ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Початковим етапом розрахунку приводу є вибір виконавчого двигуна. Від правильного вибору двигуна залежить забезпечення всіх технологічних режимів обробки і необхідних динамічних характеристик, а також конструкція механічної частини приводу.

Відсутність силового редуктора обумовила зниження загального моменту інерції механізму і збільшення припустимого для приводу за умовами механічної тривалості прискорення. Це забезпечило скорочення часу перехідних процесів, збільшення продуктивності верстатів, поліпшення якості обробки внаслідок підвищення швидкодії всієї електромеханічної системи приводу подачі як по керуючому впливу, так і по навантаженню.

Основними вихідними даними для вибору двигуна служать:

- циклограма навантаження двигуна при роботі механізму, на підставі якої визначається еквівалентний момент на валу двигуна;

- передатне відношення механічних ланок приводу (коробки передач, гвинтової пари, передачі рейка-шестірня);

- швидкості швидкого ходу і діапазон робочих подач;

- сила тертя в опорах;

- маса, що переміщується (органа приводу разом із деталлю або інструментальним магазином);

- моменти інерції механічних ланок;

- ККД механічних передач;

- припустимі для механізмів прискорення і необхідний час перехідних процесів.

Крім того, для правильного вибору двигуна необхідно знати закони його регулювання й управління в перехідних режимах. Як правило, у механізмах подач регулювання швидкості двигуна здійснюється при постійному моменті зміною напруги на якорі. Закон управління при розгоні і гальмуванні реалізується системою управління верстатом або пристроєм числового програмного керування (ПЧПК). Найбільш поширеними законами управління є стрибкоподібний і лінійно-змінний, проте можливі й інші форми сигналів, що задають.

Частота обертання двигуна визначається по швидкості переміщення робочих органів верстата і передатного відношення механічної передачі

для передачі гвинт-гайка

, об/хв. або ,

де - крок гвинта;

- лінійна швидкість переміщення робочого органа;

- передатне число редуктора.

У випадку установки двигуна на ходовий гвинт =1.

Необхідна максимальна частота обертання двигуна

; ;

для передачі рейка-шестірня

.

Аналогічно визначаються швидкості швидкого ходу, установочних переміщень, максимальної і мінімальної працюючих подач.

Визначення моментів інерції.

Момент інерції вузла, що поступально переміщується, приведений до валу двигуна

,

де , - маса вузлів верстата і деталі відповідно, кг;

- крок гвинта, мм;

- діаметр шестірні, мм.

Момент інерції механізму з передачею рейка-шестірня, приведений до валу двигуна

.

Момент інерції коробки швидкостей, приведений до валу двигуна

.

Момент інерції муфт, шестірень, гвинта й інших механізмів, що обертаються зі швидкістю, рівною швидкості двигуна

.

Момент інерції суцільного циліндра

.

Момент інерції ходового гвинта, приведений до валу двигуна

,

де - середній діаметр гвинта , м;

- довжина гвинта , м;

g - щільність матеріалу, із якого виготовлений гвинт (для сталі

= 7,8·10³ кг/м³).

Момент інерції сталевого гвинта

Момент інерції зубчатої передачі, приведений до валу двигуна

,

де -момент інерції шестірні ;

- середній діаметр шестірні , м;

- ширина шестірні, м.

Сумарний момент інерції механізму

Визначення моментів двигуна .

Загальний обертаючий момент двигуна cкладається зі статичного і динамічного моментів:

.

Статичний момент визначається зусиллям, яке передаеться у напрямку подачі при сталій подачі робочого органа верстата. Зусилля подачі по горизонтальній координаті X

,

де – складова від зусилля різання уздовж осі Z, Н;

- коефіцієнт запасу , =1¸1,5;

- коефіцієнт тертя ;

- сума нормальних сил, що діють на напрямні , Н;

- зусилля від попереднього натягу, не враховане в , H.

Статичний момент на двигуні подачі для передачі гвинт - гайка з редуктором

;

для передачі рейка - шестірня з редуктором

,

де – ККД механічної передачі .

Звичайно ККД передачі гвинт - гайка кочення без натяга = 0,95 , із натягом = 0,85¸0,9; зубчатої коробки = 0,85¸0,9. При установці двигуна на ходовий гвинт =1.

При різанні статичний момент дорівнює сумі моментів від складового зусилля різання уздовж осі верстата і від сил тертя у рухливих ланках механізму

.

При сталому русі на швидкому ходу статичний момент дорівнює моменту холостого ходу

.

Для вертикальних і похилих осей координат повинен бути урахований додатковий момент на двигуні від повної або неврівноваженної частини сили ваги вузлів, що переміщуються:

для передачі гвинт - гайка з редуктором

,

для передачі рейка – шестірня

,

де – маса, кг;

g = 9,81 м/с²
- прискорення вільного падіння.

Момент на двигуні від сили різання:

для передачі гвинт - гайка з редуктором

,

для передачі рейка - шестірня з редуктором

.

Момент на двигуні від сил тертя складається з моментів тертя в напрямних, у парі гвинт - гайка кочення і підшипниках ходового гвинта від преднатяга

, або .

Момент тертя в напрямних вузлів верстата , що переміщуються в горизонтальній площині, залежить від сили тертя, ККД і передатного відношення від двигуна до вузла, що переміщується:

для передачі гвинт - гайка

,

для передачі рейка - шестірня

.

Сила тертя визначається масами вузла, що переміщується, і встановленої на них деталі та коефіцієнтом тертя

.

Для вузлів, що переміщуються у вертикальній площині, навантаження від сил тертя дорівнює нулю. Тоді

.

Для вузлів, що переміщуються в похилій площині, сила тертя

,

де a- кут між напрямком переміщення і горизонтальною площиною.

Додатковий момент на двигуні від сили ваги вузлів, що переміщуються

.

Якщо переміщення по похилій площині здійснюється з противагою, то варто враховувати тільки неврівноважену масу.

Коефіцієнт тертя залежить від матеріалу тертьових поверхонь і їхнього змащення для напрямних ковзання, від конструкції напрямних і їхнього попереднього натяга для напрямних кочіння і комбінованих. Звичайно для напрямних ковзання зі змащенням при змішаному терті коефіцієнт тертя приймають =0,1, для напрямних кочення з танкетками = 0,005¸0,01.

По статичному моменті від сил різання і тертя і швидкостям швидкого ходу і робочих подач попередньо вибирається двигун, а потім проводиться уточнення його після розрахунку необхідного динамічного моменту.

При повторно-короткочасному режимі двигун вибирається не по , а по моменту

.

Попередньо вибирають двигун із номінальним моментом у діапазоні робочих швидкостей при різанні і з моментом при максимальній швидкості , відповідній швидкості швидкого ходу .

Потім по таблицях технічних даних і механічній характеристиці тривалого і повторно-короткочасного режимів роботи для прийнятого двигуна приймають усі параметри, необхідні для проведення подальшого розрахунку.

Динамічний момент на двигуні визначається сумарним моментом інерції механізму , приведеним до валу двигуна, і власним моментом інерції двигуна , з урахуванням моментів інерції датчиків швидкості і кута повороту, якщо вони є, і прискоренням , що повинний розвивати двигун,

,

де складається з моментів інерції всіх рухливих вузлів приводу, включаючи обертові, і таких, що рухаються поступально.

Прискорення двигуна визначається за часом перехідного процесу, заданому закону і зміні швидкості.

При стрибкоподібній зміні сигналу керування швидкість зміниться на за час перехідного процесу , при розгоні двигуна по экспоненціальному закону з прискоренням

,

де - кутове прискорення , рад/с²;

– постійна часу экспоненціальної бажаної кривой зміни швидкості, с;

- прирощування швидкості двигуна , рад/с.

,

де - зміна швидкості рухливих органів верстата за час , мм/хв.