Файл: Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие.pdf

лись приводы дроссельного управления. В настоящее время в приводах подач станков с ЧПУ применяют гидро­ передачи объемного управления, которые имеют более высокий к. п. д., чем привод дроссельного управления; нагрев рабочей жидкости при использовании привода объемного управления меньше, более плавно обеспечи­ вается реверсирование и торможение гидродвигателя. Такая гидропередача позволяет проще программировать не только скорость выходного вала гидропередачи, но и ускорения.

Для обеспечения нормальной эксплуатации станков

сследящей гидросистемой необходимо знать ее недостатки

ивлияние этих недостатков на работу системы.

На работу гидропередачи влияет упругость механи­ ческих и гидравлических звеньев системы. При устано­ вившихся давлениях в гидросистеме и скоростях рабочего органа станка в кинематической цепи не изменяются де­ формации, однако при динамических нагрузках, напри­ мер, при резании, в переходных процессах при скачко­ образном изменении скорости движения рабочего органа наблюдаются явления, связанные с податливостью эле­ ментов передачи за счет скручивания валов, деформации зубчатых колес, сжимаемости, что является основной причиной появления вибрации рабочей жидкости и сни­ жения точности слежения системы.

При трогании с места рабочих органов станка необ­ ходимо до начала движения компенсировать утечки и за­ полнить (либо пополнить) открывающиеся полости гид­ ропередачи подачей в них количества жидкости, необ­ ходимого для компенсации уменьшенного объема жидкости. Для подачи необходимого объема жидкости в гидропередачи требуется время. Это время запазды­ вания увеличивает нечувствительность системы, умень­ шает ее точность слежения и устойчивость и увеличивает рассогласование между возмущающим сигналом и отра­ боткой его рабочим органом станка. При наличии еще упругих механических звеньев в такой передаче это увеличивает еще больше время запаздывания.

Податливость системы увеличивается при наличии в жидкости нерастворенного воздуха особенно при малых давлениях, когда сжимаемость рабочей жидкости увели­ чивается.

Утечки в системе увеличивают ее демпфирование, но одновременно они замедляют реагирование системы,

78

Повышение давления жидкости в системе за счет не­ правильной регулировки клапанов увеличивает тяговую силу, скорость вращения гидродвигателей, точность слеже­ ния и мощность гидравлической системы, но в то же время увеличение давления уменьшает устойчивость системы, увеличивает утечки, снижает долговечность и надежность насосов и гидродвигателей, увеличивает силы трения и силы реакции струи жидкости в золотниках.

Особенностью гидромоторов при дроссельном регули­ ровании является зависимость момента трогания от угло­ вого положения его вала. Как показывают эксперимен­ тальные данные, при изменении угла поворота вала гид­ ромотора наблюдаются пики перепада давления, коли­ чество которых зависит от числа поршней в гидродвига­ теле. Перепад давления при трогании меняется в зависи­ мости от угла поворота вала гидродвигателя приблизи­ тельно на 20%.

Большое значение имеют характеристики клапанов, устанавливаемых в гидроаппаратуре станка. Стандарт­ ные клапаны, применяемые в станкостроении, из-за негерметичности и больших утечек не могут обеспечить в гидросистемах станков с ЧПУ широкий диапазон устой­ чивых скоростей рабочих подач. При низких скоростях масло, поступающее в гидросистему малыми порциями, в основном идет на покрытие утечек.

Шаговые двигатели. С развитием импульсных систем в станках с ЧПУ широкое применение в качестве испол­ нительных и управляющих элементов получили шаговые двигатели, которые совместно с полупроводниковым уп­ равлением можно рассматривать как систему частотного регулирования синхронного электродвигателя с приме­ нением фиксации углового положения неподвижного ро­ тора (частота меняется от нуля). Вопросы теории и рас­ чета систем с шаговыми двигателями подробно освещены в литературе [2, 6, 11].

Разработанные ЭНИМСом шаговые двигатели приме­ няются в качестве серводвигателей совместно с гидро­ усилителями моментов в станках типа 6Н13-ГЭ2, ГФ-770, ФП-4, 1К62-ФЗ и др., а также в лентопротяжных меха­ низмах станков с фазовой системой управления.

79

тельно меньший угол ф'. Таким образом, при последова­ тельном переключении обмоток скорость вращения оси поля в несколько раз больше, чем скорость вращения ротора.

Рассмотрим недостатки, свойственные всем разрабо­ танным шаговым двигателям.

За счет неточного изготовления зубцов ротора и ста­ тора появляется ошибка по углу поворота. В выпускае­

Отклонения от синхронизма, изменяющиеся с частотой вращения вала, вызываются эксцентриситетом ротора от­ носительно расточки статора и появлением радиальных люфтов в подшипниках или вследствие перекосов, воз­ никающих при неправильной сборке двигателей, а также за счет износа посадочных мест подшипников.

Степень устойчивости шагового двигателя, т. е. его способность работать без потери шагов, что совершенно необходимо в системах станков без обратных связей, опре­ деляется поведением двигателя в режиме переключения. Если управляющий импульс переключает обмотки управ­ ления в момент, когда ротор в процессе свободных коле­ баний, находясь около исходной точки устойчивого равно­ весия, отклонился в сторону, обратную направлению вра­ щения, больше чем на полшага, то ротор оказывается

80

вне зоны устойчивости. Ротор переместится в направлении ближайшей точки устойчивого равновесия, т. е. назад. Происходит опрокидывание или сбой шагового двигателя. При поступлении следующих тактовых импульсов может наступить режим хаотических движений ротора. Наиболее опасным, с точки зрения сбоя режима шагового двига­ теля, является состояние ненагруженного двигателя, когда амплитуда свободных колебаний ротора макси­ мальна.

Шаговые двигатели при холостом ходе теряют устой­ чивость на некоторых частотах, называемых резонансными; это явление наступает при неправильной регулировке демпферов или изменении электрических параметров управления шагового двигателя.

С устойчивостью тесно связано понятие о частоте при­ емистости шагового двигателя, под которой понимается максимальный перепад частот следования управляющих импульсов, при которых ротор шагового двигателя втя­ гивается в синхронизм без потери шага (импульса). При­ емистость шагового двигателя является одним из основ­ ных факторов качества двигателя и зависит от момента инерции вращающихся частей, схемы управления, ве­ личины нагрузки и режима работы. Если для шагового двигателя типа ШД-4 приемистость при шеститактной схеме управления при безынерционной нагрузке состав­ ляет 800 Гц, то при увеличе­ нии нагрузки в процессе экс­ плуатации двигателя в станках с ЧПУ и трения в золотнике гидроусилителя его приемис­ тость будет падать. На рис. 36 приведена характеристика зоны приемистости в функции момен­ та инерции нагрузки, снятая при шеститактной схеме управ­ ления и шестикратной форси­

81

гателя, поэтому применяют демпфирование. В шаговом дви­ гателе ШД-4 демпфирование осуществлено механической нагрузкой (рис. 37). Вал ротора шагового двигателя 1 нагружен пружиной 6, расположенной в направляющей втулке 7, через шарик 2 и опорную шайбу 3. Сила нагрузки регулируется пружиной и винтом 4, для предотвращения закручивания пружины со стороны винта установлена фасонная шайба 5. Недостатком такого типа демпфиро­ вания является то, что при вращении вала ротора в одну сторону пружина работает на скручивание, при вращении вала в другую сторону — на раскручивание. Попадание пыли и смазки изменяет условия демпфирования.

С увеличением частоты следования управляющих им­ пульсов среднее значение синхронизирующего момента на валу шагового двигателя падает. Это объясняется тем, что э. д. с. самоиндукции становятся соизмеримыми с на­ пряжением источника питания и ток в обмотках управле­ ния за время такта не успевает нарастать до установив­ шегося значения. Механическая характеристика шагового двигателя, дающая зависимость среднего значения син­ хронизирующего момента на валу двигателя от частоты следования управляющих импульсов, имеет резко выра­ женный падающий характер; эта характеристика изобра­ жена на рис. 38. Точка А на характеристике определяет предельное значение частоты управления шаговым дви­ гателем. Для двигателя ШД-4 предельная частота 800 Гц. Новые двигатели модели ШД-5Д имеют приемистость

82

2000 Гц и могут при плавном разгоне отрабатывать ча­ стоту не менее 8000 Гц.

Электродвигатели. Основной особенностью электро­ двигателей постоянного тока, применяемых в следящих приводах станков с ЧПУ, является весьма широкий и плавный диапазон регулирования скоростей с переме­ ной направления вращения. Выпуск двигателей постоян­ ного тока с малой инерцией и высокими перегрузочными свойствами, наряду с высоким быстродействием тири­ сторных электроприводов, обеспечивает усиленную кон­ куренцию с гидроприводом в станках с ЧПУ.

Тиристорные электроприводы серии ПТ на базе дви­ гателей ПБСТ и тиристорных преобразователей с тран­ зисторным управлением обеспечивают высокую стабиль­ ность скорости при изменении нагрузки, напряжения сети, температуры окружающей среды и высокое быстро­ действие при переходных процессах.

Для питания якорных цепей электродвигателей и об­ моток возбуждения электрических машин наибольшее распространение нашли тиристорные преобразователи с трехфазным двухполупериодным выпрямлением. Выбор этих схем определен оптимальным соотношением между величинами обратного и прямого напряжения на венти­ лях и питающим напряжением.

Силовой привод, применяемый на станках с ЧПУ типа 6М13-НГ1, комплектуется серийно выпускаемыми элек­ троприводами серии ПТЗР, оснащенными тиристорными преобразователями и другими устройствами, позволяю­ щими изменять скорость рабочих органов станка в диа­ пазоне от 1000 : 1 до 2000 : 1. В качестве двигателей в ПТЗР применены электродвигатели серии ПБСТ-23 мощностью 0,55 и 0,85 кВт.

Тиристорный электропривод серии ПТЗР представ­ ляет собой систему автоматического регулирования, охва­ ченную отрицательной обратной связью по скорости. Структурная схема электропривода приведена на рис. 39, а.

Работа электропривода осуществляется следующим об­ разом. Сигнал от системы ЧПУ алгебраически сумми­ руется в корректирующем звене / с сигналом обратной связи, приходящим от тахогенератора 6. Усиленный сиг­ нал постоянного тока с выхода корректирующего звена накладывается на пилообразное напряжение, формируе­ мое блоком пилообразных напряжений 2. Пилообразное напряжение служит для фиксации моментов формирова-

83