Приводы главного движения станков с ЧПУ

В главном приводе необходимо использовать всю мощность двигателя в большом диапазоне частот вращения шпинделя. Работа шпинделя в большую часть времени производится на постоянной заданной частоте вращения, с большими моментами инерции, во много раз превышающие собственные инерции двигателей.

Приводы главного движения с асинхронными двигателями, как правило, используют с переключаемыми коробками скоростей для того, чтобы можно было использовать максимальную мощ­ность двигателя во всем диапазоне частоты вращения шпинделя. Если диапазон вращения шпинделя велик, конструкция коробки скоростей усложняется. Применение асинхронных двигателей с электрическим переключением частоты вращения (две, три, а иногда и четыре) значительно упрощает конструкцию коробки скоростей. Однако у асинхронных двигателей с переключением частоты вращения ротора вращающий момент постоянен на раз­личных диапазонах, что приводит к снижению мощности при уменьшении частоты вращения.

В связи с этим применение двигателей постоянного тока, частота вращения якоря которых может увеличиваться в 3−4 раза при постоянной мощности путем регулирования поля возбуждения, оказывается более предпочтительным, так как значительно упрощает коробку скоростей, являющуюся весьма сложным узлом. В этом случае коробка может иметь всего три–четыре ступени, а иногда и две.

Так как двигатели главного движения должны обеспечивать постоянную заданную частоту вращения при изменении нагрузки в широких пределах, происходящем, например, вследствие изме­нения припуска на обработку, то они должны иметь механическую характеристику, которая не должна существенно изменяться при ослаблении поля, иначе возможна неустойчивая работа привода. Это объясняется тем, что при уменьшении по какой-либо причине частоты вращения будет увеличиваться толщина стружки, а сле­довательно, и нагрузка на двигатель при той же скорости движе­ния подачи. Увеличение нагрузки приводит к дальнейшему сни­жению частоты вращения вплоть до полной остановки главного привода, сопровождающейся часто поломкой инструмента или даже авариями, если приводы подач запаздывают с отключением при резком увеличении нагрузки на главный привод.

Особенностью работы главных приводов является также их работа при инерционных моментах нагрузки, значительно изме­няющихся вследствие переключения коробок скоростей. Это создает определенные трудности в стабилизации приводов при замыкании обратной связью по угловому положению, что часто необходимо при ориентации шпинделя двигателем, требуемой в станках с автоматической сменой инструмента.

Конструкция шпиндельной группы должна быть такой, чтобы наряду с выполнением комплекса технологических команд дости­галось сохранение точности вращения шпинделя (исключающее осевое и торцовое биение), а также суммарной жесткости всей группы с входящими узлами для предотвращения деформирования.

Шпиндельные группы по функциональным признакам могут быть классифицированы по следующей схеме (табл. 1): по уровню частот вращения

шпинделя, виду привода главного движения и компоновке шпин­дельной группы.

Таблица 1

Классификация шпиндельных групп станков с ЧПУ

Основные признаки	Частота вращения шпинделя, об/мин
Нормальная до 3000	повышенная 4000 – 6000	высокая 6000 – 20 000	сверхвысокая 20 000 – 60 000
Вид привода	С нерегулируемым асинхрон­ным электроприводом	С регули-руемым электро-приводом с тиристор-ным регу- лированием	С гидро-приводом с объемным регулированием	С электропри­водом с частотным регулированием	С электроприводом с частотным регулированием
Компо­новка шпиндельной группы	Встроенная в коробку скоро­стей (пиноль руч­ного перемеще­ния) или в электродвигатель (без пиноли)	Отделенная от коробки скоростей	Встроенная в электродвигатель

Приводы подач станков с ЧПУ

В современных станках с ЧПУ применяются различные структурные схемы приводов подач. Схема с жесткой связью электродвигателя ходового винта изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема привода:

1 - электродвигатель; 2 – муфта; 3 −передача винт-гайка качения; 4 – винт

Схема с одноступенчатым редуктором и выборкой зазора в зубчатом зацеплении рассмотрена на рис. 2.

Рис. 2. Схема привода с редуктором:

1 − электродвигатель; 2 − зубчатая передача; 3 − винтовая передача

Схема с применением беззазорной червячной и реечной передач изображена на рис. 3.

Рис. 3. Схема привода с червячной и реечной передачами:

1 − электродвигатель; 2 − червячная передача; 3 − реечная передача

Как видно из приведенных схем, станки с ЧПУ имеют короткие кинематические схемы приводов подач, обеспечивающие более точную работу последних. Это стало возможным при применении специальных узлов и механизмов, имеющих свои отличительные особенности.