16.1.3 Приводы подач станков с чпу

16.1.3.1  В станках с ЧПУ применяются приводы с разомкнутой системой управления (с шаговыми двигателями) и с замкнутой СУ (следящие).

Шаговые приводы подачи строятся на основе несилового шагового двигателя (ШД) и гидроусилителя (рис. 16.2,а) или с применением силового шагового электродвигателя. При применении шагового привода точность перемещения рабочих органов станка будет определяться погрешностью отработки ШД командных импульсов, а также зазорами и упругими деформациями кинематической цепи подачи. Частота подаваемых на ШД импульсов определяет угловую скорость вращения ротора, а их число – угол поворота. Единичный угол поворота ротора при подаче одного управляющего импульса обычно равен 1,5°±0,5°, но может быть 0,5°-10°. Ошибка в шаге хотя и может достигать 30%, но при работе ШД она не накапливается.

Следящие приводы подачи (рис. 16.2,б) состоят из электродвигателя, зубчатой передачи или редуктора для снижения частоты вращения и увеличения крутящего момента на ходовом винте, передачи винт-гайка и системы обратной связи по скорости (с датчиком скорости ДС, например, тахогенератором) и по положению рабочего органа станка (с датчиком положения /пути/ ДП или, иначе, обратной связи ДОС). Эффективность работы следящего привода в значительной степени зависит от свойств электродвигателя, погрешностей механизмов кинематической цепи, потерь на трение в направляющих рабочего органа и в передаче винт – гайка, а также от датчиков обратной связи.

Датчики положения могут устанавливаться на различных элементах привода. Однако чем далее от рабочего органа они устанавливаются, тем ниже точность позиционирования из-за погрешностей, возникающих в кинематической цепи. Поэтому в приводах стремятся исключать или максимально упрощать шестеренные редукторы, исключать в передачах зазоры, обеспечивать уменьшение упругих деформаций. В этой связи в приводах используются шариковые винтовые пары, прецизионные шестеренные пары с автоматической выборкой люфта, принимаются конструктивные и технологические меры для повышения жёсткости элементов кинематической цепи и т.д.

Большие потери на трение в направляющих приводят к увеличению упругих деформаций в передаточных механизмах привода подачи, а также к неравномерному перемещению рабочего органа на малых скоростях за счёт так называемых релаксационных колебаний. Для снижения потерь на трение в направляющих станков с ЧПУ применяют обычные направляющие с антифрикционным покрытием, а также гидростатические направляющие и направляющие качения (см. п. 2.1).

В следящих приводах применяются двигатели постоянного тока традиционных исполнений и высокомоментные электродвигатели.

Под высокомоментным понимается двигатель, развивающий на выходном валу крутящий момент, достаточный для преодоления статических и динамических нагрузок привода подачи, и устойчиво работающий на малых частотах вращения (например, от 0,1 об/мин). Высокомоментные электродвигатели могут представлять собой комплекс, состоящий из самого электродвигателя, встроенного тахогенератора, кругового ДОС и тормоза. Такая конструкция облегчает проектирование привода подачи и его монтаж на станке.

Освоение высокомоментных электрогидравлических и электрических приводов (приводов с электродвигателями на постоянных магнитах) обеспечило возможность перехода к безредукторным приводам подач (рис. 16.2,в). Привод ходового винта непосредственно от высокомоментного низкооборотного двигателя позволяет сократить длину кинематической цепи привода подачи, увеличить её крутильную жёсткость и уменьшить число зазоров, влияющих на точность передачи движения.

другому концу гайки. В ШВП создают с помощью пружин (см. рис. 16.4) либо за счёт применения шариков большего размера, чем номинальный, предварительный натяг, который повышает точность и жёсткость передачи, но увеличивает нагрузку в механизме.