Станкостроительные заводы изготавливают большой спектр металлообрабатывающих станков самого различного назначения: гибочные станки, заточные станки, лазерной резки и сварки, обрабатывающие центры, пильные, плазменной резки, раскатные, расточные, резьбонарезные, сверлильные, станки с ЧПУ, строгальные, токарные, фрезерные, шлифовальные, штамповочные и ковочные, разнообразные специализированные станки. Современное станкостроение позволяет выпускать даже станки 5Д, которые позволяют изготавливать сложнейшие детали на одном станке.читать далее ... (развернуть/свернуть полный текст)
Поскольку все большее значение приобретают станки с ЧПУ в том числе 3Д и выше рассмотрим некоторые аспекты их функционирования.
Станки с ЧПУ широко внедряются в производство, непрерывно растет их выпуск, совершенствуется качество и расширяются технологические возможности. Многие станкостроительные заводы полностью перешли на выпуск только станков с ЧПУ и роботов.
Большинство станкостроительных компаний мира демонстрируют на промышленных выставках только станки с ЧПУ, роботы с ЧПУ, роботизированные комплексы и гибкие производственные модули и системы, состоящие из станков с ЧПУ, роботов, погрузочно-разгрузочных систем, автоматизированных складов с управлением от ЭВМ. Столь бурное развитие производства и внедрения станков с ЧПУ обусловлено их существенными преимуществами по сравнению с универсальными станками. К этим преимуществам относятся: возможность обработки объемных деталей сложной формы; постоянство качества обработки; существенное повышение производительности труда; экономия рабочей силы, особенно квалифицированной; возможность автоматизации производства и создание гибких производственных систем.
Станки с ЧПУ отличаются от универсальных станков не только применением систем ЧПУ и датчиков положения, но также и конструктивно.
В станках с ЧПУ конструкция выполняется более жесткой, сокращены и упрощены кинематические цепи. В механизмах главного движения, как правило, применяется электромеханическое регулирование скорости с двух-трехступенчатой коробкой скоростей и широкорегулируемыми электроприводами. В большинстве станков применение только электрического регулирования не обеспечивает нужных технологических режимов ввиду ограниченности диапазона регулирования при постоянной мощности; однако в ряде моделей станков небольшой и средней мощности уже находит применение чисто электрическое регулирование главного привода, в частности так называемый мотор-шпиндель, представляющий собой электромеханическое устройство, объединяющее в себе шпиндельный узел и электродвигатель.
В станках средних размеров электродвигатели подачи устанавливаются непосредственно на ходовой винт, в станках малых и больших размеров электродвигатели подачи часто устанавливаются на ходовой винт через одноступенчатую зубчатую либо ременную передачу, что позволяет снизить момент на валу двигателя и уменьшить его габаритные размеры. Иногда двигатели устанавливаются через передачу 1 : 1 по конструктивным соображениям удобства встройки его в механизм станка.
Упрощение кинематики станков с ЧПУ стало возможным благодаря применению большого числа независимых регулируемых электроприводов, увеличению их установленных мощностей и моментов.
Расширение технологических возможностей станков с ЧПУ, создание многоцелевых станков стало возможным как за счет применения специализированных систем ЧПУ и необходимых измерительных устройств, так и за счет расширения диапазонов регулирования, быстродействия и точности установленных электроприводов.
Значительное расширение и усложнение электрической и электронной частей станков с ЧПУ потребовало не только повышения требований к надежности этих комплектующих изделий, но также и применения специальных диагностических устройств, обеспечивающих оперативный контроль и ремонт оборудования.
Классификация приводов станков с ЧПУ в промышленном станкостроении
Привод включает в себя механические, электрические, гидравлические, электронные и другие узлы, обеспечивающие движение рабочего органа станка. В зависимости от назначения различают приводы главного движения, подач и вспомогательные приводы.
Главный привод непосредственно обеспечивает процесс резания.
Приводы подач обеспечивают перемещение заготовки или режущего инструмента в зоне резания.
Вспомогательные приводы обеспечивают вспомогательные перемещения заготовок, деталей, режущего инструмента, вращение инструментальных магазинов, поворотных и наклонных столов, движение палет, тележек, перегружателей, подачу СОЖ и емазки, вентиляцию и т. д.
В соответствии с назначением к каждому приводу предъявляются различные конкретные требования.
Для главного привода требуется регулирование примерно с постоянной мощностью (Р=const), так как силовое резание выполняется при меньших частотах вращения шпинделя, а при высоких частотах вращения шпинделя производится чистовая обработка с меньшими усилиями резания. Анализ технологических режимов станков различных групп показывает, что диапазон регулирования частот вращения шпинделя не превышает D=100. При наличии режима ориентации шпинделя диапазон регулирования расширяется до D>1000. Однако требуемая мощность привода при ориентации незначительна и существенно меньше мощности резания.
Для привода подач требуется регулирование в основном с постоянным моментом. В механизмах подач основное усилие затрачивается на преодоление сил трения при перемещении узла станка. Приводы подач должны обеспечивать сверхширокий диапазон регулирования 10000, так как в станках с ЧПУ минимальная подача определяется дискретностью управления и обратной связи. Только при отработке приводом каждой дискреты могут быть обеспечены высокая точность и малая шероховатость при обработке. Кроме того, приводы подач должны иметь высокие скорости быстрого хода и высокое быстродействие при разгоне-торможении и при сбросе-набросе нагрузки.
Вспомогательные приводы не участвуют в процессе резания. В этих приводах не требуется широкого диапазона регулирования, не всегда требуется высокое быстродействие, часто необходимы плавный разгон и торможение.
В поворотных устройствах (магазинах, столах) с большим собственным моментом инерции и невысоким передаточным отношением, когда приведенный к валу двигателя момент инерции механизма значительно превышает собственный момент инерции двигателя, основное усилие затрачивается в переходных режимах на разгон и торможение маховых масс, при установившемся движении нагрузка на привод в этих режимах близка к холостому ходу. Режим работы вспомогательных приводов, как правило, повторно-кратковременный.
В рассмотренных механизмах станков с ЧПУ, которые производятся станкостроением, могут быть применены различные виды приводов: механический, гидравлический, пневматический и электрический.
Механический привод - довольно громоздкий, он не обеспечивает плавности регулирования, создает повышенный шум, усложняет и утяжеляет конструкцию станка, затрудняет сборку, ремонт и обслуживание станка. Однако при помощи механического привода легко выполнить регулирование с постоянной мощностью во всем диапазоне регулирования, поэтому механический привод до сих пор сохраняется в механизмах главного движения станков с ЧПУ. Даже там, где применяются регулируемые электроприводы в механизмах главного движения, в большинстве станки сохраняют двух-трех-ступенчатую коробку скоростей.
Гидравлический привод обеспечивает регулирование в широком диапазоне, не требует преобразования вращательного движения в поступательное в механизмах подач, имеет высокое быстродействие и достаточно малые габаритные размеры двигателя, однако требуемая для гидропривода гидростанция имеет большие габаритные размеры, создает повышенный шум. Кроме того, гидроприводу сопутствуют течи в маслопроводах. Гидроприводы нуждаются в тщательном уходе. Гидродвигатели имеют ограниченные мощности и моменты. В силу своих эксплуатационных недостатков гидроприводы в станках с ЧПУ повсеместно вытесняются электроприводами, более простыми в изготовлении и обслуживании.
Пневматический привод применяется только в механизмах станков с малыми усилиями и в роботах.
Электрический привод обеспечивает удобство регулирования скорости в широком диапазоне с высокой точностью и быстродействием. Электродвигатели постоянного и переменного тока, выпускаемые промышленностью, имеют широкий ряд мощностей, моментов и скоростей. Электроприводы технологичны в изготовлении, достаточно просты и надежны в эксплуатации. Подавляющее количество современных станков оборудованны именно такими двигателями.
Классификация регулируемых электродвигателей, применяемых в современном станкостроении
Регулируемый электропривод - это электромеханическая система, обеспечивающая изменение скорости в заданном диапазоне регулирования с определенной точностью и быстродействием. В состав электропривода входят: электродвигатель; силовой преобразователь, питающий электродвигатель; регуляторы, обеспечивающие требуемое качество регулирования; датчики обратных связей.
Электроприводы классифицируются: по назначению - главного движения, подач и вспомогательные;
по способу регулирования - с постоянным моментом, с постоянной мощностью, двухзонные;
по роду тока исполнительного двигателя - постоянного и переменного тока;
по схеме силового преобразователя - управляемые выпрямители (одно- и многофазные), широтно-импульс-ные преобразователи;
по структуре системы автоматического регулирования- одноконтурные и многоконтурные;
по способу управления - аналоговые (с аналоговым задатчиком и аналоговым датчиком основной обратной связи), цифро-аналоговые (с цифровым задатчиком, цифровым датчиком основной обратной связи и аналоговыми регуляторами), цифровые (с цифровыми задатчиками, датчиками обратных связей и цифровым формированием закона управления скоростью двигателя).
Основными параметрами, по которым выбирают электропривод и сравнивают электроприводы между собой, являются:
номинальный вращающий момент на валу электродвигателя
номинальная механическая мощность на валу электродвигателя Рном;
номинальная угловая скорость wном (nном); максимальная угловая скорость wтах; диапазон регулирования - отношение максимальной скорости к минимальной, при которой сохраняются все параметры электропривода по стабильности при изменении нагрузки, напряжения сети, температуры окружающей среды, реверсе двигателя и по неравномерности вращения,
чувствительность - минимальный сигнал управления, отрабатываемый электроприводом (в следящем приводе станка с ЧПУ этот сигнал должен быть меньше напряжения управления, соответствующего одной дискрете);
перегрузочная способность в установившемся и переходном режимах,
динамические характеристики по управляющему воздействию - времена пуска и торможения tn, tт и по нагрузке - время восстановления скорости tB и динамическое изменение скорости Aw;
энергетические характеристики: КПД n и коэффициент мощности;
удельные массогабаритные показатели - Р/т, кВт/кг; P/V, кВт/дм3, М/m, Н-м/кг; M/V, Н-м/дм3;
надежность - наработка на отказ, вероятность безотказной работы, срок службы, ремонтопригодность;
стоимость и экономичность обслуживания. Механические и электрические параметры электропривода постоянного тока связаны между собой известными соотношениями, математически описывающими различные способы регулирования скорости.
Регулирование скорости двигателя постоянного тока производится изменением двух электрических параметров - напряжения на якоре и потока возбуждения.
В зоне I скорость регулируется от wНом до 0 изменением напряжения на якоре от Uном до 0 при постоянном предельном моменте и снижении мощности пропорционально СКОрОСТИ ОТ Рном ДО 0. Поток возбуждения номинальный.
В зоне II скорость регулируется от wном до wmax ослаблением магнитного потока при постоянной предельной мощности и снижении вращающего момента с ростом скорости. Напряжение на якоре остается почти постоянным.
В зоне I и II привод может длительно работать с номинальным током.
В зоне III регулирование возможно при дальнейшем ослаблении магнитного потока и снижении тока якоря. В этой зоне происходит дальнейшее снижение вращающего момента и мощности двигателя.
Физически электродвигатель является механизмом постоянного момента и регулировать его скорость можно только либо с номинальным предельным моментом, определяемым номинальным током якоря, номинальным потоком возбуждения и габаритными размерами электродвигателя, либо с моментом, меньшим номинального, за счет ослабления потока возбуждения и снижения тока якоря. Регулирование с постоянной мощностью в зоне II получается автоматически, так как по мере ослабления потока возбуждения падает вращающий момент и пропорционально растет скорость.
Требования к электроприводам станков, выпускающихся станкостроительными заводами
Требования к электроприводам определяются технологией обработки, конструктивными особенностями станка, режущим инструментом, функциональными возможностями системы ЧПУ.
Основные технологические требования заключаются в обеспечении: необходимых технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента; максимальной производительности; требуемой точности обработки; высокой чистоты обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости); повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии (стабильности).
При всем многообразии станков требования, предъявляемые к приводам станков, определяются, главным образом, не тем, к какой группе относится станок, а для какого движения предназначен привод: главного движения, подачи или вспомогательного, так как именно это определяет мощность и момент, способ регулирования скорости, диапазоны регулирования, необходимую плавность регулирования, требования к динамическим характеристикам, к жесткости механических характеристик и стабильности скорости.
Расширение технологических возможностей станков, и в первую очередь многоцелевых станков (обрабатывающих центров), обеспечило возможность проведения на одном станке различных технологических режимов: фрезерование, сверление и растачивание или точение, сверление и растачивание и т.д., а освоение нового твердосплавного и керамического инструмента существенно повысило режимы обработки.
Расширение технологических режимов обработки на одном станке с использованием современного режущего инструмента привело к усложнению установленных электроприводов, увеличению установленной мощности двигателя главного движения, вращающих моментов двигателей подач, расширению диапазонов регулирования скорости главного привода, рабочих подач и установочных перемещений, увеличению быстродействия всех приводов при управляющем и возмущающем воздействиях, ужесточению требований к стабильности и равномерности вращения электродвигателей всех приводов.
Требование повышения производительности также привело к увеличению мощности и максимальной скорости привода главного движения; к увеличению скорости быстрого хода приводов подач; увеличению максимальных рабочих подач; снижению времен разгона и торможения, позиционирования приводов подач и вспомогательных перемещений и ориентации шпинделя.
Удовлетворение требованиям снижения шероховатости и повышения точности при обработке и позиционировании ужесточило требования к электроприводам по значению погрешностей в установившихся и переходных режимах при различных возмущающих воздействиях, по расширению диапазона регулирования и увеличению чувствительности электроприводов по входному воздействию и нагрузке, по повышению равномерности движения, особенно при малых скоростях, по увеличению быстродействия при возмущении по нагрузке и при реверсе под нагрузкой на малой скорости.
Для обеспечения повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии и высокой точности позиционирования необходимо иметь высокостабильный привод с высокой равномерностью перемещения и апериодическим переходным процессом при изменении скорости.
Очень важным требованием к электроприводам станков с ЧПУ, особенно при их работе в автоматизированном производстве, является обеспечение их высокой надежности как относительно сохранения параметров, так и безаварийности и ремонтопригодности. Повышению надежности работы электроприводов в значительной степени способствуют наличие технологических запасов по параметрам отдельных электронных элементов и схемным решениям, корректный монтаж электрооборудования, своевременное проведение профилактических мероприятий и установка необходимой системы диагностики, позволяющей быстро определять и устранять неисправности.
Появление низкоскоростных высокомоментных двигателей умеренных габаритов позволило существенно сократить механическую часть коробки подач, а в ряде случаев полностью ее исключить, установив исполнительный двигатель непосредственно на ходовой винт.
Исключение коробки подач привело к повышению мощности механической передачи, повышению КПД и снижению момента инерции электромеханического привода. В станках возросла составляющая от резания в общей нагрузке приводов подач. В большинстве современных станков нагрузка на двигатель при рабочих подачах без резания составляет не более 20-30 % номинальной.
Рост составляющей от сил резания в общей нагрузке на привод подачи увеличил колебание нагрузки на электроприводе подачи при резании, что ужесточило требования к статической и динамической жесткости привода подачи.
Увеличение скорости быстрых перемещений и снижение скорости установочных перемещений привели к значительному увеличению диапазона регулирования. Максимальная рабочая подача современных многоцелевых станков составляет 30-50 % скорости быстрых перемещений.
Полный диапазон регулирования подач в станках фрезерной, расточной и токарной групп составляет 100- 10000, а в карусельных расширяется до 30000-40000. Теоретически диапазон регулирования привода подачи каждой оси в станках с ЧПУ при контурном фрезеровании бесконечен (например, при обработке окружности). Реально минимальная подача ограничена чувствительностью электропривода.
Скорость быстрых перемещений зависит от характеристик механической части привода, возможностей системы ЧПУ (в частности, от максимальной частоты сигнала управления приводом от системы ЧПУ), дискретности управления, максимальной угловой скорости приводного электродвигателя, коэффициента редукции передачи от двигателя к механизму и других ограничений, вносимых системой ЧПУ.
Минимальная скорость привода определяется технологическими требованиями, дискретностью управления и чувствительностью электропривода. Особо высокие требования предъявляются к динамическим характеристикам привода по управляющему и возмущающему воздействиям. Неудовлетворительные динамические свойства регулируемого электропривода, особенно при возмущении по нагрузке, являются причиной повышенной шероховатости поверхности, поэтому весьма важно обеспечить высокое быстродействие привода при сбросе и набросе нагрузки, а также реверсе двигателя под нагрузкой на самых малых скоростях.
Стабильность позиционирования и обработки в значительной степени зависит от стабильности электромеханической системы приводов подач, которая определяется стабильностью ее звеньев, и в первую очередь электропривода, датчика положения и системы ЧПУ. Стабильность характеристик электропривода при достаточно большом коэффициенте усиления определяется стабильностью нуля входного усилителя регулятора и стабильностью датчика скорости - тахогенератора. Наибольшая относительная нестабильность имеет место при малых скоростях, когда полезный сигнал соизмерим с дрейфом нуля усилителя и падением напряжения в щеточном контакте тахогенератора.
Другим фактором, влияющим на стабильность, а следовательно, и на идентичность параметров при обработке партии деталей, является характер переходного процесса по управляющему воздействию в замкнутых системах следящего и регулируемого электроприводов. При апериодическом переходном процессе при движении в одну сторону не происходит раскрытия люфтов в механических узлах, а также отсутствует влияние гистерезиса, что приводит к существенному повышению стабильности и точности позиционирования и обработки.
В соответствии с проведенным анализом сформулированы качественные требования к станочным электроприводам подач. Установка во всех станках сверхточных, сверхбыстродействующих и сверхстабильных электроприводов сопряжена со значительными техническими трудностями и необоснованно высокими экономическими затратами.
В станках с позиционными системами ЧПУ в механизмах подач (класс Ф2) могут применяться и следящие и регулируемые электроприводы без непрерывной обратной связи по положению. В станках с цифровой индикацией (класс Ф1), как правило, применяются регулируемые электроприводы без обратной связи по положению.
Однако для расширения диапазона регулирования в станках в механизмах подач возможна установка так называемых автономных электроприводов с датчиками положения, установленными непосредственно на двигателях, с введением в преобразователе устройств для обработки сигналов датчиков и замыкания системы по пути.
В механизмах главного движения в большинстве стан-коз установлены регулируемые электроприводы без обратной связи по положению, в отдельных станках применяются специальные системы ориентации шпинделя либо от мощного двигателя главного привода, либо от специального маломощного двигателя со следящим приводом, аналогичным приводам подач. (Подобное решение принято в токарном обрабатывающем центре модели 1П420МФ4.) Очень небольшое количество станков имеет следящий электропривод главного движения от основного электродвигателя (фрезерно-расточно-сверлильные обрабатывающие центры модели 6907МФ4).
Электроприводы подачи подразделяются по следующим признакам: по способу выполнения силового преобразователя (виду силовых полупроводниковых приборов); тиристорные на основе реверсивных управляемых выпрямителей; транзисторные (транзисторно-тиристорные) на основе реверсивных широтно-импульсных преобразователей; по компоновке конструкции и множеству других признаков.
В целом ассортимент современных станкостроительных заводов очень велик и для каждой конкретной задачи можно подобрать соответствующий станок.
Все шаблоны прайс-листов для раздела
Шаблон прайс-листа для категории (Фрезерное)
Добавить заполненный прайс-лист
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ