки)

Линейные приводы

НЕТ

От ротора на РО

НЕТ

НЕТ

Плоский ротор привода в поступательном движении

НЕТ

НЕТ

НЕТ

Зазор между

статором и плоским

ротора (просто)

Приводы на основе ШВП

Ротор, вал, шкив, винт, ремень, шарики, гайка

От статора электро-двигате-ля на ротор, через вал ротора на шкив, на ходовой винт, на шарики гайки, на гайку и на РО

Подшип-ники

ротора, ременная передача, подшип-ники ходового винта, плоскос-ти профиля канавки гайки

Вал ротора, ремень шкива, вал винта, плоскости профиля канавки винта, шарики, плоскости профиля канавки гайки

Вращающийся ротор, вал ротора, внутренние кольца подшипников вала,  ротора, шкивы, ремень, подшипники винта, винт, гайка и шарики в поступательном движении

Ротор двигателя, вал ротора, подшипники ротора, шкив, ремень, шкив, подшипники винта, винт, шарики, гайка

Подшип-ники вала ротора двигате-ля, подшип-ники ходового винта, ШВП-гайка 

Под-шип-ники рото-ра, под-шип-ники винта, зона ШВП

Подшипники

вала ротора двигателя, подшипники ходового винта, ШВП-гайка

Рисунок 1.10 – Модернизированная конструкция ЛД

Можно выделить следующие преимущества ЛД:

Данные, приведенные в таблице 1.2, говорят о том, что применение этих двигателей полностью удовлетворяет требования к приводу подач для высокоскоростного фрезерования. Однако, несмотря на большинство приведенных преимуществ линейных приводов по отношению к традиционным приводам, они имеют и ряд серьезных недостатков:

Серьезным недостатком является необходимость стабильности зазора между сердечником и магнитной дорогой и защита этого зазора от попадания стружки. Вследствие нагрева обмоток возникает проблема их охлаждения. Поскольку высокоскоростная обработка обуславливает высокие температуры в зоне резания и нагрев инструмента до высоких температур, необходимо применение СОЖ. Тогда возникает вопрос защиты элементов двигателя от попадания жидкости. В связи с этими проблемами, а также в связи со сложностью проектирования и изготовления линейных двигателей, линейные приводы, на данный момент, не получили широкого распространения.

В настоящее время широко исследуется проблема магнитной подушки в линейном электродвигателе. Суть ее состоит в том, что поскольку в линейном двигателе трение практически равно нулю, следовательно, для реализации данного преимущества необходимо обеспечить такую магнитную силу, которая бы удерживала подвижный сердечник без соприкосновения с поверхностями магнитной дороги [13].

В настоящее время разработаны  линейные приводы, которые будут взаимозаменяемы с ШВП соответствующего типоразмера. Внешне новый электродвигатель напоминает шарико-винтовую пару. Однако вместо ходового винта здесь - гладкий трубчатый шток со встроенными постоянными магнитами, а "аналог" шариковой гайки в данном случае представляет собой корпус с сердечником и обмоткой. Внешнее сходство с шарико-винтовой передачей не случайно. Оба устройства при необходимости могут иметь одинаковые присоединительные размеры. Тем самым решается проблема необходимости существенного изменения конструкции станка при замене традиционного привода линейных перемещений на линейный электропривод. Более того, для питания и управления новым линейным электродвигателем можно использовать практически любой из существующих промышленных сервоусилителей с соответствующим устройством управления, рассчитанный на работу с обычными трехфазными безщеточными серводвигателями, так как новые линейные электродвигатели с ними "электрически идентичны". В дальнейшем, по мере освоения  применения ЛД, с целью модернизации и улучшения качественных показателей и характеристик станков возможна замена ШВП на ЛД.

Применение линейных приводов в области металлообработки является перспективным направлением в машиностроении. 

Для выполнения поставленных требований в качестве привода подач для высокоскоростного фрезерования может быть предложен непосредственный сервопривод на основе серводвигателя и прецизионной шарико-винтовой пары. Несмотря на все недостатки применения шарико-винтовых пар, они до сих пор, благодаря своей простоте и широкому спектру применения  успешно применяются в приводах подач металлорежущих станков. Необходимость повышения производительности, уровня автоматизации и обеспечения гарантированных высоких точностных параметров технологического оборудования определило повышенные требования к исполнительным устройствам и в первую очередь к устройствам координатных перемещений. Анализ применяемых в настоящее время координатных устройств показал, что они не обеспечивают одновременно высокого быстродействия, точности фиксации координат и сохранность исходных метрологических характеристик при длительной эксплуатации. Кроме того, применение в них сложных кинематических схем требует индивидуального конструирования автоматов различного технологического назначения, и, следовательно, не позволяет перейти к блочно-модульному построению координатных устройств. Это приводит к выводу о необходимости упрощения кинематических схем механизмов координатных перемещений. Число механических передаточных узлов в них значительно сокращается при использовании непосредственного сервопривода.

Сервопривод является частью сервосистемы. Сервосистема представляет собой высокоточную систему управления движением какого-либо исполнительного устройства, в качестве которого обычно выступает электродвигатель. Электрический привод – устройство, на входе принимающее сигналы от сервоконтроллера и сигналы обратной связи по скорости/положению с вала двигателя, определяющее на их основе рассогласование желаемого и действительного сигналов и формирующее на выходе, куда непосредственно подключен электродвигатель, напряжение и ток нужной величины. Сервоконтроллер представляет собой микропроцессорное устройство, способное управлять движением в реальном масштабе времени: может быть одно- или многоосевым (то есть может управлять движением одной или нескольких осей одновременно). Датчик обратной связи вырабатывает сигналы, которые несут в себе в закодированной форме информацию об угловом положении, скорости, направлении вращения вала двигателя.

Приведение в движение рабочих органов станка осуществляется передачей вращательного движения от высокоточного электродвигателя на прецизионную шарико-винтовую пару (рисунок 1.11), к гайке которой крепится рабочий орган станка. Непосредственная передача движения (Direct Drive) от двигателя к ШВП позволяет избавиться от одного из недостатков традиционных электроприводов - наличия промежуточных элементов в передаче движения, и тем самым повысить точность перемещений. Вследствие отсутствия промежуточных элементов уменьшаются габариты привода [10].

Применение сервопривода и прецизионной шарико-винтовой пары позволяют решить проблему точности, характерную для большинства приводов.

Рисунок 1.11 – Схема   шарико-винтовой пары

Применение прецизионных ШВП (рисунок 1.12), даёт возможность создать экономичные, надёжные, высокопроизводительные механизмы благодаря следующим качествам:

Рисунок 1.12 – Прецизионная  шарико-винтовая пара

Указанные преимущества обеспечиваются за счет:

Привод перемещений на основе прямого привода с преобразовательным механизмом в виде передачи винт-гайка качения наиболее полно удовлетворяет выдвинутым характеристикам.

Таким образом, в качестве привода подач проектируемого высокоскоростного фрезерного станка выбран электропривод прямого действия на основе ШВП.




Комментарии