3В1 кнопкой Кн1. Для безопасности обслуживания цепи сигнализации лифта подключаются к сети через пони­жающий трансформатор Тр.

Схема управления быстроходным пассажирским лиф­том. Электропривод быстроходного лифта (рис. 4-8, а) осуществляется от двухскоростного асинхронного дви­гателя, имеющего на статоре две раздельные обмотки с соотношением числа полюсов 6/24 или 6/18,. что соответ­ствует синхронным угловым скоростям 104,7/2.6,2 или. 104, 7/34,9 рад/с.

В системе привода не предусмотрено ограничение ускорения при пуске, "так как при правильном выборе двигателя по мощности Л1_п,тоя<^п,.до.п, и пусковые ус­корения —1,2 м/с² при а_доп=1,5 м/с². Точная ос­тановка кабины достигается путем перехода с высокой скорости сораб (включен контактор КБ) на низкую ш₀ст (включен контактор КМ). При этом будет происходить генераторное торможение, что видно из механических характеристик двигателя, показанных на рис. 4-8, 6. При торможении по характеристике 2 М_г<тах>Мт.доп и а_т>-адоп. Поэтому для ограничения момента двигателя, а следовательно, и величины а_Т в этом режиме в одну из фаз статорной обмотки вводится дополнительный ре­зистор Кп, и двигатель переходит на характеристику 2'. После снижения скорости до значения о>1 резистор К_я шунтируется контактором КУ, управление которым про­изводится в функции времени. Двигатель переходит на основную характеристику 2, на которой некоторое вре­мя работает с остановочной скоростью со₀ст, равной на­чальной скорости ©дач для точной остановки.

Управление лифтом может производиться как из ка­бины с помощью командных кнопок КнК1 — КнК9 (здание имеет 9 этажей), так и с этажных площадок посредством вызовных кнопок КнВ1—КнВ9. Рассмот­рим работу схемы при вызове кабины с 9-го этажа пас­сажиром, находящимся на 1-м этаже. Для этого пасса­жир должен нажать кнопку КнВ1. Образуется следую­щая электрическая цепь: контакты кнопки КйС (Стоп) и конечных выключателей дверей шахты ВКДШ1— ВКДШ9, контакты выключателей ловителя ВКЛ и ка­натов ВКК, контакт дверей кабины ВКДК или контакт пола ВКП1, размыкающие вспомогательные контакты -контакторов КУ, КВ и КН, контакт пола ВКП2 (этот контакт разрывает цепь кнопок КнВ1—КнВ9 на этаж-

пых пло-

Рис. 4-8. Электропривод пассажирского быстроходного лифта.

. а — электрическая схема; б — механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя. 180

ных площадках, если в кабине находятся пассажиры), контакт кнопки КнВ1, катушка этажного реле РЭ1, кон­такт этажного переключателя ПЭ1, размыкающий вспо­могательный контакт КВ, катушка контактора КН.

- По образовавшейся цепи питания включаются кон­тактор КН и этажное реле РЭ1, которые своими замы­кающими контактами шунтируют кнопку КнВ1 и пода­ет питание на катушку контактора большой скорости КБ по следующей цепи: контакты реле РЭ1 и переклю­чателя скорости ПСН1, контакты выключателя большой скорости ВБ (отключаемого для режимов ревизии и на­ладка), размыкающий вспомогательный контакт КМ, катушка контактора КБ. Одновременно контактор КН своим замыкающим вспомогательным контактом вклю­чает контактор К.Т, электромагнит тормоза ЭмТ полу­чает питание и растормаживает двигатель Д.

Силовые контакты контакторов КН и КБ подклю­чают первую обмотку статора Д (большой скорости) к сети, и происходит пуск двигателя по характеристике 1 до угловой скорости Юраб. Вслед за включение^ контак­тора КБ через его замыкающий вспомогательный кон­такт включается контактор отводки КО, который подает напряжение на электромагнит отводки МО и подготав­ливает к включению контактор КМ.

Кабина лифта движется вниз и установленной на ней отводкой будет переставлять подвижные контакты пе­реключателей ПСН8—ПСН2, ПСВ8—ПСВ2 и ПЭ8—НЭ2 из верхнего положения в нижнее. При подходе кабины к 1-му этажу контакт ПСН1 переводится из верхнего по­ложения в среднее, в результате чего отключается кон­тактор КБ и включается контактор КМ. К сети под- - ключается вторая обмотка статора двигателя Д с боль­шим числом полюсов (тихоходная). Двигатель начинает тормозиться по характеристике 2' (рис. 4-8, 6) и рабо­тает в генераторном режиме с введением в одну из фаз статора резистора Этот процесс контролируется ма­ятниковым реле времени РВ, пристроенным к контакто­ру КМ. После срабатывания реле РВ включается кон­тактор КУ и шунтирует резистор Р_я, осуществляя пере­ход двигателя на основную характеристику 2.

Как только-пол кабины приблизится к уровню пола 1-го этажа, переключатель ПЭ1 становится в среднее положение и отключает контакторы КН, КТ, КО, КМ и реле РЭ1. Двигатель отключается от сети, накладывает-.

ся тормоз и происходит механическое торможение при­вода с начальной угловой скорости со_ост. При отключении контактора КО теряет питание магнит отводки МО и своим выступом упирается в защелку замка шахтной двери на 1-м этаже, что дает возможность пассажирам открыть ее.

В схеме на рис. 4-8 показаны цепи сигнализации, указывающей, занята ли кабина или свободна, а также цепи аварийной сигнализации.

В рассмотренном лифте процесс открывания и за­крывания дверей осуществляется вручную, невозможен прием пассажиров по пути следования кабины, нет сиг­нализации о перегрузке лифта и т. д. В последние годы стали широко применяться пассажирские лифты с ав­томатическим приводом дверей, в которых отсутствуют указанные недостатки, что позволяет повысить комфор­табельность и производительность лифта. В схемах уп­равления такими лифтами имеются дополнительные, уз­лы, которые выполняют следующие основные логические операции: регистрацию и отработку вызовов и приказов, выбор направления движения, обеспечение включения двигателей дверей и подъема, точную остановку каби­ны, различного рода сигнализацию. Последовательность работы узлов привода устанавливается программой, осуществляемой схемой автоматического управления, При поступлении в схему соответствующего сигнала,' , например на движение, вначале срабатывает привод ■ дверей и подготавливает кабину к движению. Затем включается электропривод подъема, обеспечивая дви­жение кабины с высокой скоростью, а также переход на малую скорость при подходе ее к требуемому этажу. После остановки кабины снова включается привод две­рей, но уже на их открывание. В схеме может быть пре­дусмотрено-также выполнение попутных вызовов при движении кабины вниз. В случае движения загруженной кабины вверх вызовы не принимаются. При движении кабины с пассажирами и наличии нескольких зарегист­рированных приказов остановка происходит на ближай­шем по направлению движения этаже. Такие схемы управления-лифтами описаны в [6, 21],

Глава пятая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НАЗЕМНЫХ ЭЛЕКТРОТЕЛЕЖЕК И МЕХАНИЗМОВ НЕПРЕРЫВНОГО' ТРАНСПОРТА

5-1. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НАЗЕМНЫХ ЭЛЕКТРОТЕЛЕЖЕК

Электротележки (электрокары) применяются для .транспортировки различных грузов на площадках с твердым и ровным покрытием (асфальт, бетон). Элект­ротележки могут работать в узких проходах производ­ственных и складских помещений, где работа других ви­дов транспорта невозможна. Хорошая маневренность, удобное управление, простота обслуживания, отсутст­вие при работе вредных для человека газов, бесшум­ность делают электротележку незаменимым универсаль­ным средством перевозки грузов на небольшие расстоя­ния.

В последние годы широкое распространение получили однодвигательные аккумуляторные тележки типа ЭТ-2040 (рис. 5-1). Электротележка имеет двухосное шасси на пневматических шинах с передним управляе­мым и задним ведущим мостами. На шасси крепится ра­ма; ее верхняя часть представляет собой деревянную грузовую платформу, под которой расположена аккуму­ляторная батарея. Движение ведущим колесам переда­ется от двигателя постоянного тока последовательного возбуждения посредством карданного вала и дифферен­циала. Электротележка оборудована двумя системами тормозов: ножным тормозом с гидравлическим приводом, действующим на задние колеса, и ручным тормозом с ме­ханическим приводом, установленным на валу двигателя.

Основные технические данные эяектрЪтележки ЭТ- 2040: грузоподъемность 2000 кг, масса тележки 1860 кг, скорость движения с грузам 16 км/ч, без груза 22 км/ч, двигатель передвижения типа РТ-2 (Р_к0м=3,2 кВт, ^/иом=40 В, /ном = 100 А, соном=ЮО рад/с, ПВ_ИОм — =40%), закрытый с естественным охлаждением.

Принципиальная электрическая схема тележки ти­па ЭТ-2040 показана на рис. 5-2, а. Электрические цепи получают питание от аккумуляторной батареи, состоя­щей из двух секций Б1 и Б2. Для коммутации силовых цепей используются контакторы К1—К7 и кремниевые вентили Д1,Д2 (типа В2-200-ЗБ).

Двигатель Д управляется поворотным контроллером, состоящим из кулачкового вала и микропереключателей Кр1—Крб. Вращение вала контроллера осуществляется на 60° от педали водителя, при этом в каждом положе-

Рис. 5-1. Общий вид электрической тележки.

1 — рулевое управление; 2 — сидение водителя; 3 — корпус тележки; 4 —дви­гатель; 5— ходовые колеса; 6 — рукоятка тормоза.

нии происходит переключение контактов в соответствии с диаграммой на рис. 5-2, б. Регулирование скорости те­лежки производится изменением напряжения на якоре двигателя Д путем переключения диодами Д1, Д2 и контактором К1 секций аккумуляторной батареи Б1 и Б2 с параллельного соединения на последовательное, введением резистора Ш в цепь якоря и шунтированием обмотки возбуждения ОВМ резистором Я2.

Для подготовки тележки к работе следует включить выключатель В1, поставить реверсивный переключатель ВЗ в одно из положений Вперед или Назад и растормо­зить ручной тормоз (замкнется контакт выключателя В2). Последовательность коммутации аппаратов схемы при пуске и регулировании скорости двигателя Д в со­ответствии с позициями контроллера следующая:

1. В положении 1 контроллера через замкнувшийся контакт Кр1 и контакт Вперед (или Назад) переключа­теля ВЗ получает питание контактор К4 (или Кб) и сво­им главным контактом подготавливает к включению цепь якоря двигателя.

'

Рис. 5-2. Электропривод электротележки типа ЭТ-2040.

О 40 801_Н0М 160 гоо А

Контак­ты		Положения рукоят­ки контроллера
		0	1	г	3			5	в	7
Кр 1			X	X	X		X	X	X	X
крг	раз.	X	X
	З.ам.			X	X	X		X	X	X
Крз					X		X	X	X	X
КрЧ	раз.	X	X	X	X
	зам.					X		X	X	X
Кр 5								X	X	X
■ Крб									X	X

а ■— электрическая схема; 0 — диаграмма переключении контактов Кр1—КрО на положениях рукоятки контроллера; в—скоростные характеристики двигателя.

2. В положении 2 контроллера переключается кон­такт Кр2 и включается контактор К7 (К5), замыкая си­ловую цепь двигателя Д. Секции батареи Ы и Б2 через диоды Д1 и Д2 соединяются параллельно, резистор введен. Двигатель пускается и работает на характери­стике 1 со скоростью со 1 (рис. 5-2, б), если ток нагрузки /_с = /_ном. Катушки реверсивных контакторов К7 (К5) и К4 (Щ получают питание через вспомогательные кон­такты Кб (К4) и К5 (К7), чем обеспечивается блокиров­ка положения 2 контроллера.

3: В положении 3 контроллера через контакты КрЗ и Кр4 получает питание контактор К2 и своим контактом выводит резистор секции батареи остаются соединен­ными параллельно, двигатель работает на характеристи-^- ке 2 со скоростью а>2.

В положении 4 контроллера переключается кон­такт Кр4 и включается контактор К1, а контактор К2 от­ключается. Секции батареи Б1 и Б2 силовым контактом

'К1 соединяются последовательно, к якорной цепи подво­дится номинальное напряжение {/_НОм при включенном ре­зисторе К1, и двигатель Д работает на характеристике 3 со скоростью со₃.

В положении 5 контроллера снова включается кон­тактор К2, резистор закорачивается, и двигатель рабо­тает на естественной характеристике 4 со скоростью ан=

⁼⁼Юном-

■ 6. В положениях 6—7 контроллера через контакт Крб включается контактор КЗ, параллельно ОВМ под­ключается резистор /?2, ослабляется поток возбуждения, и двигатель б'удет развивать скорость ©з>Юном, работая на характеристике 5,

Торможение тележки осуществляется механическим тормозом при нажатии на тормозную, педаль, при этом нужно предварительно отпустить педаль контроллера. Под действием тормозной педали размыкается контакт В2, теряет питание контактор К4 (или Кб), и двига­тель отключается от источника питания.

Полная электрическая схема электротележки включа­ет в себя цепи освещения и сигнализации, которые не показаны на рис. 5-2, а. Защита силовой цепи от токов к. з. и длительных перегрузок обеспечивается предохра­нителями Пр1 в цепи аккумуляторной батареи (в случае пробоя-вентилей Д1 или Д2) и Пр2 — в цепи двигателя Д. Цепи управления защищаются предохранителем ПрЗ.

Аккумуляторные тележки снабжаются кислотными или щелочными аккумуляторами; последние более вы­носливы в условиях тряски, менее чувствительны к пе­регрузкам и к. з. Так, на электротележке типа ЭТ-2040 установлена аккумуляторная батарея типа 36ТЖН-400, состоящая из 36 последовательно соединенных щелочных железо-никелевых элементов емкостью 400 А-ч каждый.

сНсЕ]-о		ОС
, 37

О	, ТВ

1__

Рис. 5-3. Структурная схема зарядного устройства типа УЗА. V — задающий сигнал; Ц _0>с — сигнал обратной связи; и у — напряжение управления тиристорным преобразователем.

В целях безопасности напряжение аккумуляторных ба­тарей обычно не превышает 65 В. Предельные значения разрядного и зарядного тока указываются в паспорте батареи.

Зарядка батарей может производиться только посто­янным током, поэтому на промышленных предприятиях устанавливаются специальные зарядные преобразова­тельные устройства. Ранее для этой цели использовались двигатель-генераторы, а в настоящее время применяют полупроводниковые выпрямители на'кремниевых венти­лях, имеющие высокий КПД, бесшумные в работе и бо­лее надежные в эксплуатации.

На рис. 5-3 приведена структурная электрическая схема автоматического зарядного устройства типа УЗА. Силовая часть устройства состоит из управляемого ти­ристорного выпрямителя ТВ, питающего аккумулятор­ную батарею АБ, собранного по трехфазной мостовой

схеме и подключенного через трансформатор к сети пе­ременного тока. Система управления СУ представляет собой замкнутую систему автоматического регулирова­ния с отрицательной обратной связью по току заряда /зар. Она обеспечивает поддержание постоянства заданно­го значения тока при изменении напряжения батареи в процессе заряда и колебаниях напряжения питающей се­ти. Регулирование тока заряда осуществляется измене­нием угла отпирания тиристоров, а задание значения' * /зар — задатчиком тока ЗТ.

В автоматическом режиме работы УЗА процесс за­рядки контролируется реле времени РВ и по истечении заданной выдержки времени реле отключает зарядное устройство от сети. В режиме ручного управления от­ключение производится оператором.

Схема УЗА предусматривает защиту от токов к. з. и неправильного (по полярности) подключения аккумуля­торной батареи контролируемого блоком полярности БКП, а также световую сигнализацию и контроль по приборам зарядного тока и напряжения.

5-2. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО МЕХАНИЗМОВ НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА

Механизмы непрерывного транспорта широко исполь­зуются на электромашиностроительных заводах для меж­операционных перемещений внутри цехов и между цеха­ми различных заготовок, деталей и сборочных единиц, удаления с рабочих мест отходов металлообработки, по­дачи сыпучих формовочных материалов,, транспортиров­ки готовых электрических машин, и т. д. К этим механиз­мам в первую очередь относятся конвейеры различ­ных типов: ленточные, подвесные, роликовые и др.

Основным конструктивным элементом наиболее часто применяемого ленточного конвейера является замкнутый, непрерывно движущийся в процессе работы тяговый ор­ган, который йыполняется в виде , ленты (текстильной прорезиненной, стальной и т. п.)?

На рис. 5-*4 показано устройство ленточного конвейе­ра. На два барабана натягивается замкнутая лента 1. Правый барабан 2 является ведущим (приводным) — че­рез механическую передачу 3 (чаще всего ременную) он приводится во вращение от двигателя 4. Подшипники ле- / вого барабана 5 (ведомого) могут перемещаться по на­правляющим, что обеспечивает с помощью груза С₀ и отводного шкива 6 поддержание предварительного на- • тяжения ленты конвейера при ее вытяжке в процессе экс« - плуатации. Для устранения провисания ленты под дей­ствием перемещаемого груза вдоль нее устанавливается ряд опорных роликов 7, которые вращаются за счет тре-

Рис, 5-4. Элементы ленточного конвейера.

ния между ними и лентой. Ведущий барабан, передача и двигатель образуют приводную станцию. Лента, верхние и_: нижние опорные ролики вместе с рамой составляют не­сущую конструкцию конвейера. Для увеличения сцепле­ния между лентой и барабаном его поверхность покрыва­ют резиной, пластмассой или керамикой.

Разновидность ленточного конвейера — пластинчатый конвейер. Его тяговый орган выполнен в виде двух зам­кнутых пластинчатых цепей с прикрепленными к ним металлическими пластинами, образующими непрерывное полотно. Тяговые цепи перекинуты через ведущие и ве­домые звездочки. Ведущие звездочки приводятся во вращение электроприводом.

Роликовые конвейеры (рольганги) представляют со­бой систему роликов с групповым или индивидуальным электроприводом. -

Большое распространение получили подвесные кон- вейры (рис. 5-5) с тяговым органом в виде цепи или ка­ната. Каретки 1 такого конвейера движутся на роликах 2 по монорельсу 3 с помощью непрерывной цепи 4, про­ходящей через ведущую звездочку приводной станции. Перемещаемые грузы размещаются на крюках или спе­циальных приспособлениях 5, подвешиваемых к карет­кам. Для предотвращения провисания цепи, складывания звеньев и поломок кареток применяются натяжные устройства, обеспечивающие предварительное натяже­ние цепи конвейера..

Рис. 5-5. Общий вид цепного конвейера для транспортировки готовых листов статора и ротора электрических машин переменного тока.

Подвесные конвейеры не мешают установке основно­го технологического оборудования, так как монтируются на специальных конструкциях вдоль цеховых колонн, или для этой цели используются балки потолочных пе­рекрытий. Такие конвейеры могут перемещать грузы со скоростью 0,1—30 м/мин и массой до нескольких тонн.

Широкое применение в крупносерийном производстве нашли поточно-транспортные системы (ПТС), представ­ляющие собой комплекс технологического оборудова­ния, механизмов и устройств, предназначенных для об­работки и транспортирования материалов, заготовок, деталей и узлов машин или для сборки машин в едином поточном технологическом процессе (например, поточ­ные линии сборки асинхронных двигателей единой се­рии). Основным транспортным оборудованием ПТС яв­ляются различного рода конвейеры малой и. большой протяженности.

Достоинство конвейеров — это непрерывность их действия без остановок на загрузку и выгрузку, что осо­бенно важно для поточных линий. Кроме того, конвейе­ры проще по устройству и в эксплуатации, а также име­ют большую производительность, чем работающие пе­риодически краны и подъемники.

Различают конвейеры, работающие одиночно и сов­местно. Для нескольких совместно работающих конвей­еров (см. рис. 5-9) принимающими называют те из них, на которые груз поступает; конвейеры, с которых грузы снимаются, называют головными; остальные из совмест­но работающих конвейеров — промежуточные.

5-3. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ КОНВЕЙЕРОВ '

При значительном конструктивном разнообразии конвейеров большинству из них присущи следующие ха­рактерные особенности, обусловленные режимом экс­плуатации:

а) продолжительный режим работы, как правило, в течение значительных промежутков времени (смены или нескольких смен) без пауз за время включения;

б)- относительно редкие пуски, продолжительность которых не влияет на производительность конвейера, и практически неизменное направление вращения двига­теля;

в) возможность возникновения значительных стати­ческих ' моментов при трогании, превосходящих иногда номинальные нагрузки (М_с,тр>М_с,ном); например при пуске нагруженных конвейеров после внезапной (ава­рийной) остановки;

г) работа двигателей конвейеров при самых различ­ных условиях окружающей среды: на открытом возду­хе, в запыленных и влажных помещениях, при высокой и низкой температурах, в цехах с агрессивной средой.

В связи с указанными особенностями к электроприво­ду конвейеров предъявляются требования обеспечения повышенного значения пускового момента (ЛГп/ТИном^ ^•1,6-т-1,8), высокой надежности и простоты обслу­живания. В некоторых случаях необходимо обеспечить

Рис. 5-6. Диаграммы тяговых усилий в лентах конвейеров с горизон­тальной трассой.

а — однодвигательный конвейер; б — многодвигательный конвейер; ПВ, ПБ1— ПБЗ — приводные барабаны; НЕ — натяжной барабан.

плавный пуск и торможение ленточных и подвесных конвейеров для предотвращения пробуксовывания лен­ты или раскачивания груза, небольшое регулирование скорости в диапазоне 1 :2 для изменения темпа работы (на конвейерах поточных линий), согласованное вра­щение электроприводов нескольких конвейеров;

Перечисленным требованиям в достаточной степени удовлетворяет электропривод с трехфазными асинхрон­ными двигателями продолжительного режима работы — с короткозамкнутым и с фазным ротором. Недостатком двигателей с короткозамкнутым ротором является боль­шой пусковой ток. Но применение двигателей с коротко- замкнутым ротором удешевляет автоматизацию кон­вейеров. При этом предпочтительнее выбирать двигате­ли-с повышенным пусковым моментом. Для однодвига- тельногО привода конвейеров, скорость которых должна регулироваться, используют многоскоростные двигатели

с переключением числа пар полюсов, либо применяют дополнительные механические вариаторы или регули­руемые электрические и гидравлические муфты. Двига­тели с фазным ротором устанавливают на конвейерах, требующих повышенного пускового момента, при много­двигательном приводе конвейеров с целью выравнива­ния нагрузок отдельных двигателей, а также при необ­ходимости согласованного движения конвейеров ПТС.

Расчет мощности двигателей конвейеров. При работе конвейера электропривод создает движущее усилие, ко­торое передается приводным барабаном (звездочкой) тяговому органу — ленте (цепи). Для нормальной пе­редачи этого усилия лента (цепь) должна иметь пред­варительное натяжение, создаваемое грузом СЬ (рис. 5-6, а). Усилие натяжения ленты (цепи) Р будет изменяться от точки 0 по направлению к точкам 1—3 вследствие дополнительных усилий сопротивления дви­жению. В точке 3 усилие Р_наб, Н, на набегающей ветви ленты (цепи) будет складываться из следующих состав­ляющих:

^каб = ^Ро + Р_п + ^ + Л., б, (5-1)

где Ро — усилие предварительного натяжения, Н;' Р_п = = -Н-'!_Р 81 п р — усилие, обусловленное подъемом или опусканием груза (у наклонных конвейеров), Н; Л/* = — с(0,р-ЬСо) соз р— суммарное усилие, вызванное тре­нием в опорах роликов, ленты по роликам или роликов по монорельсу, Н; О_гр — сила тяжести транспортируемо­го груза, Н; О₀ — сила тяжести несущих и тяговых эле­ментов (ленты, роликов, цепи и др.), Н; (3 — угол накло­на трассы к горизонту (см. рис. 5-4), обычно —22°; с—0,024-0,05 — общий коэффициент сопротив­ления движению; —: усилие, компенсирующее сопро­тивление движению от трения в подшипниках натяжно­го барабана (звездочки), Н. Усилие Р_в,о находится

Р_п,_б^2Р_1>цс1Ю, "(5-2)'

где |а — коэффициент трения, равный 0,03—0,06; И и й — диаметры барабана (звездочки) и цапфы подшипни­ка, м.

Усилие Рс, Н, преодолеваемое приводным двигате­лем, обусловлено разностью усилий в точках 3 и 0, т.е. в набегающей и сбегающей ветвях ленты (цепи) кон­вейера, и усилием /чо, Н, компенсирующим сопротивле­ние движению на приводном барабане (звездочке), т.е. Р₀ = ^наб — + = Р„ + АР + р н.б + Ри,6, (5-3)

где усилие Р„$ определяется по формуле (5-2), в кото­рую вместо Р₀ нужно подставить Лтб-

Требуемая мощность, кВт, двигателя ленточного или подвесного конвейера

= (5-4)

■Пп

где 1'_к — максимальная скорость тягового органа кон­вейера, м/с; /е₃ = 1,1-г- Ь,2 — коэффициент запаса, учиты­вающий дополнительные сопротивления движению; г^^ = 0,75-^0,90— КПД механической передачи (редукто­ра, подшипников и т.д.).

Необходимая угловая скорость двигателя, рад/с,

®дв = 2у_к у О, (5-5)

где 1_Р — передаточное число редуктора.

Далее выбирается двигатель на мощность Р ном^^ -Рдв

И уГЛОВуЮ СКОРОСТЬ (Оном^СОдв.

Пример. 5-1. Выбрать приводной двигатель ленточного конвей­ера, если известны значения: у_к = 0,8 м/с; 0 = 0,42 м; 1_Р = 24,8 и 11п = =0,88. Предварительными расчетами найдены усилия Рц,6=320 Н, Ры6=4500 Н, Го = 2300 Н.

Расчетная мощность двигателя при к₃—1,2

' . (Л.аС-Л + ^п.в) %-Ш""³

' ДВ — ^йз —

(4500 — 2300 + 320) • 0,8- КГ"³ = 1,2 ¹ —³ = 2,75 кВт.

0,88

Необходимая угловая скорость двигателя 2V_К^р 2-0,8-24,8 - ^{Шдв =} ~ 0~42 ^{= РаД/С<}

Выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым-ротором типа 4АСП2МА-6, закрытый, обдуваемого исполнения, с повышен­ным пусковым моментом: Р_Пом=3,2 кВт, 11_иОм=380 В, <0ном= = 95,25 рад/с (ге„_Ом=910 об/мин), М_п/М_н<ш=1,9.

Электропривод конвейеров большой протяженности нецелесообразно осуществлять от одного двигателя, по­скольку при больших тяговых усилиях в механическом оборудовании участков, расположенных близко к при­водной станции, создаются значительные напряжения.

Чтобы не перегружать эти участки, приходится увели­чивать габариты тягового органа и механической части. Избежать возникновения больших тяговых усилий мож­но, если конвейеры приводятся в движение от несколь­ких приводных станций. При этом тяговый орган каж­дой приводной станции пе­редает усилие, пропорцио­нальное статическому со­противлению только одного участка, а не всего конвей­ера .

Для выбора места уста-' новки нескольких привод­ных станций строится диа­грамма изменения усилий натяжения (рис. 5-6,6), подсчитывается мощность двигателей и определяется такое место их установки, чтобы суммарное тяговое усилие Р_с двигателей не­скольких приводных стан­ций примерно равнялось усилию однодвигательного привода. Оптимальное ко­личество приводных стан­ций можно определить пу­тем технико-экономического сравнения нескольких вари­антов, которые должны учи­тывать стоимость электри­ческого и механического оборудования.

Рис. 5-7. Механические характе­ристики двухдвигательного электропривода конвейера.

а — при одинаковых параметрах двигателей; б —- с двигателями, имеющими разные параметры; в —' ограничение ускорения при пуске.

При многодвигательном приводе конвейера роторы отдельных двигателей в установившемся режиме имеют одинаковую скорость со_с, так как они механически связаны тяговым органом. Вместе с тем электропривод должен обеспечить макси­мальное тяговое усилие, не­обходимое для преодоления

сопротивлений движению конвейера и равное сум­ме усилий, создаваемых отдельными двигателями, т. е. Р1-\-.Р²-\-...-}-Р1—Р^с. Рассмотрим случай, когда конвейер - приводится в движение от двух привод­ных станций с двигателями одинаковой мощности. Если механические характеристики обоих двигате­лей полностью совпадают (рис. 5-7,а), то во время ра­боты конвейера двигатели создают одинаковые тяговые усилия: Р¹ = Р2=Ре,/2. Когда характеристики двигателей отличаются одна от другой (рис. 5-7,6), тяговые усилия двигателей будут разными, т.е. Р{фр2фР^с/2. Двига­тель, имеющий более жесткую характеристику, развива­ет тяговое усилие большее, чем двигатель,'у которого характеристика мягче.

В тяговом органе конвейера при неодинаковых ха­рактеристиках двигателей возникает дополнительное натяжение, обусловленное разностью моментов двига­телей. Поэтому при установке на приводных станциях конвейера асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором следует проверять-их характеристики и приме­нять машины с одинаковыми параметрами. Если для привода используются двигатели с фазным ротором, то соответствие характеристик может быть получено вве­дением дополнительных сопротивлений в цепь ротора.

5-4. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

КОНВЕЙЕРОВ

Одной из важных задач, которую приходится решать при проектировании автоматизированного электропри­вода конвейеров, особенно ленточных большой протя­женности, является ограничение ускорений в ленте кон­вейера при пуске. Лента представляет собой упругий элемент и при пуске с повышенным ускорением она мо­жет стать источником возникновения колебаний в меха­нической части конвейера. Движение ленты при этом характеризуется неравномерностью линейных скоростей ее головного и хвостового участков (соответственно в точках <? и 0 на рис. 5-6, а) и резкими изменениями на­тяжения, что может привести к повышенному износу ленты, а в некоторых случаях и к ее разрыву.

Для ограничения ускорений в электроприводе лен­точных конвейеров (допустимые значения ускорений обычно равны 0,2—0,3 м/с ) можно использовать много­ступенчатый пуск двигателя с фазным ротором. Однако такой способ приводит к усложнению схемы управления, увеличению габаритов .панелей управления и ящиков пусковых резисторов. В некоторых случаях более удоб­но ограничивать ускорение привода при пуске путем создания дополнительной искусственной нагрузки на валу двигателя. Практически это осуществляется при помощи, колодочных .тормозов с электрическим или гид-, равлическим управлением, индукционных или фрикци­онных муфт, присоединяемых к валу двигателя. При наличии дополнительного тормозного момента М_т ("рис. 5-7, в) уменьшается динамический момент М_а— = /₂ йа>/сН—М— (Мс + Мт) и тем самым ограничивает­ся ускорение _ . - е = 'еЫМ = [М — (М₀ + УИ_т)]//₂ .

По окончании пуска источник тормозного момента М_т должен быть отключен от вала двигателя.

Для автоматизированного управления электроприво­дами механизмов непрерывного транспорта использу­ются общие принципы построения схем управления с учетом необходимых блокировок, сигнализации и осо­бенностей эксплуатации этих установок.

Управление электроприводами одиночных конвейе-. ров, не связанных с другими механизмами, производит­ся посредством магнитных пускателей и кнопок управ­ления или автоматов с максимальной и тепловой защи­той, размещаемых на пультах около приводных станций.

Более сложны схемы управления совместно работа­ющими конвейерами или ПТС. В основе конструирова­ния схем управления такими транспортными системами лежат следующие требования:

Пуск двигателей конвейеров должен производить­ся в направлении, обратном технологическому потоку, чтобы на конвейерах не образовывалось завала транс* портируемого груза.

При остановке одного из конвейеров двигатели других конвейеров, подающих материалы на останав­ливаемый, сразу отключаются; двигатели остальных конвейеров могут продолжать работать..

При общей остановке .транспортной линии боль-, той производительности первым должен быть отключен двигатель того конвейера, с которого поступает матери­ал на другие конвейеры, а затем поочередно отключа­ются остальные двигатели.

Для предотвращения большого снижения напря­жения в питающей сети при пуске.двигатели конвейеров значительной мощности должны пускаться поочередно.

Для опробования и наладки конвейеров следует обеспечить возможность пуска и остановки любого из них независимо от других конвейеров (обычно пуск и остановка при наладке производятся с рабочего места).

В схемах-управления конвейерами необходимо пре­дусматривать блокировки и взаимосвязи между двига­телями, механизмами и другими устройствами. -Блоки­ровочные устройства целесообразно связывать непо­средственно с ведомым барабаном конвейера, который вращается от транспортирующей ленты. При соскальзы­вании ленты и других неисправностях в работе конвейе­ра система блокировки будет действовать от реле конт­роля скорости, соединенного с ведомым барабаном, и отключать двигатель.

Электрические блокировочные связи между двигате­лями конвейеров могут осуществляться путем использо­вания вспомогательных контактов контакторов, пере­ключателей и других аппаратов. Эти связи позволяют задавать необходимую последовательность пуска и оста­новки двигателей, запрещать выполнение операций в нежелательной последовательности, обеспечивать одно­временность работы приводов и т. д.

Большое значение имеет сигнализация о состоянии механизмов, которая обеспечивает контроль за работой отдельных двигателей, оповещает об аварийных режи­мах и указывает места повреждений. При этом приме­няется световая и звуковая сигнализация (см. также § 13-6). Световую сигнализацию часто осуществляют с помощью световой мнемонической схемы, расположен­ной на пульте управления оператора. Схема отображает работу конвейеров, придает наглядный вид процессу контроля и уменьшает вероятность ошибочных включе­ний. Звуковая сигнализация применяется для преду­преждения о предстоящем пуске механизмов, особенно если они удалены от пульта управления. При аварийной остановке конвейеров должны автоматически включать­ся сигнальные лампы аварийного участка на мнемони­ческой схеме, а также должен подаваться звуковой сиг­нал.

На рис. 5-8 показаны узлы схемы пусковой сигна­лизации. Перед пуском конвейеров оператор оповещает

обслуживающий персонал подачей звукового сигнала, который дается включением звонка Зв кнопкой КнЗв, Ответные сигналы с рабочих мест о готовности механиз­мов к работе подаются с помощью ламп ЛС1 и ЛС2, установленных на пульте и включаемых кнопками опо­вещения 1\н()1 и Кн02 через реле Р01 и Р02. После включения двигателей конвейеров размыкаются, вспо­могательные ¹ контак­ты контакторов КЛI и ^ш за о

ми конвейерами, пере­мещающими насыпные Рис. .5-8. Узлы схемы электрпчес- грузы из правого бун- кой сигнализации, кера в левый. Такие

линии действуют, в частности, на ряде заводов для транспортирования отходов, штамповки магнитопрово- дов статоров и роторов асинхронных машин. Линия со­стоит из трех конвейеров: горизонтальных 1 и 3 и на­клонного 2, приводимых в движение асинхронными двигателями- с короткозамкнутым ротором Д/—ДЗ. Во избежание завалов грузов пуск конвейеров на­чинается с включения двигателя Д1 нажатием кноп­ки КнП1. Контактор КЛ1, получая питание, свои­ми главными контактами подает напряжение на указан­ный двигатель. Затем последовательно (после нажатия кнопок КнП2 и КнПЗ, включающих контакторы КЛ2 и КЛЗ) пускаются двигатели Д2 и ДЗ. Пуск двигателя Д2 раньше пуска Д1 невозможен, так как в цепи катуш­ки контактора КЛ2 находится замыкающий вспомога­тельный контакт контактора КЛ1. Аналогично сблоки­рованы двигатели Д2 я ДЗ.

КЛ2. и сигнальные

На рис. 5-9 показа­на принципиальная₍ электрическая схема' управления двигателя­ми линии с ленточны-'

лампы отключаются.

Общая остановка всех конвейеров производится на­жатием кнопки КнС1. Отключаясь, контактор КЛ1 рвоими вспомогательными контактами разрывает цепи питания катушек КЛ2 и КЛЗ. Так как все двигатели отключаются практически одновременно, блокировка, обеспечивающая последовательность их отключения, не предусмотрена. При необходимости остановить только

конвейер 3 следует нажать кнопку КнСЗ. Двигатель 'ДЗ отключается, а Д1 и Д2 продолжают работать.

Схема управления обеспечивает: защиту от токов к. з. в силовой цепи и цепях управления предохраните­лями Пр1—ПрЗ и от длительных перегрузок двигате­лей тепловыми реле РТ1 — РТЗ; сигнализацию, указы­вающую, в каком состоянии при нормальных условиях эксплуатации находятся двигатели (красная лампа ЛК указывает на то, что двигатель работает, зеленая лампа ЛЗ — на то, что двигатель остановлен). В схеме не пре­дусмотрен контроль за состоянием ленты и другими по­вреждениями в конвейерах, так как за их работой на­блюдает обслуживающий персонал.

В схемах автоматизированных конвейеров с большим числом двигателей для упрощения управления-процес­сом пуска его производят одной кнопкой, с помощью которой включается последний по направлению потока движения материалов двигатель. Остальные двигатели включаются поочередно через замыкающие контакты контакторов ранее включенных двигателей. Для опро­бования и наладки конвейеров должна быть предусмот­рена возможность пуска и остановки с рабочего места любого из двигателей независимо от других.

Нередко возникает необходимость согласованного вращения нескольких двигателей, приводящих в. дви­жение параллельно работающие конвейеры. Для этой цели применяются различные системы синхронного вращения (электрического вала).

На ряс. 5-10, а изображена принципиальная электри­ческая схема двух согласованно движущихся конвейе­ров, приводимых в движение асинхронными, двигателя­ми Д1 и Д2^I, включенными по схеме двойного питания; Статорные обмотки двигателей подключаются к сети переменного тока постоянной частоты обмотки рото­ров питаются от преобразователя частоты ПЧ, который приводится во вращение двигателем Д через вариатор В. Статорные обмотки двигателя Д и преобразователя ПЧ подключены также к сети с частотой '/ь

Изменением передаточного числа вариатора можно получить различную угловую скорость ротора ПЧ и, следовательно, различную частоту тока /₂ его роторной

ВА

И I II ^Прг

Л

ПрЗ

Пр1

II П 11

X

РТ1

КнС! ^КнП1

РТЗ

'•^'Г'тш

Рис. 5-9. Электрическая схема управления двигателями совместно работающих конвейеров.

РТ2 -о^Г-

кнпг

клг кнсз ^к"^пз

км кнсг

Рис.-5-10. Электрическая схема управления двигателями согласован- но движущихся конвейеров.

цепи, что обеспечивает регулирование угловой скорости двигателей конвейеров. В машине двойного питания, как и в любой асинхронной машине, намагничивающие силы обмоток статора и ротора неподвижны одна относитель­но другой. Магнитный поток статора Ф] вращается от­носительно статора со скоростью о>1=2я/1 /р, соответст­венно поток ротора Ф₂ относительно ротора вращается с угловой скоростью Ю2 = 2я/2 1р- Ротор машины двойно­го питания будет вращаться в ту же сторону, что и пото­ки, С угловой скоростью (0 = 0)1 — ю 2=2я(Ь — и)1р (здесь р — число пар полюсов статора и ротора).

Если двигатели Д1, Д2 и неподвижный преобразова­тель ПЧ подключить к сети, то частоты токов статор- ной и роторной цепей двигателей будут одинаковы и, следовательно, двигатели Д1 и Д2 останутся неподвиж­ными: При вращении преобразователя частоты по полю статора частота /₂ наводимой в его роторе ЭДС Е₂ уменьшится, и двигатели конвейеров будут вращаться с угловой скоростью, пропорциональной разности частот Н — Н, так как частота ^ будет больше, чем частота /₂.

Все двигатели в приведенной системе согласованно­го вращения работают с одинаковой угловой скоростью как при равных, так и при разных нагрузках конвейе­ров, ибо увеличение, например, нагрузки на валу одного из двигателей приводит к возрастанию угла рассогласо­вания 021 (02г) между ЭДС его ротора Е_п (Е₂₂) и ЭДС ротора преобразователя частоты Е₂ (рис. 5-10, б); при этом увеличивается ток ротора /₂1 (/22) двигателя, а сле­довательно, и его момент.

Пуск конвейеров начинается с подачи операторами сигналов о готовности к работе каждого конвейера пу­тем нажатия кнопок КнГ1. КнГ2. При этом срабатывают реле РС1, РС2, загораются сигнальные лампы, а так­же подготавливается к включению цепь реле пуска РП. При нажатии пусковой кнопки КнП реле РП срабаты­вает и включает линейный контактор КЛ1, который че­рез ограничивающее сопротивление /?_0Гр подает одно­фазное напряжение на статорные обмотки преобразова­теля ПЧ и двигатели конвейеров Д1 и Д2. При этом роторы двигателей примут одинаковое (синфазное) по­ложение в пространстве относительно статоров, что ис­ключает выпадание машин из синхронизма при пуске.

Маятниковое реле времени РВ1, пристроенное к кон­тактору КЛ1, после отсчета выдержки времени, необхо­димой для поворота роторов двигателей и преобразова­теля частоты в синфазное положение, включит контак­тор КЛ2, который отключает контактор КЛ1 и подает трехфазное напряжение ,на двигатели Д1, Д2 и преоб­разователь ПЧ. Но так как частоты токов питания ста- торных и роторных цепей двигателей конвейеров и /2) одинаковы, двигатели останутся неподвижными.

После включения контактора КЛ2 с выдержкой вре­мени, создаваемой маятниковым реле РВ2, сработает контактор КЛЗ и начнется пуск двигателя Д, осуществ­ляемый контакторами КУ1 — КУЗ и контролируемый в функции времени при помощи реле РУ1 — РУЗ. Преоб­разователь ПЧ-будет приведен во вращение, в роторы двигателей Д1, Д2 начнет подаваться ток частоты /₂, и они станут синхронно вращаться. Отключение всей си­стемы производится нажатием одной из кнопок «Стоп» КнС, КнС1 или КнС2.

Такая система привода обеспечивает достаточно же­сткие механические характеристики, синхронное враще­ние и регулирование угловой скорости двигателей как нескольких параллельно работающих конвейеров, так и одного многодвигательного конвейера.

Управление группой двигателей конвейеров ' может производиться 'кнопками и переключателями управле­ния, которые находятся непосредственно у механизмов или на диспетчерском пункте. Централизованное управ­ление осуществляется обычно одной из кнопок, при на­жатии которой двигатели включаются автоматически в определенной последовательности. При этом способе управления оператор освобождается - от непосредствен­ного участия в пуске каждого механизма и дает только, начальный командный импульс на пуск и остановку конвейеров. Местное управление как самостоятельный режим применяется в том случае, когда конвейеры не связаны технологически друг с другом. Обычно этот ре­жим для автоматизированных конвейеров используется в качестве вспомогательного для опробования и прове­дения ремонтных работ.

При управлении транспортирующими .механизмами ПТС блокировочными зависимостями приходится охва­тывать не только- конвейеры, но и обслуживающие их устройства и механизмы. Типичной является, например, блокировка работы конвейеров с положением шиберов

(перекидных заслонок), направляющих поток насыпных грузов в одну или другую сторону.

На рис. 5-11 в качестве примера приведены схемы, иллюстрирующие некоторые принципы управления ПТС с тремя конвейерами 1—3, двумя бункерами Б1, Б2 а шибером Ш. Транспортируемый материал с конвейера 3 (рис. 5-11, а) через воронку с двумя рукавами подается

Рис. 5-11. Управление поточно-транспортной системой. '

а —- технологическая схема; б — мнемоническая схема на пульте; в —электри­ческая схема управления двигателем подающего конвейера.

на один из конвейеров 1 или 2. Во избежание завала или холостого" хода этих конвейеров необходимо приме­нить блокировку включения двигателей Д1 и Д2 (на рис. 5-11 не показаны) с положением шибера, которое фиксируется конечными выключателями ВК1 и ВК2. Если требуется, чтобы конвейер 3 подавал материал на конвейер 1, то шибер должен закрыть правый рукав воронки и открыть левый. При этом замыкается контакт ВК.1, а контакт ВК2 остается разомкнутым. Первым

включается контактор двигателя конвейера 1 и своим вспомогательным контактом КЛ 1 (рис, 5-11, в) позво­ляет включить контактор КЛЗ двигателя конвейе­ра 3.

Если требуется, чтобы конвейер 3 подавал материал на конвейер 2, то шибер перекрывает левый рукав во­ронки и открывает правый; при этом замыкается контакт ВК2 н последовательно включаются двигатели конвейе­ров 2 и 3. Остановка двигателей конвейеров 1 я 2 или закрытие соответствующего рукава воронки шибером вызывает отключение контактора КЛЗ и остановку дви­гателя конвейера 3.

• Для управления электроприводами конвейеров и ГГГС широко используется обычная релейно-контактная аппаратура: элекромагнитные контакторы с поворотным и прямоходовым якорем (серий К.Т64, МК и др.)> авто­матические выключатели с комбинированными раздели­телями (серий АП50, АЕ2000 и др.), путевые и конечные выключатели, кнопки управления (типов КЕ171, КМЕ5000 и др.).

В последние годы для автоматического управления механизмами непрерывного транспорта все больше при­меняется электроаппаратура слабого тока: малогаба­ритные.реле МКУ-48, телефонные и кодовые реле РК.Н, РПН и КДР-1, шаговые искатели, а также бесконтакт­ная аппаратура: индуктивные датчики, логические эле­менты и состоящие из них устройства (ячейки, моду­ли и др.).

Применение аппаратуры слабого тока дает возмож­ность уменьшить габариты панелей и пультов управле­ния, сокращает расход соединительных проводов, умень­шает мощность цепей управления, увеличивает безопас­ность обслуживания, так как в этом случае используется напряжение 48—60 В. Бесконтактные аппараты приме­няют как для управления, сигнализации и учета транс­портируемых грузов, так и для коммутации в цепях си­ловых элементов.

Для дистанционного и централизованного управле­ния конвейерами и ПТС широко применяют средства те­лемеханики (телесигнализация и телеконтроль) и управ­ляющие электронные машины, позволяющие следить за наличием нужных деталей в цехах, давать команду об изменении адреса следования грузов и т.д. [10].

Глава шестая

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

6-1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Металлорежущие, станки являются распространенны­ми производственными машинами, предназначенными для механической обработки заготовок из металла ре­жущими инструментами. Путем снятия стружки заго­товке придаются требуемая форма, размеры и чистота поверхности. На электромашиностроительных заводах механическая обработка занимает значительное место в общем процессе изготовления электрической машины в условиях крупносерийного и массового производства.

В зависимости от характера выполняемых работ, ви­да применяемых инструментов и формы образуемой по­верхности металлорежущие станки подразделяются на следующие девять групп: 1) токарные; 2) сверлильные и расточные; 3) шлифовальные; 4) комбинированные; 5) зубо- и резьбообрабатывающие; 6) фрезерные; 7) строгальные и долбежные; 8) отрезные; 9) разные: Внутри групп станки подразделяются на типы (модели).

В зависимости от технологических возможностей об­работки деталей разных размеров, форм и от характера организации производства различают станки: 1) уни­версальные и широкого назначения, слу­жащие для выполнения различных операций (например точения, сверления, нарезания резьбы и др.) и способов обработки (например, фрезерования и растачивания от­верстий) при обработке изделий многих наименований и типоразмеров; такие станки применяются при штучном и мелкосерийном производстве в ремонтных .цехах, мас­терских и т.д. 2) специализированные, предна­значенные для обработки деталей, сходных по форме, но имеющих различные размеры; такие станки исполь­зуются в серийном производстве; 3) специальные, служащие для- обработки деталей одного типоразмера; станки такого вида .применяются в крупносерийном и массовом производствах..

По массе и размерам различают станки: нормальные, имеющие массу до 10-10³ кг; крупные — массой от 10 до 30• 10³ кг; тяжелые —от 30 до 100* 10³ кг и уникаль­ные — свыше 100-10³ кг. По точности обработки разли­чают "сханки нормальной, повышенной, высокой и особо высокой точности (прецизионные)'.

6-2. ОСНОВНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЙ В СТАНКАХ, КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ '

Процесс получения на станках деталей определенной формы поверхности и размеров состоит в снятии с за­готовки лишнего металла инструментом, режущая кром­ка которого перемещается относительно заготовки. Не­обходимое относительное перемещение создается в ре­зультате сочетания движений инструмента и заготовки. Они называются основными или рабочими дви­жениям и. Их разделяют на главное (режуще е) движение (за счет него, инструмент производит реза­ние металла) и д в и ж е н и е п о д а ч и, которое служит для перемещения инструмента или обрабатываемой за­готовки (в зависимости от типа станка) для снятия слоя металла с целью придания детали определенной формы.

В зависимости от вида обработки основные движе­ния могут иметь различный характер. Так, при строга­нии сочетаются поступательное движение детали или инструмента (движение резания) и перпендикулярное к нему поступательное движение инструмента (подачи); при токарной обработке происходит вращение заготовки и поступательное движение инструмента (см. рис. 7-3); фрезерование осуществляется путем сочетания враща­тельного движения инструмента и поступательного дви­жения заготовки; при сверлении оба основных движе­ния совершает инструмент (см. рис. 8-1) и т. д.

Главные движения в станках осуществляются обыч­но при помощи электроприводов (иногда применяются и гидроприводы), движения подачи — либо через меха­ническую передачу от главного привода, либо от от­дельных электро- или гидроприводов.

Кроме основных движений в станках имеются вспо­могательные движения. Они непосредственно не участвуют в процессе резания, но необходимы для об­работки изделий, например: для установки инструмента, автоматического подвода его к заготовке и обратного отвода, контроля размеров в процессе обработки, пода­чи смазки и охлаждающей жидкости и т.д.

Передача движений в станках от двигателей к рабо­чим органам осуществляется кинематическими цепями механизмов станка. Структуру этих цепей, их взаимные связи и особенности можно проследить по кинемати­ческой схеме станка. По такой схеме легко рас- считываются скорости движения рабочих органов стан­ка или, наоборот, по заданным скоростям , движения рабочих органов находятся требуемые значения угловой скорости двигателей. Кинематическая схема нужна так­же для определения моментов, действующих на валу двигателя, КПД и т.п.

В качестве примера рассмотрим кинематическую схему вертикально-сверлильного станка 2А135. Главное движение стайка:—вращение шпинделя V (рис. 6-1). Движение от двигателя через клиноременную передачу 0 140 — 0178 передается на вал I коробки' скоростей, на котором находится тройной подвижный блок Би обеспечивающий валу II три частоты вращения. От ва­ла II через шестерни 34—48^I вращение передается ва­лу III, на нем расположен тройной подвижный блок шестерен Б₂, приводящий в движение полый вал IV, связанный шлицевым соединением со шпинделем V, ко­торый имеет девять частот вращения. Частота вращения шпинделя при соединении шестерен, указанных на рис. 6-1, с учетом упругого скольжения ремня передачи

п_ша = 1440-0,985 ¹⁴°'²⁷'³⁴'⁶⁵ « 742 об/мин. ^шп 178-55-48.34

Движение подачи осуществляется от шпинделя V через шестерни 27—50, коробку подач (в которой расположены трех- и четырехступенчатые блоки шесте­рен с выдвижными шпонками), предохранительную муф­ту М1 (служит для защиты механизма подач от поломок при перегрузках), вал IX, червячную передачу 1—47, зубчатую муфту М2, вал X и реечную шестерню 14, ко­торая находится в зацеплении с рейкой, нарезанной на гильзе шпинделя. Наибольшая подача в_тах определяет­ся из выражения

_ь _27-27.30-6(М .3 ₁₄.3 5._{14 =} ! _{6 мм}/об. ^тах 50-50-51-21 -47

■Вспомогательные движения - производятся вручную. Перемещение шпиндельной бабки осуществля­ется от рукоятки Р\ через червячную передачу 1—32 и реечную шестерню 18, сцепленную с рейкой т—2 мм, закрепленной на станине. Вертикальное перемещение стола производится посредством рукоятки Р2 через вал XI, конические, шестерни 16—43 и ходовой винт XII. Быстрое перемещение шпинделя с гильзой достигается поворотом штурвала III, связанного специальным зам­ком с валом X. Замок позволяет штурвалу свободно по­ворачиваться на валу X в пределах 20°, а при больших углах поворота — связывает их в одно целое.

6-3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СТАНКОВ '

Требования к электроприводам основных и вспомо­гательных движений. Одним из важнейших вопросов электрооборудования металлорежущих станков являет­ся выбор типа электропривода для основных движений. На этот выбор оказывает влияние ряд факторов: 1) ди­апазон и плавность регулирования скорости рабочего механизма; 2) характер нагрузки привода; 3) частота включений привода; 4) соотношение периодов машин­ного и вспомогательного времени работы станка; 5) энергетические показатели работы привода — КПД и коэффициент мощности; 6) надежность привода, про­стота его обслуживания и наладки.

Регулирование скорости приводов главного движе­ния станков производится в диапазоне от (3—6) до (100—120) : 1 и может быть осуществлено одним из сле­дующих способов: 1) механическим — изменением передаточного отношения от двигателя к рабочему ор­гану станка; 2) электрическим — изменением час­тоты вращения двигателя; 3) электромеханичес­ким— комбинированием двух первых способов. При этом механическое регулирование, как правило, явля­ется ступенчатым, а электрическое может быть ступен­чатым и бесступенчатым. .

Следует отметить, что механические характеристики электродвигателей главных приводов должны быть жест­кими. Перепад угловой скорости при изменении нагруз­ки на валу двигателя от холостого хода до номинальной не должен превышать 5—10%.

Нагрузка двигателя главного привода при регули­ровании скорости меняется по-разному для различных станков. Так, для станков с вращательным главным движением (токарных, карусельных, фрезерных и т.д.) мощность Р, подводимая к шпинделю станка, на значи­тельной части диапазона регулирования частоты враще­ния 0 — п_тах/пт1п должна быть постоянной (рис.6-2,а).

^пШп а) "тах ⁰ УтСп • б) ^тах.

Рис. 6-2. Зависимости мощности и момента -от частоты вращения и от скорости для главных приводов станков с вращательным (а) и возвратно-поступательным (б) движениями.

У станков с возвратно-поступательным главным движе­нием, например продольно-строгальных, наоборот, на большей части диапазона регулирования при рабочем ходе сохраняется постоянство момента нагрузки М (рис. 6-2,6).

Приводы подачи современных станков характеризу­ются значительным диапазоном изменения скорости (до 1000: 1 и более) при постоянстве момента нагрузки, определяемого наибольшим усилием подачи. Механи­ческая характеристика привода подачи а—1(М) дол­жна быть жесткой.

Применяются следующие типы приводов подачи:

-от главного привода через механическую передачу;

от отдельного электродвигателя; 3) от гидропривода. Осуществление подачи от главного привода позволя­ет сохранить постоянным установленное соотношение между скоростью подачи и частотой вращения шпинде­ля (планшайбы) станка, что является обязательным для выполнения таких работ, как нарезание резьбы, фрезе­рование И шлифование зубчатых колес и т.д. Вместе с тем при таком способе невозможно плавное изменение скорости подачи в процессе резания и значительно усложняется кинематика станка»

Выбор типа электропривода металлорежущих стан­ков. Для главных приводов токарных, фрезерных, рас­точных и других станков с редкими включениями, с не­большим диапазоном регулирования скорости при постоянной мощности применяют трехфазные коротко- замкнутые асинхронные двигатели, простые в управле­нии, надежные и удобные в эксплуатации. Регулирова­ние скорости рабочих органов в этом случае произво­дится переключением шестерен в коробке скоростей станка. Применяют также многсскоростные асинхрон­ные двигатели с переключением числа пар полюсов, что обеспечивает ступенчатое регулирование скорости и по­зволяет уменьшить размеры коробки передач.

На продольно-строгальных, кругло- и плоскошлифо­вальных и других станках, работающих с высоким ди­апазоном регулирования скорости при Л1 = сопз1 или в режиме частых реверсов, применяют системы электро­привода с регулированием угловой скорости двигателей постоянйого тока изменение^ напряжения на якоре, а именно Г—Д с МУ в качестве возбудителя, ТП—Д (тиристорный преобр ЙЗОВ8 тель — двигатель).

Привод подачи тяжелых токарных, карусельных, фре­зерных, расточных и некоторых других станков часто вы­полняется от отдельного электродвигателя. Это упро­щает кинематику.станка и облегчает его автоматизацию. Момент сопротивления М₀ на валу двигателя подачи создается в основном силами трения, возникающими при перемещении элементов станка. При пуске двигате­ля значение М_с будет больше, чем во время работы, так как коэффициент трения покоя цо>|л_ДВиж- Это обстоя­тельство следует учитывать при выборе типа двигателя.

Для отдельных электроприводов подачи небольших станков следует применять асинхронные короткозам- кнутые двигатели с повышенным пусковым моментом (типа АОП, АС). Регулирование скорости подачи в этом случае производится изменением передаточного числа Коробки скоростей или переключением числа пар полю­сов двигателя. В тех случаях, когда требуется плавное изменение подачи (например, в. тяжелых карусельных, фрезерных и шлифовальных станках)', применяют дви­гатели постоянного тока с питанием их по системе ПМУ—Д, Г—Д или ТП—Д.

В последнее время получили широкое применение гидроприводы для осуществления поступательных дви­

жении узлов станков, например силовых головок в аг­регатных станках, суппортов в гидрокопировальных и других,специальных станках и т.п. Гидроприводы также применяются в зажимных устройствах станков для за­крепления обрабатываемых деталей, в механизмах пе­реключения передвижных блоков шестерен в коробках скоростей и т. п.

1&

/±Л

а)

Рис. 6-3. Условные обозначения конструктивных исполнений электро­двигателей на кинематических схемах станков. а — на лапах; б — фланцевое; в — встроенное.

Выбор типа двигателей для станков. Для современ­ного станкостроения характерно стремление приблизить двигатель к рабочему органу станка, это позволяет упрос­тить кинематические цепи, снизить потери в передачах и сделать привод более компактным, что в свою очередь ведет к органическому слиянию электрической и механи­ческой частей станка. Это обстоятельство привело к при­менению на станках кроме двигателей нормального ис­полнения со станиной на лапах, двигателей специально­го исполнения со станиной без лап, имеющих фланец на подшипниковом щите. На рис. 6-3 показаны условные обозначения различных форм исполнения двигателей на кинематических схемах станков. Применение фланцевых двигателей, которые могут устанавливаться непосредст­венно на основание станка как горизонтально, так и вертикально, позволяет в ряде случаев упростить конст­рукцию станка, например, за счет изъятия конических шестерен, служащих для сочленения- взаимно перпенди­кулярных валов, и осуществить более компактную встройку двигателя в станок.

б)

Приводные двигатели станков должны быть защище­ны от вредного влияния окружающей среды (попадания в них машинного масла, эмульсии, металлической и аб­разивной пыли и др.). Если при работе станка не образу­

ется металлической пыли и исключено попадание в дви­гатель капель масла (эмульсии), то могут быть исполь­зованы защищенные двигатели. Во всех других случаях следует применять для привода станков закрытые дви­гатели с наружным обдувом или с естественным охлаж­дением. *

Двигатели переменного тока выбирают из серии 4Ас . короткозамкнутым ротором одно-, и многоскоростные, встраиваемые и повышенной точности (серий 4АВ и 4АП) преимущественно на синхронную частоту вращения, 3000 и 1500 об/мин, Двигатели постоянного тока выби­рают из новой серии 2П или специальные закрытые дви­гатели с естественным охлаждением серий ПС (без та- хогенератора), ИСТ и ПБСТ (с встроенным тахогенера- тором). Для следящих электроприводов используют малоинерцйонные двигатели с гладким якорем - серии ПГТ, допускающие кратковременную перегрузку по то­ку до 1кратк^8/_НОм при номинальном магнитном потоке. Для систем программного управления применяют шаго­вые двигатели и двигатели с печатными обмотками якоря типа ПЯ, а также специальные малоинерционные высо- комоментные (М_Кратк^7М_Ном) двигатели постоянного тока типа ПБВ с возбуждением от постоянных магнитов.

6-4. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ПРИВОДОВ СТАНКОВ

Для наиболее полного использования режущего ин­струмента и станка обработка изделий должна произво­диться при так называемой экономически выгодной (оп­тимальной) скорости резания, которая при работе станка с соответствующей подачей и глубиной резания должна обеспечить обработку детали с необходимой точностью и чистотой поверхности при "минимальных приведенных удельных затратах на обработку; производительность при этом будет несколько ниже наибольшей возможной, Оптимальная скорость резания зависит от твердости об­рабатываемого материала, свойств материала и геомет­рии режущего инструмента, а также от характера обра­ботки. На одном и том же станке могут обрабатываться детали разных размеров, из различных материалов и раз­личными инструментами, что является причиной изме­нения режимов резания. Например, на токарных станках при постоянной частоте вращения шпинделя я_шп с изме­нением диаметра обработки й₀вр. будет изменяться ско­рость резания, м/мин: .

о_г = лйобрПшд/ЮОО. (6-1)

Следовательно, частота вращения шпинделя станка определяется двумя факторами — диаметром с/обр и ско­ростью резания р_г. Рациональное использование станка требует изменения частоты вращения шпинделя при из­менении технологических факторов.

Регулировочные свойства механизмов станков харак­теризуются следующими показателями:

диапазоном регулирования И, который при вращательном движении рабочей части станка равен отношению максимальной угловой скорости (или часто­ты вращения) к минимальной

О ₌ вЦ'Ц.таж _ "шд,тах (6-2)

^ 4>шп,тпгп "шп.тй

для станков с поступательным движением —'определяет­ся отношением линейных скоростей: максимальной у_тах к минимальной т. е.

° = ^утаАш'п- (⁶"³)

Примерные значения диапазона регулирования скоро­сти для приводов главных движений Ь_г и приводов по­дач й_п некоторых типов станков даны в табл. 6-1;

плавностью регулирования, которая определяется отношением скоростей на двух соседних ступенях регулирования г и 1+1, т. е.

Ф = т+г/щ = со_г+1/а)_;. (6-4)

Это отношение называется коэффициентом регулиро­вания.

С уменьшением коэффициента ф возрастает плотность регулировочного процесса, которая в значительной сте­пени влияет на производительность станка.' В практике станкостроения чаще всего применяются значения ф= ==1,12; 1,26; 1,41; 1,58;

экономичностью регулирования, ха­рактеризуемой затратами на создание данной системы привода и стоимостью потерь энергии при регулировании скорости;

стабильностью работы привода, кото­рая характеризуется перепадом "скорости с изменением нагрузки на рабочем органе станка.

Таблица 6-1

Значения диапазонов регулирования скорости приводов главных движений и подач

	Диапазон регулирования для
	приводов
Тип станков
	главного движе»	движения
	ния	подачи Вп
Токарные (средние и крупные)	40—125	50—300
Карусельные (тяжелые)	40-100	100—7000
Радиально-сверлильные	20—100	5—40
Горизонтально-расточные (средние)	25—100	30—150
Фрезерные (универсальные)	20—40	100—600
Продольно-строгальные средних и	10—30	50—100
больших размеров

Механическое ступенчатое регулирование скорости главных приводов. На многих станках и до настоящего времени применяют трехфазные односкоростные асин­хронные двигатели с чисто механической системой регу­лирования скорости, осуществляемой путем переключе­ния шестерен коробки скоростей. В современных конст­рукциях коробок скоростей переключения производятся дистанционно: с помощью электромагнитных фрикцион­ных муфт, например в токарных станках средних разме­ров; гидравлических механизмов, например в тяжелых шлифовальных станках.

На рис. 6-4, а показан узел изменения угловой скоро­сти вала II путем переключения шестерен при помощи трех электромагнитных фрикционных . муфт Эм1—ЭмЗ. На рис. 6-4, б приведен узел включения и реверсирова­ния вала III при помощи механической фрикционной муфты (фрикциона) МФ, переключаемой гидроцилинд­рами 1ГЦ и 2ГЦ, реверсивный золотник РЗ которых управляется электромагнитами 1Э и 2Э.

Ступенчатое механическое регулирование угловой скорости, осуществляемое переключением шестерен ко­робки'скоростей, не обеспечивает для разных Диаметров обработки наиболее выгодную скорость резания. Сле­довательно, станок при изменении й₀бр не может обеспе­чить высокую производительность. Кроме того, коробка скоростей представляет собой довольно сложную и гро­моздкую конструкцию, стоимость которой возрастает с увеличением числа ступеней.

Электромеханическое регулирование скорости глав­ных приводов. Для упрощения кинематических схем станков небольших и средних размеров при ступенчатом регулировании угловой скорости применяют многоско­ростные асинхронные ' короткозамкнутые двигатели (двух-, трех- и четырехскоростные), На рис. 6-4, а я г

Рис. 6-4. Узлы переключения шестерен (а, б) и кинематические схе­мы коробок скоростей (в, г),

дано сопоставление кинематических схем коробок ско­ростей для получения на шпинделе 12 угловых скоростей при использовании для привода одно- и двухскоростного двигателя. Во втором случае количество шестерен умень­шилось на две, блоков переключения — на один, проме» жуточных валов — на один.

Более значительные результаты дает упрощение кине­матических схем работающего при постоянстве мощно­сти нагрузки главного привода тяжелых станков, в ко­торых применяются двигатели постоянного тока незави­симого возбуждения, позволяющие плавно регулировать угловую скорость с постоянством: мощности изменени­ем тока возбуждения ' двигателя в диапазоне А>_л= = {4—6) : 1 при постоянном напряжении на якоре. Но так как требуемый диапазон регулирования скорости главных приводов станков (80-Т-100) : 1, то приходит­ся" вводить механическое регулирование (коробку скоро- . стей) с Диапазоном

Амех ⁼ -О/Дэл = (60-4-120): (4-т-6) = (15-4-20); I. (6-5)

В некоторых случаях при комбинированной нагрузке диапазон электрического регулирования доводят до (8—12) : 1, используя при этом двигатели общепромыш­ленного назначения, для которых . обычно допускается а>тах= (1,6-г-2)(Оном, и двухзонное регулирование скоро­сти — ослаблением магнитного потока в диапазоне Аэл,ф= (1,6-г-2) : 1 в зоне высоких скоростей, где обычно мощность нагрузки постоянна, и изменением подводимо­го к якорю двигателя напряжения при Д,л,1У= (5-ИЗ) : I в зоне низких скоростей, где постоянен момент нагрузки. Если же во всем диапазоне Дэл мощность нагрузки по­стоянна, то требуется завышение установленной мощно­сти двигателя по крайней мере в Дэл.ц- раз, что в боль­шинстве случаев экономически невыгодно.

В обоих случаях' коробка скоростей станка оказыва­ется сравнительно простой, имеющей две — три механи­ческие ступени скорости.

Электрическое бесступенчатое регулирование скоро­сти главных приводов. Такой способ регулирования при­меняется в станках, скорость главного привода которых регулируется в диапазоне /)^(8-г-12) : 1 и до 40 : 1 при сохранении М_с«сопз1 в значительной части диапазона. В этом случае коробка скоростей с переключающими бло­ками заменяется редуктором, который имеет более прос­тую кинематическую схему,

В практике станкостроения для регулируемых приво­дов до настоящего времени широкое применение имеют приводы постоянного тока по системе Г—Д с ЭМУ в ка­честве возбудителя, обеспечивающие плавное регулиро­вание скорости и достаточно хорошие динамические ха­рактеристики. Для сохранения стабильности скорости при изменении нагрузки применяют различные системы автоматического регулирования, в которых используют­ся магнитные и полупроводниковые усилители.

В последние- годы для таких приводов вместо элек­тромашинных преобразователей, имеющих значительные габариты, невысокий КПД и большие эксплуатационные расходы, все. большее применение получают статические преобразователи на управляемых полупроводниковых вентилях — тиристорах, обладающие следующими пре­имуществами: меньшей стоимостью силовых элементов; более высоким КПД; не требуется применение фундамен­та; эксплуатация вентильного преобразователя проще, а надежность выше в сравнении с электромашинным преобразователем.

Регулирование скорости приводов подач. В приводах подач, характерные особенности которых были отмечены в § 6-3, используется механическое и электромеханиче­ское ступенчатое регулирование скорости, а также элек­трическое бесступенчатое регулирование. Мощность, не­обходимая для осуществления подачи, значительно мень­ше мощности главного привода, так как «под-СУгл, движ.

В станках небольших и средних размеров (токарно- винторезных, сверлильных, зубофрезерных и др.) пода­ча производится от главного привода через отдельную коробку передач, что позволяет сохранить постоянным установленное соотношение ь_иоя/п_ти, но в этом случае нельзя изменять скорость у_под в процессе резания и усложняется кинематическая схема станка.

Коробка подач может быть упрощена при ступенча­том электромеханическом регулировании скорости, кото­рое может быть осуществлено, например, при помощи - многоскоростных асинхронных двигателей.

При таком способе регулирования двигатель выбира­ется такой мощности, чтобы он мог обеспечить наиболь­ший приведенный к валу двигателя момент нагрузки

Ми, тах И Наибольшую уГЛОВуЮ СКОРОСТЬ (Птах, ПрОПОрЦИО-

нальную Опод, тах, т. е. его номинальная мощность

¹ ном

>М_П

. тах Ютах" Ю-³, (6-6)

и он будет полностью использоваться по мощности толь­ко при работе привода с максимальной скоростью. Вы­бранный двигатель необходимо проверить.по пусковому моменту из условия возможности трогания с места, ког­да Ро>Рдвнж.

Преимущества бесступенчатого электрического регу­лирования скорости приводов подач остаются теми же, что и для главных приводов. В простейшем случае такой привод можно осуществить с помощью электромагнит­ной муфты скольжения (ЭЛМ), связывающей асинхрон­ный короткозамкнутый двигатель с механизмом подачи. Муфта состоит (рис. 6-5, а) из двух механически не связанных частей: ведущей (якоря) 1, выполненной из ферромагнитного материала и связанной непосредствен­но или через передачу с валом приводного двигателя Д,

~380В

Рис. 6-5. Электропривод с электромагнитной муфтой скольжения.

а — схема включения элементов; б — механические характеристики муфты скольжения.

и ведомой части (индуктора, в продольные пазы которо­го закладывается обмотка возбуждения 3, присоединен­ная к контактным кольцам) 2, связанной жестко через ре­дуктор Ред с механизмом подачи РМ. Между якорем и индуктором имеется воздушный зазор. Якорь муфты вра­щается с такой же угловой скоростью, как и двигатель Д. Ведомая часть муфты при отсутствии в катушке тока не­подвижна. Когда по катушке проходит ток возбуждения /_в, то создаваемый им магнитный поток будет пересекать якорь и наводить в нем вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем индуктора создает вращаю­щий момент, вследствие чего ведомая часть муфты при­ходит во вращение.

На рис. 6-5, б сплошными линиями показаны механи­ческие характеристики привода с ЭЛМ. При одном и том же токе возбуждения с возрастанием частоты вращения индуктора момент, передаваемый муфтой, уменьшается, С ростом тока /_в при неизменном значении М_с угловая скорость ведомого вала муфты возрастает.

Для стабильного регулирования скорости подачи не" обходимо иметь более жесткие характеристики (пунк­тирные кривые на рис. 6-5, б). Это достигается путем ав­томатического регулирования по выходному параметру системы, т". е. по угловой скорости. На рис. 6-5, а дана схема такого привода с центробежным регулятором уг­ловой скорости, обеспечивающая диапазон регулирова­ния до 8 : 1 при перепаде скорости не более 15%.

При пуске двигателя Д контакт центробежного регу­лятора РЦ остается замкнутым до тех пор, пока скорость ведомого вала не достигнет установленного значения, при котором центробежное усилие вызывает размыкание контактов РЦ. В цепь первичной обмотки трансформа­тора Тр вводится сопротивление Я, это вызовет сниже­ние напряжения (У₂т и уменьшение тока /„. Следователь­но, уменьшатся момент муфты и скорость.ведомого вала, а контакты регулятора РЦ вновь замкнутся. Это приве­дет к увеличению момента муфты и возрастанию скоро­сти и т. д. Такой режим вибрационного регулирования обеспечивает поддержание средней скорости муфты на заданном уровне, установка которого производится воз­действием на винт центробежного регулятора, изменяю­щего степень сжатия пружины, при помощи которой про­изводится замыкание контактов РЦ.

Путем введения обратной связи по скорости, осуще­ствляемой тахогенератором и усилителем, можно обес­печить более точное регулирование скорости привода при большем диапазоне.

При работе муфты в якоре возникают выделяемые в виде тепла потери мощности, которые пропорциональны передаваемому моменту и скольжению. Коэффициент по­лезного действия привода г)_эп с электромагнитной муфтой определяется выражением

-Нэп— Ла.д(1 —«)»' . (6-7)

где Ла,д — КПД приводного асинхронного двигателя;

5 — скольжение муфты.

При глубоком регулировании скорости КПД привода резко уменьшается, поэтому привод с ЭЛМ целесообраз­но применять для механизмов подач с максимальной мощностью до 1,2—1,5 кВт при диапазоне регулирования (4—6) : 1. Преимуществами такого привода являются:

Рис. 6-6. Принципиальная схема электропривода серии ПМУ-П.

простота и надежность, плавность пуска и регулирова­ния скорости, большой срок службы и удобство управ­ления.

При необходимости более глубокого регулирования (свыше 10: 1) для приводов подач применяют двигате­ли постоянного тока, частота вращения которых регули­руется изменением подводимого к якорю напряжения, по­лучаемого от отдельного управляемого преобразователя в виде ЭМУ, ПМУ или ТП. В настоящее время для регу­лируемых приводов подач преимущественное применение имеет система ТП—Д.

На рис. 6-6, а приведена принципиальная схема при­вода серии ПМУ-П, разработанного в ЭНИМС и приме­няемого для подачи токарно-револьверных, шлифоваль­ных и других станков. Якорь двигателя постоянного то­ка Д питается от сети переменного тока через рабочие обмотки трехфазного магнитного усилителя ПМУ че­рез выпрямитель В2. Магнитный усилитель имеет две об­мотки управления: задающую которая питается от отдельного выпрямителя через триод ПТ4; смещения Шз, магнитодвижущая сила (МДС) которой выбрана так, что при отсутствии тока в обмотке магнитный усили­тель закрыт. . ' '

Для получения жестких механических характеристик двигателя Д (рис. 6-6, б) в системе имеется отрицатель- пая обратная связь по скорости, осуществляемая при. помощи тахогенератора.'/Т и промежуточного усилителя НУ па триодах //77, Г1Т2 и ПТ4. Задающее напряжение 6/₃, снимаемое с потенциометра ПЗ, сравнивается с на­пряжением (У₀,с тахогенератора, и их разность подается на вход усилителя ПУ, выходной сигнал которого посту­пает на обмотку и определяет напряжение на якоре двигателя Д. Вход усилителя шунтирован диодами Д1 и Д2, которые защищают триод ПТ1 от перенапряжений, возникающих при резких изменениях задающего напря­жения (нуск, остановка и др.). Рассматриваемая схема имеет еще внутреннюю положительную связь, создавае­мую постоянной составляющей тока в рабочих обмотках ■ %Ю\, включенных последовательно с диодами В1. С рос­том тока двигателя /й увеличивается и постоянная со-, ставляклцая ./<*, что приводит к увеличению подмагничи- вания ПМУ, росту напряжения на ^- его выходе и к соот­ветствующей компенсации падения угловой скорости с увеличением нагрузки. Механические характеристики двигателя (рис. 6-5, б) в рассматриваемой схеме полу­чаются достаточно жесткими, что обеспечивает регули­рование угловой скорости в диапазоне до 100 : 1. В схеме имеется узел токовой «отсечки», состоящий из трансфор­матора тока ТТ, выпрямителя ВЗ, диодов ДЗ и Д4 и трио­да ПТЗ.

Недостатком приводов серии ПМУ-П является срав- ' нительно большая инерционность. Повысить быстродей­ствие привода, что важно для ограничения нагрузок ме­ханизмов подач, возможно путем применения быстродей­ствующих магнитных усилителей.

Более высоким быстродействием и жесткими механи­ческими характеристиками обладают приводы с тирис- торными преобразователями для управления двигателя­ми постоянного тока, схемы которых будут рассмотрены ниже.

6-5. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СТАНКОВ

Необходимая для работы станка мощность, а следо­вательно, и мощность, развиваемая приводным двигате- . лем, в общем случае изменяются в процессе обработки детали. При изготовлении однотипных деталей с окон­чанием обработки одной из них станок останавливается, производится измерение и смена заготовки, причем на это время (1р) двигатель обычно отключается или отклю­чается посредством фрикционной муфты шпиндель, а двигатель продолжает работу на холостом ходу. Затем начинается обработка новой детали в течение времени (_р и т. д. Для обеспечения нормальной работы станка при подобной переменной нагрузке двигатель должен удов­летворять двум условиям: развивать наибольшую мощ­ность, требуемую в процессе обработки, и не перегре­ваться свыше нормы при работе с переменной нагрузкой.

В продолжительном режиме с постоян­ной нагрузкой (51) работают главные приводы крупных токарных, карусельных, шлифовальных, зубо- фрезерных и других станков. Номинальная мощность двигателя в этом случае должна быть выбрана равной или немного большей номинальной мощности станка, оп­ределяемой по наибольшей мощности резания.

Перемежающийся .режим работы с частыми реверсами (57) характерен, например, для главного привода продольно-строгальных станков. Мощность двигателя здесь выбирается по нагрузочной диаграмме методом средних потерь или эквивалентных величин.

В повторно-кратковременном режиме (53 или 54) работают электроприводы многих металло­режущих станков (например, сверлиль-ных, заточных, ав­томатов и др.). Мощность двигателя в этом случае опре­деляется также методом средних потерь или эквивалент­ных величин.

В кратковременном режиме (52) работа­ют вспомогательные приводы станков (например, приво­ды быстрых перемещений суппортов и поперечин, при­воды зажимных устройств и др.). Время работы вспомо­гательных приводов обычно незначительно и составляет 5—15 с для небольших станков и 1—1,5 мин для круп­ных станков. Номинальная мощность двигателя вспомо­гательных приводов определяется условиями перегрузки. •

Машиностроительные предприятия имеют большой парк металлорежущих станков с асинхронными двигате­лями. Недогрузка этих двигателей приводит к увеличе­нию непроизводительного.расхода электроэнергии из-за снижения КПД двигателей и к уменьшению общего соз ф предприятия, так как в его электрической нагрузке возрастает доля реактивной мощности. В результате ухудшается использование мощности питающих пред­приятие трансформаторов и линий электропередачи, уве­личиваются потери энергии в системе электроснабжения. Поэтому приходится устанавливать компенсирующие устройства, повышающие коэффициент мощности до нор­мы. С этой же целью следует стремиться к более полной загрузке двигателей и к сокращению или исключению холостого хода.

6-6. ВЫБОР СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СТАНКОВ

Эксплуатационные качества станка, такие как произ­водительность, удобство обслуживания и надежность ра­боты, в большой степени зависят от системы управления его механизмами. Общее направление развития совре­менного станкостроения — автоматизация опера­ций управления рабочими движениями и максимальное упрощение операций управления вспомогательными движения- м и, которые иногда выполняются вручную. При автома­тизации управления облегчаются условия труда рабоче- го-станочника, который освобождается от тяжелых физи­ческих усилий и монотонных утомляющих движений, от необходимости запоминания зачастую сложной последо­вательности выполнения операций по управлению стан­ком.

В соответствии с назначением и конструктивными осо­бенностями станка, а также характером технологическо­го процесса, система управления станком разделяется обычно на ряд цепей, которые могут работать независи­мо либо должны быть взаимно связаны или сблокирова­ны. К системе управления станком предъявляются сле- дующиедребования:

безопасность и удобство управления — достигается расположением органов управления в легкодоступных местах, чтобы рабочему не приходилось много ходить во­круг станка;

быстрота управления, т. е. на операцию управле­ния должно затрачиваться тем меньше времени, чем чаще она производится;

точность системы управления, которая устанавли- ' вается в зависимости от назначения системы и выполняе­мой ею функции.

В настоящее время в системах управления станками применяются механические, электрические, гидравличе­ские, пневматические устройства и их сочетания.

Механические элементы и средства автоматизации широко используются для управления рабочими и вспо­могательными движениями в станках-автоматах и полу­автоматах, предназначенных для крупносерийного и мас­сового производства типовых деталей (например, в со­временных токарно-револьверных автоматах).

Гидравлическое управление находит широкое приме­нение в агрегатных, копировальных и других станках бла­годаря его простоте, быстродействию, плавности хода эле­ментов гидропривода, уменьшающему вибрацию станка. Гидравлические системы управления имеют и недостат­ки; связи между отдельными элементами осуществляют­ся посредством рычагов и маслопроводов, что усложняет конструкции станков;, при эксплуатации в гидросистеме могут нарушиться уплотнения и появляется течь; в стан­ке постоянно находится большое количество масла, ко­торое необходимо периодически менять.

В последние годы непрерывно расширяется примене­ние в станкостроении пневматических устройств управ­ления. Пневматические элементы и системы большей частью применяются в сочетании с гидравлическими или электрическими элементами. В таких системах движущая сила создается сжатым воздухом, а гидравлическая или электрическая аппаратура используется для регулирова­ния скорости перемещения.

К настоящему времени наибольшее распространение получили электрические системы управления металлоре­жущими станками. Применение электрических элементов

и устройств управления облегчает проведение широкой унификации и стандартизации узлов станка, что снижает его стоимость.

Электрическая автоматизация станков обладает зна­чительными преимуществами перед всеми другими спо­собами автоматизации, обеспечивая удобную эксплуата­цию и простую наладку станка, расширяя тем'самым воз­можности создания и применения станков-автоматов. В некоторых случаях эффективно применение смешанных систем управления, например: гидравлики или пневма­тики для выполнения силовых функций, а электрических устройств — для управления ими. Такие системы управ­ления . получили название электрогидравлических или электропневматических.

6-7, ТИПОВЫЕ БЛОКИРОВОЧНЫЕ СВЯЗИ В СХЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ

Для выполнения рабочего цикла в схемах автомати­ческого управления станками должна быть взаимосвязь между различными режимами работы одного и того же ме­ханизма или между отдельными механизмами станка. В станках различных типов и модификаций можно отме­тить некоторые типовые взаимосвязи, призванные осу­ществлять следующие режимы.

а) Наладочный и рабочий режимы станка. В рабочем режиме привод станка работает длительно.или повторно-кратковременно, что обусловливается выполнением производственных операций. Нала­дочные операции производятся для опробования отдельных узлов станка, для проверки правильности установки заготовки и инстру­мента. Этот режим характеризуется кратковременными включения­ми ненагруженного привода при малых угловых скоростях двигате­ля (если регулируется скорость привода). На рис. 6-7 приведены схемы согласования наладочного и рабочего режимов привода с асинхронным двигателем. Для длительного режима (рис. 6-7, а) на­жимается кнопка КнП, получает питание контактор КЛ, который главными контактами включает двигатель Д, одновременно замы­кающим контактом блокирует кнопку КнП, поэтому после кратко­временного нажатия эта кнопка может быть отпущена.^л

Для наладочного режима используется двухконтакт­ная кнопка КнТо'лч, При нажатии этой кнопки ее раз­мыкающий контакт деблокирует кнопку КнП, а через замыкающий контакт получает питание контактор КЛ и включается двигатель, который будет работать в течение времени воздействия на кнопку КнТолч. Кратковремен­ными нажатиями на эту кнопку можно заставить двига­

тель работать в импульсном режиме со средней угловой скоростью, значительно ниже номинальной.

■к л КН ТоЛЧ.

I —о"""''—

I

Ж

Взаимосвязь между наладочным и рабочим режимами может быть осуществлена путем введения промежуточ­ного реле РП (рис. 6-7, б), заменяющего двухконтактную кнопку КнТолч. Аналогичные схемы для получения нала­дочного режима применяются в приводах с многоскорост-

кнс ^КнП ™

—оЩ^р— г—Ст** ! 1

Рис. 6-7. Принципиальная схема взаимосвязи наладочного и рабоче­го режимов.

ными асинхронными двигателями, а также в приводах постоянного тока, управляемых по системе Г—Д или ТП—Д.

б) Ограничение перемещений и точная остановка механизмов станка. Применяется для исключения столкновения между отдель­ными подвижными элементами или для предупреждения выхода узлов станка из нормального зацепления с ведущим звеном кинема­тической цепи. Например, в плоскошлифовальных, продольных стро- гально-фрезерных и других станках совершаемый столом путь огра­ничивается конечными выключателями, которые переключаются упо­рами, расположенными на столе (гл. 9).

На рис. 6-8, а показана схема отключения привода вращения обрабатываемого изделия круглошлифоваль- цого станка дри выходе круга из зоны шлифования. В та­ких станках поступательное перемещение шлифовальной бабки производится обычно от гидропривода. В исход­ном положении механизма размыкается контакт конеч­ного выключателя ВК и двигатель Д автоматически от­ключается. Для интенсивного торможения привода кру­га используется электромеханический тормоз Э.мТ,

Следует отметить, что гидравлические устройства поз­воляют просто обеспечить работу механизма'подачи на жестком упоре, а затем, изменить направление его пере­мещения. На рис. 6-8, б показана принципиальная схема управления гидроприводом подачи станка. При подходе к крайнему положению механизм становится на жесткий

КНП КЛ

Рис. 6-8. Схемы отключения двигателя при ограничении перемещения механизма.

кнс '-оЗЦр

РВ

ВК 9

-о-

ць-л.

РК I РК ВИН 9

РК

? •

РК I -

С)

ия

КнН

о^-^ ЭмН

а — для привода вращения изделия круглошлифовального станка; б- гидропривода подачи агрегатного станка.

упор, срабатывает конечный выключатель В К и реле вре­мени РВ начинает отсчет длительности остановки на упо­ре. По истечении установленной выдержки времени вклю­чается промежуточное реле РК и дается импульс на включение электромагнита ЭмН, который переключает гидропривод на отвод механизма в исходное положение, контролируемое выключателем ВКИ.

-для

в) Согласование работы отдельных приводов. В крупных стан­ках между отдельными рабочими органами часто не бывает меха­нической связи, поэтому возникает необходимость в определенной последовательности введения их в работу, а также должна соблю­даться очередность отключения главного привода и привода пода­чи, должна своевременно подаваться смазка и т. д. Так, в металло­режущих станках, имеющих отдельный привод подачи, во избежа­ние поломки инструмента главный привод должен включаться первым. При поступлении команды на отключение, наоборот, главный привод должен останавливаться после остановки привода подачи.

Указанную последовательность работы приводов обес­печивает схема, показанная на рис. 6-9.

23Д.

Первоочередность включения главного привода здесь обеспечивается введением в цепь катушки контактора КП- замыкающего контакта контактора КГ. При нерабо­тающем приводе подачи контактор главного привода КГ отключается без выдержки времени после нажатия кноп­ки КнС1. Для отключения главного привода при рабо­тающем приводе подачи следует длительно нажать на

^.

[]

РП

кг

-о

КнП1

РТ1

ш и

кнсг

КП

РП

■ < ■

\ \ \*^г\ \ V

КП.

КиП2

сэ Н^^^тОг^'

КИС1

и

Рис. 6-9. Схема согласования работы главного привода и привода по­дачи станка.

кнопку КнС1. При этом теряет питание промежуточное реле РП, обесточивается контактор КП и отключается двигатель подачи Д2. Отключение главного привода с двигателем Д1 произойдет через некоторе время, обу­словленное уставкой реле времени РВ, катушка которо­го подключена параллельно катушке контактора КП. При кратковременном воздействии на кнопку КнС1 вновь включится реле РП, и если к этому моменту реле РВ не сработало, то главный привод не отключится после от­ключения привода подачи.

6-8. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ

В системах управления станков и автоматических ли­ний нашли широкое применение низковольтные электри­ческие аппараты, серийно выпускаемые отечественной промышленностью: магнитные пускатели, контакторы, реле напряжения и тока, электромагниты и электромаг­нитные муфты, путевые выключатели и переключатели, автоматические выключатели и др.

Рассмотрим технические особенности новых типов управляющих аппаратов, многие из которых специально спроектированы'для использования на станках.

Магнитные пускатели серий ПАЕ и ОМА предназна­чены для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором мощностью 17—75 кВт при напряжении сети 380 В, а также для за­щиты их от продолжительных перегрузок и токов, возни­кающих при обрыве одйой из фаз. Основное исполнение пускателей: с электромагнитом постоянного и перемен­ного тока, реверсивные и нереверсивные, с тепловым и без теплового реле, открытого и защищенного исполне­ний, без кнопок и с кнопками управления и сигнальной лампой. Номинальный ток контактов главной цепи пуска­теля 40, 63, 110 и 160 А, контактов вспомогательной це­пи — 6 А.

Для защиты силовых цепей от к. з. и чрезмерных пе­регрузок в последние годы широкое применение получи­ли автоматические выключатели (автоматы). Отечест­венная промышленность выпускает однополюсные авто­матические выключатели для однофазного переменного тока, трехполюсные для трехфазного тока и двухполюс­ные для .постоянного тока. Трехполюсный автоматический выключатель может быть снабжен: тремя электромаг­нитными расцепителями максимального тока, которые практически мгновенно (^_ОТк~ 0,015-^0,02 с) отключают аппарат при токах, превышающих номинальный в 6—10 раз, или тремя тепловыми расцепителями, которые от­ключают аппарат при продолжительных перегрузках на 25% за время не более 20 мин, и на 200—250% в течение 5—30 с.

Применяются также автоматические выключатели с комбинированными расцепителями (токовыми, тепловы­ми и минимального напряжения). Автоматический вы­ключатель одновременно заменяет вводный выключатель, предохранители и тейловые реле. Их применение обес­печивает при срабатывании защиты отключение всех трех фаз. В станкостроении получили применение следующие типы автоматических выключателей:

АП50 — на /вом-^^бО А при номинальном напряжении до 380 В переменного тока и 220 В постоянного тока, с но­минальными токами расцепителей от 1,6 до 50 А, ток мгновенного срабатывания (отсечка) может устанавли­ваться 5,7 и 10 /ном;

АК.50 — на /_Ном=50 А при Уном^400 В переменного и 220 В постоянного тока, на /_Ном,эм,расц от 5 до 50 А при токах отсечки 5 и 10/_Но_М. Для пуска и защиты асинхрон­ных двигателей рекомендуется применять выключатели с /отс=Ю /_Ном, для защиты вентилей полупроводниковых преобразователей — с /_ОТс=5 /_ном;

АЕ2000 — на /_Ном=Ю, 25, 63 и 100 А для установки в электрических цепях напряжением до 500 В перемен­ного и до 220 В постоянного тока, с комбинированным расцепителем на /_отс—12 /ном ±20 % • Выключатели изго­товляются с передним и задним присоединением проводов, имеют температурную компенсацию, позволяют регули­ровать ток уставки теплового расцепителя в пределах от 6,95 до 1,15/_Ном, могут быть встроены в комплектные устройства.

Тиристорные переключатели ПТМ предназначены для бесконтактного управления асинхронными двигателями мощностью до 5 кВт, электромагнитами и другими на­грузками переменного и постоянного тока и применяют­ся для работы в системах электропривода и промышлен­ной'автоматики. При соответствующих соединениях с помощью ПТМ реализуются включение (/вкл^Ю мс), отключение, реверс, динамическое торможение ^15 мс) нагрузочных устройств при числе коммутируе­мых фаз до трех.

Реле токовые тепловые серии РТТ предназначены для защиты трехфазных двигателей с короткозамкнутым ро­тором от длительных перегрузок (/_Пер^1,2—1,3/_Но_М), а также от перегрузок, возникающих при обрыве одной из фаз. Реле выпускаются на номинальные токи 10, 25, 63 и 160 А, допускают регулирование тока несрабатыва­ния в пределах (0,85—1,0)/_Ном,теп,элем, имеют ускоренное срабатывание при обрыве одной из фаз и другие особен­ности.

Реле промежуточные универсальные электромагнит­ные серии РПУ-4 предназначены для работы в цепях управления электроприводами напряжением до 440 В частоты 50 Гц и 220 В. Втягивающие катушки реле могут питаться как переменным током (б'ном.кат от 12 до 440 В), так и постоянным ((У_ном,_Кат от 12 до 220 В), номинальный и длительно допустимый ток контактов — 6 и 10 А. Кон­тактная система и частично электромагнит закрыты про­зрачным кожухом от случайного прикосновения и по­падания пыли,

Электромагнитные муфты. В станкостроении широко применяются многодисковые фрикционные электромаг­нитные* муфты со смазкой, которые используются для пуска, торможения; реверсирования и дистанционного пе­реключения на ходу ступеней скорости кинематических цепей станков в главном приводе и в приводах подачи. Электромагнитные муфты позволяют переключать ско­рости и подачи во время работы станка как вхолостую, так и под нагрузкой.

Выпускаемые электромагнитные муфты рдссчитаны на номинальный передаваемый момент 250—1600 Н-м и в режиме проскальзывания передают момент 16—1000 Н-м. Для питания муфт используют постоянный ток напряже­нием 24 В, получаемый от полупроводниковых выпрями­телей.

Глава седьмая '

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

7-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Станки токарной группы относятся к наиболее рас­пространенным металлорежущим станкам и широко при­меняются на промышленных предприятиях, в ремонтных мастерских и т. п. В эту группу входят: универсальные токарные и токарно-винторезные, револьверные, токар- но-лобовые, карусельные, токарно-копировальные стан­ки, токарные автоматы и полуавтоматы.

На токарных станках производится обработка на­ружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вра­щения цилиндрической, конической и фасонной формы, а также прорезка канавок, нарезка наружной и внут­ренней резьбы и т.д. Режущими инструментами на то­карных станках служат в основном резцы, но применя­ются также и сверла, развертки, метчики, плашки и др.

Характерной особенностью станков токарной группы является осуществление главного движения за счет вра­щения обрабатываемой детали. Подача режущего ин­струмента производится путем поступательного переме­щения суппортов.

Наибольшее применение получили универсальные токарно-винторезные станки, на которых выполняются всевозможные токарные работы. В электромашиностро­ении на токарных станках производится обточка валов, подшипниковых щитов и других деталей электрических машин. На рис. 7-1 показан обший вид универсального токарно-винторезного станка. Основные узлы станка: станина 1, передняя (шпиндельная) бабка 2 с коробкой скоростей и шпинделем 5, суппорт 4, задняя бабка 5,

коробка подач 6, фартук 7 и шкаф с электрооборудова­нием 8.

Станина является основной несущей конструкцией станка. По направляющим станины перемещается ниж­няя каретка суппорта, а также задняя бабка. Шпиндель представляет собой полый вал, через который можно пропускать прутковый материал при обработке его на станке. На шпиндель навертывается патрон либо план­шайба для закрепления обрабатываемого изделия, а также может устанавливаться передний центр при об­работке изделия в центрах.

Суппорт служит для закрепления режущего инстру­мента (резца) и сообщения ему движений подачи: про­дольной и поперечной. Фартук соединен с нижней ка­реткой суппорта и перемещается вместе с ней вдоль ста­нины. Движение суппорту передается через механизм фартука от ходового вала либо от ходового винта, ко­торые получают вращение от коробки подач. Ходовой винт используется при нарезании резьб, ходовой вал — при всех других видах обработки. Задняя бабка ис­пользуется как вторая опора при обработке в центрах сравнительно длинных изделий. Она имеет выдвижную пиноль, в которой закрепляется задний центр или режу­щий инструмент для обработки отверстий — сверла, мет­чики, развертки и др.

Токарно-револьверные станки предназначены для обработки в серийном производстве деталей сложной формы, в том числе болтов, гаек и др. Процесс обра­ботки на этих станках состоит из нескольких последова­тельных операций, во время которых используются раз­личные инструменты: резцы, сверла, метчики и др., за- . крепленные в так называемой револьверной головке, ко­торая устанавливается на суппорте. В электромашино­строении токарно-револьверные станки применяются для обработки подшипниковых щитов, втулок и цажим- ных конусов коллекторов электрических машин. Приме­нение этих станков повышает производительность труда в 2—3 раза по сравнению с обработкой на токарно-вин- торезных станках.

На рис. 7-2 показан общий вид токарно-револьвер- ного станка, основными узлами которого являются: ста­нина /, фартуки 2- поперечного суппорта 5 и суппорта 6 револьверной головки, коробка подач 3, шпиндельная бабка 4, револьверная головка 7. При обработке заго­товки инструменты поочередно вводятся в работу путем поворота револьверной головки вокруг своей оси. Суп­порт с головкой может Совершать быстрые продольные перемещения по направляющим станины. Револьверные головки обычно имеют шестигранную форму, режущие .инструменты закрепляются в радиальных отверстиях (гнездах) головки.

Карусельные станки являются разновидностью то­карных станков. Их применяют для наружной обточки

и внутренней расточки цилиндрических поверхностей, обточки торцов на крупных деталях большого диамет­ра (до 13 м и более), но.сравнительно небольшой дли­ны, например: заготовок зубчатых колес, дисков паровых турбин и др. _ »

На рис. 7-3 показан общий вид тяжелого двухстоеч- ного карусельного станка. Обрабатываемая деталь за­крепляется на горизонтальной планшайбе 1, размещен­ной на станине 2, и обтачивается резцами, установлен­ными на левом 5 и правом 7 верхних суппортах, а также на боковом суппорте 9. Верхние суппорты располо­жены на поперечине (траверсе) 6, которая перемещает­ся по двум стойкам 3 и 8. Боковой суппорт может пе­ремещаться вдоль стойки 8. Управление электроприво­дами станка может осуществляться при помощи подвесной кнопочной станции 4.

Как уже отмечалось выше, станки токарной группы весьма разнообразны по назначению, которое и опреде­ляет их конструктивные особенности. Подробные сведе­ния о конструкциях и кинематических схемах как токар­ных, так и других металлорежущих станков можно най­ти в [8].

7-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Диапазон регулирования частоты вращения шпинде­ля токарных станков достигает (80—100) : 1. При этом желательно иметь по возможности плавное ее измене­ние с тем, чтобы во всех случаях обеспечить наиболее выгодную скорость резания.

Для станков токарной группы, в которых главное- движение является вращательным, требуется обычно постоянство мощности в большей части диапазона из­менения скоростей и только в. области малых скоро­стей— постоянство момента, равного наибольшему до­пустимому по условию прочности механизма главного движения (рис. 6-2,а). Малые частоты вращения' пред­назначаются для специфических видов обработки: наре­зания резьбы метчиками, обточки сварных швов и др.

В главных приводах токарных и карусельных стан­ков широкого назначения малых и средних размеров основным типом привода является привод от асинхронно­го короткозамкнутого двигателя. Асинхронный' двига­тель конструктивно хорошо сочетается с коробкой ско­ростей станка, надежен в эксплуатации и не требует специального ухода. Регулирование- частоты вращения шпинделя станка в таком приводе осуществляется пу­тем⁵'переключений шестерен коробки скоростей.

В токарных станках малых размеров пуск, останов­ка и изменение направления вращения шпинделя часто производятся с помощью фрикционных муфт. Двигатель при этом остается подключенным к сети и вращается в одном направлении.

Для главного привода некоторых станков применя­ются многоскоростные асинхронные двигатели. Исполь­зование такого привода целесообразно, если оно приво­дит к упрощению коробки скоростей или когда требует­ся яереключение скорости шпинделя на ходу.

Тяжелые токарные и карусельные станки, как пра­вило, имеют электромеханическое ступенчато-плавное регулирование скорости главного привода с использо­ванием двигателя постоянного тока. Сравнительно про­стая коробка скоростей таких станков дает две.— три ступени угловой скорости, а в интервале между двумя ступенями осуществляется в диапазоне (3—5) : 1 плав­ное регулирование угловой скорости двигателя измене­нием его магнитного потока. Это, в частности, обеспе­чивает возможность поддерживать постоянство скоро­сти резания при точении торцевых и конусных поверхностей. При наличии в заданном диапазоне час­тоты вращения шпинделя участка с постоянством мо­мента нагрузки целесообразно применить двухзонное электрическое регулирование угловой скорости двига­теля. Это позволяет упростить коробку скоростей (умень­шить число ступеней скорости) и повысить использова­ние двигателя в зоне постоянства момента нагрузки. Особенностью главного привода карусельных - станков является большой момент сил трения в начале пуска (до 0,8 М_Ном) и значительный момент инерции план­шайбы с деталью, превышающий на высоких механиче­ских скоростях в 8—9 раз момент инерции ротора элек­тродвигателя. Применение в этом случае электроприво­да постоянного тока обеспечивает, плавный пуск с постоянным ускорением.

" В- цехах машиностроительных заводов обычно нет сети постоянного тока, поэтому для питания двигателей тяжелых станков устанавливают отдельные преобразо­вательные устройства: электромашинные (система Г—Д) или статические (система ТП—Д).

Бесступенчатое электрическое регулирование скоро­сти (двухзонное) применяют при автоматизации стан­ков со сложным циклом работы, что позволяет легко переналаживать их на любые скорости резания (напри­мер, некоторые токарно-револьверные автоматы). Бес­ступенчатое электрическое регулирование скорости главного привода используется также для некоторых прецизионных токарных станков. Но во всех этих случа­ях диапазон регулирования скорости при постоянстве мощности нагрузки не превышает (4—5) : 1, в остальной части диапазона регулирование ведется при постоянст­ве момента нагрузки. Привод подачи небольших и сред­них токарных станков чаще всего .осуществляется от главного' двигателя, что обеспечивает возможность на­резания резьбы. Для регулирования скорости подачи применяются многоступенчатые коробки подач. Пере­ключение ступеней производится вручную или с по­мощью электромагнитных фрикционных муфт (дистан­ционно) .

В некоторых современных тяжелых токарных и кару­сельных станках для привода подачи используется от­дельный широкорегулируемый электропривод постоянно­го тока. Угловая скорость двигателя изменяется в диа­пазоне до (100—200) : 1 и более; привод выполняется по системе ЭМУ—Д, ПМУ—Д или ТП—Д. .

Для вспомогательных приводов токарных станков (ускоренное перемещение каретки суппорта, зажима из­делия, насоса охлаждающей жидкости и др.) применя­ются отдельные короткозамкнутые асинхронные двига­тели.

7-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Основные характеристики режима токарной обра­ботки. Процесс обработки деталей на токарных станках происходит при определенных значениях величин, харак­теризующих режим резания. К ним относятся (рис. 7-4): глубина резания I, подача 5 (перемещение резца на один оборот шпинделя), скорость резания V, т.е.,линей­ная скорость, с которой перемещается снимаемый слой металла (стружка) относительно резца.

Назначаемая скорость резания зависит от свойств обрабатываемого материала, материала резца, вида об-

Рис. 7-4. Схема токарной обработки.

1 — деталь; 2 — резец; 3— шпиндель станка; 4 — главнее движение; 5 — дви­жение подачи. -

работки, условий охлаждения резца и детали. Необходи­мое значение скорости резания, м/мин, может быть оп­ределено по следующей формуле:

где Т—стойкость резца (продолжительность работы рез­ца до затупления), мин;

С„ — коэффициент, характеризующий свойства обра­батываемого материала, резца, а также вид токарной обработки (наружное точение, обрезка,- нарезание резь­бы и др.); .

4 — глубина резания, мм;'

5—подача, мм/об;

т, х», ух, — показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, резца и вида обработки.

Глубину резания устанавливают, исходя из припус­ка на обработку. Для черновых (обдирочных) работ

З-нЗО мм, для чистовых работ ^=0,1ч-2 мм. Подача выбирается по условиям обеспечения максимальной про­изводительности и требуемой чистоты обработанной по­верхности. Для черновых работ 5 = 0,4-7-3 .мм/об и бо­лее, для чистовых работ 5=0,1-^0,4 мм/об. Скорость резания при обработке деталей из углеродистой стали резцами из быстрорежущей стали а_г=ЗО-ьбО м/мин.

В процессе токарной обработки на резец под неко­торым углом к его режущей кромке воздействует уси­лие Р, обусловленное сопротивлением металла резанию. Это усилие обычно принято разлагать на три составля­ющие (рис. 7-4):

Р_у — радиальное у с и л и е, передаваемое через резцедержатель на суппорт станка; Р_х — осевое уси­лие, преодолеваемое механизмом подачи; Р₂ — усилие резан Ия, преодолеваемое шпинделем станка.

Усилие резания, Н, может быть подсчитано по фор­муле

Р_г = 9,81С (7-2)

2

где С Р_г—коэффициент, характеризующий обрабатыва­емый материал, материал резца и вид токарной обра­ботки; хр_г, ур_г, п — показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, резца и вида об­работки.

Значения коэффициентов и показателей степени в формулах (7-1) и (7-2) находятся из справочника по режимам резания. Между усилиями Р_х, Р_у и Р₂ сущест­вуют следующие соотношения (установленные опытным путем): . ,

. Р_у == (0,3-5-0,5) Р, и Р_х - (0,2-н0,3) Р_г. (7-3)

При известных значениях скорости и усилия резания можно определить мощность резания, кВт:

Р_г = Р_гУ_г160-1000, (7-4)

Мощность, затрачиваемая на осуществление подачи, суппорта, кВт, подсчитывается по формуле

Р_п — Р_п &_п/60 • 1000, (7-5)

где Р„ — /^;_х+ (Рх-^-Ру) ц — суммарное усилие подачи, не­обходимое для перемещения суппорта с резцом в на­правлении подачи, Я; р = 0,05-^0,08 — коэффициент тре­ния в направляющих суппорта; о_п — скорость подачи, м/мин.

Следует отметить, что мощность подачи значительно меньше мощности резания: Р_п« (0,001—0,01)Р_г, так как скорость у_п во много раз меньше скорости у₂-

Важным фактором, определяющим производитель­ность станка, является машинное или технологи­ческое время обработки, мин:

(_м = 1/п_шпз, (7-6)

где Г—длина обработки (прохода резца), мм; п_ши — частота вращения шпинделя, об/мин; 5 — подача, мм/об.

Как следует из (7-6), машинное время можно сокра­тить, увеличив либо подачу, либо частоту вращения шпинделя, т.е. скорость резания, ибо у₂=яй«нш/1000. Обработка металла с большими скоростями резания (до 300—400 м/мин) и соответствующими подачами по­лучила наименование скоростного точения, ко­торое возможно при использовании, резцов, оснащенных пластинками из твердых сплавов или металлокерамики.

Определение мощности двигателей приводов токар­ных станков. Мощность на валу двигателя главного при­вода в установившемся режиме складывается из мощ­ности резания, зависящей от усилия и скорости резания, и мощности потерь в механизмах передач, которая за­висит от нагрузки, числа звеньев кинематической цепи и частоты вращения привода. При расчетах обычно

пользуются коэффициентом полезного действия станка, который определяется как произведение КПД отдель­ных звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости:

Этот = П1 Л» "Па- - (^?-⁷)

При увеличении частоты вращения рабочих органов станка потери в передачах увеличиваются, поэтому КПД станка уменьшается. Для станков токарной группы КПД кинематической цепи главного привода при пол­ной нагрузке в среднем составляет 0,7—0,8. Для цепи подачи обычно т)=0,1—0,2, так как здесь применяются замедляющие передачи, имеющие низкий КПД.

Мощность, кВт, на валу главного двигателя в уста­новившемся режиме с учетом потерь в передачах опре­деляется по формуле.

Р_№ = РгЫ ст> (7-8)

где т)ст — КПД станка при данной мощности резания.

Токарные станки общего назначения (универсаль­ные) могут работать в продолжительном режиме с но­минальной нагрузкой. В этом случае мощность на валу двигателя, кВт,

Р ном ⁼ ■^г.ном/'Пст.ном» (7-9)

где Р_г,ном, Лет,ном — соответственно' номинальные мощ­ность резания и КПД станка.

Из выражения (7-9) можно определить потери в станке при номинальной нагрузке

ЛРст, ном ⁼ Рг, ном/"Пет, ной Рг, ном- (7-10)

При нагрузках станка, отличных от номинальной,, по­тери определяются по формуле

ДР_СТ = аР _г,нош ~Ь ЬР_г, (7-11)

где а и & — коэффициенты постоянных и переменных потерь, для практических расчетов

а = 0,6 (а + Ь) и Ь = 0,4 (а + Ъ). (7-12)

Суммарное значение коэффициентов а и Ъ можно подсчитать по выражению

а + Ь = (1 — т]ст,ном)/'Чст,ном' (7-13)

Если двигатель во время вспомогательных операций не отключается, то его нагрузка Р₀ будет равна мощ­ности потерь холостого хода станка Р_ОХо. Для практи­ческих расчетов потери холостого хода станка приблизи­тельно принимаются равными

АР_ст0^0,6ДР_ст,но„. (7-14)

При работе станков, в том числе и токарных, в про­должительном режиме с переменной нагрузкой и в по­вторно-кратковременном режиме расчет мощности дви­гателя производится, как правило, методом средних потерь или эквивалентных величин с использованием на­грузочных диаграмм привода. Построение нагрузочной диаграммы производится с учетом конкретных техноло­гических условий работы того или иного станка при из­готовлении наиболее часто обрабатываемых на нем де­талей наибольших размеров [17].

7-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНО- ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКА

Главный привод и привод подачи большинства ма­лых и средних токарных станков осуществляют от одно- скоростного асинхронного двигателя в сочетании с ко­робками скоростей и подач. На некоторых станках при­меняют двигатель постоянного тока, который в сочетании с коробкой скоростей Осуществляет электро­механическое регулирование скорости.

В механических цехах машиностроительных заводов нашли широкое применение токарно-винторезные стан­ки модели 1К62, которые используются в условиях ин­дивидуального и мелкосерийного производства. Станок модели 1К62, общий вид которого показан на рис. 7-1, имеет следующие технические данные: 1) наибольший диаметр изделия, установленного над станиной, 400 мм;

наибольший диаметр обрабатываемого прутка 45 мм;

расстояние между центрами 1000 мм; 4) число сту­пеней частоты вращения шпинделя 23 (от 12,5 до 2000 об/мин).

Привод шпинделя и рабочей подачи суппорта осуще­ствлен от асинхронного короткозамкнутого двигателя мощностью 10 кВт при 145 рад/с. Регулирование угло­вой скорости шпинделя производится переключением шестерен коробки скоростей с помощью рукояток, изме­нение продольной и.поперечной подач суппорта — пере­ключением шестерен коробки подач также посредством соответствующих рукояток. Для быстрых перемещений суппорта служит отдельный -асинхронный двигатель мощностью 1,0 кВт при 141 рад/с. Включение и выклю­чение шпинделя станка, а также его реверсирование производится с помощью многодисковой фрикционной муфты, которая управляется двумя рукоятками. Вклю-

380В

1 .1

Рис. 7-5. Электрическая схема токарно-винторезного станка модели

1К62.

чение механической подачи суппорта в любом направле­нии производится одной рукояткой.

На рис. 7-5 представлена электрическая схема стан­ка 1К.62. Кроме главного двигателя Д1 и двигателя бы­стрых ходов Д4 на схеме показаны: двигатель насоса охлаждения Д2 и двигатель гидроагрегата ДЗ, присое­диняемый через электрический разъединитель (штеп­сельный разъем) ШР в случае применения на станке гидрокопировального устройства.

Напряжение на станок подается включением пакет­ного выключателя ВП1. Цепи управления получают пи­тание через разделительный трансформатор Тр с вто­ричным напряжением 110 В, что повышает надежность работы аппаратов управления. Такое питание цепей уп­равления характерно вообще для большинства электро­схем металлорежущих станков.

Пуск двигателя Д/ производится нажатием кнопки. КнП, при -этом включается контактор КГ и главными контактами- присоединяет статор двигателя к сети, а вспомогательным контактом шунтйрует пусковую кноп­ку. Одновременно пускаются двигатели насоса охлажде­ния (если включен пакетный выключатель ВП2) и гид­роагрегата. Включение шпинделя производится поворо­том вверх рукоятки управления фрикционной муфтой. При повороте этой рукоятки в среднее положение шпин­дель станка отключается; одновременно нажимается пу­тевой переключатель ВП и включается пневматическое реле времени РВ. Если пауза в работе -превышает 3— 8 мин, то контакт реле РВ размыкается и контактор КГ теряет питание. Главный двигатель отключается от сети и останавливается, что ограничивает его работу вхолостую с низким значением соз ср и уменьшает поте­ри энергии. Если пауза мала, то реле РВ не успевает сработать и отключение двигателя шпинделя не про­изойдет.

Для управления быстрым перемещением суппорта служит рукоятка на фартуке станка. При повороте этой рукоятки она нажимает на переключатель ВБХ, его контакт замыкает цепь катушки контактора КВХ, ко­торый включает двигатель Д4. Возврат рукоятки в сред­нее положение приводит к отключению двигателя Д4.

Станок имеет местное освещение. Питание лампы ЛМО производится напряжением 36 В от отдельной обмотки трансформатора Тр. В цепи лампы находятся предохранитель Пр4 и выключатель ВО. Иногда один из выводов обмотки трансформатора низкого напряже­ния. Тр присоединяют к газовой трубе, в которой проло­жен второй провод, питающий лампу. В качестве одного из проводов вторичной цепи местного освещения при 'напряжениях 12 и 36 В обычно используют станину станка.'

Схемой управления предусмотрены: защита двига­телей Д1—ДЗ от длительных перегрузок тепловыми ре­ле РТГ, РТО и РТГП; от к. з. соответствующими плав­кими предохранителями. При кратковременных пере­грузках, возникающих на шпинделе, происходит проскальзывание фрикционной муфты и приводной дви­гатель отсоединяется от входного вала коробки скоро­стей станка. Для быстрой остановки шпинделя станка служит установленный в передней бабке механический тормоз.

7-5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТОКАРНО- , РЕВОЛЬВЕРНЫХ СТАНКОВ

На современных токарных, токарно-винторезных и 'револьверных станках широко применяется автоматиза­ция вспомогательных движений, а также дистанцион­ное управление .механизмами станка. Особенностью то- карно-револьверных станков является автоматическое переключение скорости шпинделя и подачи без останов­ки станка, которое производится с помощью электромаг­нитных муфт, встроенных в коробку скоростей и короб­ку подач.

В качестве примера рассмотрим электропривод то- карно-револьверного станка модели 1П365 (см. рис. 7-2), предназначенного для обработки в патроне чугун­ных или стальных деталей диаметром до 500 мм, изго­товление которых требует выполнения ряда последова­тельных операций: точения, сверления, растачивания, нарезания резьб и др. Заготовка закрепляется в самоцен­трирующем патроне, а необходимый для обработки ком­плект инструментов устанавливается в револьверной го­ловке с вертикальной осью поворота.

Электрическая схема управления станком приведе­на на рис. 7-6. Привод шпинделя осуществлен от асин­хронного двигателя Д1 мощностью 14 кВт при 145 рад/с; двигатель Д2 мощностью 1,7 кВт при 142 рад/с при­водит во вращение насос гидросистемы, а также исполь­зуется для получения быстрого продольного перемеще­ния двух суппортов станка; насос охлаждения вращает­ся двигателем ДЗ мощностью 0,125 кВт при 280 рад/с.

Угловая скорость шпинделя регулируется ступенча­то от 3,4 до 150 рад/с. Передвижение блоков шестерен в коробке скоростей производится гидроцилиндрами. В коробке скоростей находится также фрикцион, состо­ящий из двух муфт: одной — для включения прямого (правого) вращения шпинделя, другой — для обратного [(левого) вращения. Включение этих муфт осуществля­ется гидроцилиндром, золотник которого соответственно переводится при помощи электромагнитов Эм1 и Эм2. Муфты соединяют вал электродвигателя М1 с коробкой

скоростей. Для быстрой остановки шпинделя в коробке скоростей предусмотрен гидравлический тормоз, управ­ление которым осуществляется через " специальный гид­розолотник с помощью электромагнита ЭмЗ.

Подача суппортов осуществляется от главного при­вода. Скорость подач регулируется механически пере­чтя

Ш

Рис. 7-6. Электрическая схема тонарно-револьверного станка модели

1П365.

11 Ш П

движением "блоков шестерен в коробке подач при помощи гидроцилиндров. Установка . нужных скоростей шпин­деля и подач производится посредством рукояток гидро­переключателей, находящихся на фартуках суппортов и воздействующих на золотники соответствующих гидро­цилиндров.

Все органы управления электроприводами станка на­ходятся на пульте, помещенном на передней стенке ко­робки скоростей. Напряжение на схему управления пода­ется вводным выключателем ВВ. Лампа местного осве­щения ■ПО включается выключателем ВО. Включение электродвигателей Д1 и Д2 производится кнопкой КнП, отключение — кнопкой КнС1. Включение и отключение двигателя МЗ насоса охлаждения производится пакет­ным включателем ВН. В процессе разгона двигателя Д1 при угловой скорости (0,2-^-0,3) ©ном замыкается контакт реле контроля скорости РКС, подготавливающий к вклю­чению цепь быстрой остановки шпинделя, необходимой при переключении шестерен во время работы станка.

Для получения правого вращения шпинделя следует нажать кнопку Кн «Вправо». При этом срабатывает реле РП4 и замыкает свои контакты, блокируя замыкающий контакт кнопки, включая реле РПЗ и подготавливая к включению электромагнит Эм1. Контакт реле РП4 вклю­чает также зеленую лампочку ЛС2. После отпускания кнопки Кн «Вправо» включается электромагнит Эч1 и шпиндель станка разгоняется до установленной угловой скорости. Если шпиндель из неподвижного положения необходимо пустить в сторону левого вращения, то. на­жимается кнопка Кн «Влево», при этом включается реле РП5, а после отпускания кнопки — электромагнит 5 м2.. Горит зеленая лампочка ЛС2. При обоих направлениях вращения шпинделя реле РПЗ подготовляет к включе­нию электромагнит ЭмЗ, управляющий гидротормозом шпинделя.

Для изменения угловой скорости шпинделя или ско­рости подачи суппорта при работе станка (подключен к сети двигатель Д1 шпинделя и включен фрикцион) сна­чала устанавливается специальными гидропереключате­лями нужное значение скорости или подачи (предвари­тельный выбор скорости или подачи), а затем нажимается кнопка Кн «Перекл». При этом включается и стано­вится на самопитание реле РП2, гаснет зеленая лампоч­ка ЛС2 и загорается красная лампочка ЛС1. Включается реле времени РВ. Отключается электромагнит Эм1 (при левом вращении—Эм2), и включается электромагнит ЭмЗ. Происходит выключение фрикциона и быстрая остановка шпинделя'гидротормозом, после чего гидроци­линдры переключают шестерни в коробке скоростей или коробке подач (при этом все валы и шестерни получают медленное вращение от специального гидромеханизма медленного проворота). К моменту завершения переклю­чений размыкается контакт реле времени РВ, отключает­ся реле РП2, электромагнит ЭмЗ и вновь включается электромагнит Эч1 или Эм2, что вызывает разгон и вра­щение шпинделя в прежнюю сторону, но с другой ско­ростью (или при другой подаче). Вновь загорается лам­почка ЛС2.

Если переключение скоростей или подач производит­ся при отключенном двигателе Д1 (отключен КЛ) либо когда двигатель еще не успел разогнаться (реле РКС не сработало), то при нажатии. Кн «Перекл.» электромагнит ЭмЗ тормоза и реле РВ не включаются (РПЗ не сработа­ло или отключено напряжение питания электромагни­тов), поскольку в данном случае торможение шпинделя не требуется.

Чтобы переключить скорость при выключенном фрик­ционе (когда шпиндель не вращается, но двигатель Д1 остается включенным), следует установить гидропере­ключатели предварительного набора скоростей и подач в нужное положение и затем одновременно нажать кноп­ки Кн «Перекл.» и Кн «Вправо» (или Кн «Влево»), раз­мыкающие цепь питания электромагнитов, и удерживать их (кнопки) в течение 2—3 с, пока не закончится пере­ключение шестерен. Нажимать кнопки «Вправо» или «Влево» при таких переключениях необходимо для то­го, чтобы предотвратить включение электромагнита ЭмЗ через замкнутые контакты реле РП2 и РПЗ.

Для реверса шпинделя нажимается кнопка противо­положного направления. Остановка шпинделя произво­дится кнопкой КнС2, при этом электродвигатели Д1 и Д2 не отключаются.

7-6. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛОГО ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА

Некоторые особенности главного привода тяжелых карусельных станков были отмечены в § 7-2. При выборе мощности и способа регулирования угловой скорости главного двигателя следует учитывать, что в таких стан­ках мощность, потребляемая механизмом планшайбы, не остается постоянной на всем диапазоне, как это имеет место в токарных станках, и поэтому нет необходимости

станка.

регулировать угловую скорость двигателя только ослаб­лением магнитного потока. Двигатель главного привода покрывает мощность, затрачиваемую на резание и на пре­одоление потерь трения в направляющих планшайбы и передачах коробки скоростей. На рис. 7-7, а показаны ,графики изменения мощности резания Р_г, мощности по­терь ЛРот и суммарной мощности на валу двигателя Р_дв при изменении частоты вращения планшайбы на трех ме­ханических ступенях коробки скоростей. Учитывая, что привод может работать в продолжительном режиме с максимальной мощностью, номинальная мощность дви­гателя Рпом должна быть выбрана по наибольшему зна­чению суммарной мощности, равной Р_дв,таж = 150 кВт, Угловая скорость- двигателя будет регулироваться ос­лаблением магнитного потока в диапазоне .300—■ 1200 об/мин на каждой механической ступени. Из гра­фиков видно, что двигатель не полностью загружен, осо­бенно на ступенях I и II.

Загрузка главного двигателя может быть повышена, если~заменить трехступенчатое механическое регулирова­ние двухступенчатым с применением двухзонного элек­трического регулирования на каждой ступени — измене­нием напряжения и ослаблением потока двигателя. На рис. 7-7,6 показан график допустимой мощности двига­теля Рдвдоп при двухступенчатом механическом регули­ровании:. на ступени / общий диапазон электрического регулирования Дзл = 16: 1, причем А/=8: 1 и /)ф=2: 1; на механической ступени II для обеспечения необходимой мощности резания регулирование напряжением произво­дится в. диапазоне 4/3:1, а ослаблением потока — 3:1. Таким образом, общий диапазон электрического регули­рования частоты вращения двигателя на ступени II со­ставляет 4:1. Такой способ регулирования приводит к упрощению кинематической цепи главного привода, к более полной его загрузке и к снижению габаритных раз­меров двигателя, так как уменьшается диапазон регули­рования ослаблением потока и двигатель может быть выбран на более высокую номинальную частоту враще­ния [17].

В тяжелых карусельных станках, используемых в настоящее время различными промышленными предприя­тиями, для главного привода и приводов подач применя­ются двигатели постоянного тока, управляемые по систе­ме Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя — для главных приводов, и по системе ЭМУ—Д — для приводов подачи. Более перспективной является система ТП—Д, которая внедряется на выпускаемых нашей промышленностью станках взамен системы Г—Д. Разработана серия элек­троприводов постоянного тока с двухзонным регулирова­нием и тиристорными преобразователями для питания якоря и обмотки возбуждения двигателей тяжелых ка­русельных станков.

В качестве примера рассмотрим электропривод кару­сельного-станка модели 1565, предназначенного для об­работки деталей диаметром до 5000 мм. Планшайба стан­ка получает вращение от двигателя постоянного тока (Ашм=70 кВт, И_иом=440 В, «ном —500 об/мин, п_тах = = 1500 об'мин) через, клйноременную передачу, двух­ступенчатую коробку скоростей с ручным переключением шестерен и коническую передачу.

Регулирование частоты вращения планшайбы произ­водится в пределах от 0,4 до 20,7 об/мин. Угловая скорость двигателя может регулироваться изменением на­пряжения на якоре в диапазоне Ои—Ъ,1 и током воз­буждения в диапазоне Д$=3. Привод подачи суппор­тов— от главного двигателя через коробку подач — обе­спечивает 12 подач в пределах от.0,2 до 16 мм/об.

На рцс. 7-8, а представлена упрощенная электриче­ская схема главного привода карусельного станка -по системе ТП—Д с двухзонным регулированием скорости. Якорь двигателя Д питается от нереверсивного тиристор- ного преобразователя ТП1, собранного по трехфазной мостовой схеме и подключенного к питающей сети через токоограничивающие реакторы ТОР. Реакторы выполне­ны без стали и имеют постоянную индуктивность, кото­рая выбирается такой, чтобы ограничить ток к. з. до 7-=-8/_Ном- Обмотка возбуждения двигателя ОВД питает­ся от маломощного реверсивного тиристорного преобра­зователя ТП2, подключаемого к сети ~380 В через тран­сформатор Тр2. Управление 7772 осуществляется по за­висимому принципу сигналом, пропорциональным напря­жению на якоре двигателя, подаваемым датчиком напряжения ДН через резистор Ц2 и стабилитрон СтЗ.

При угловой скорости двигателя ниже номинальной напряжение обратной связи на выходе ДН оказывается меньше напряжения пробоя стабилитрона СтЗ и сигнал управления не проходит на 7772. .При этом напряжение на его выходе обеспечивает номинальный ток возбужде­ния двигателя Д. Начальное (номинальное) значение тока возбуждения /_в задаоуся регулятором РТВ. Зада­ние угловой скорости двигателя в обеих зовах осущест­вляется регулятором РСГ, выполненным на базе ползун- кового потенциометра ППЗ. Рукоятка регулятора имеет лимб со шкалой, по которой устанавливается требуемая

Рис. 7-8. Электрическая схема главного привода карусельного станка.

угловая скорость двигателя. Питание РСГ осуществля­ется стабилизированным напряжением, получаемым от выпрямителя Вп1. При установке ползунка РСГ в поло­жение, соответствующее максимальной угловой скорости двигателя ютм, пуск привода до (о_ном происходит при но­минальном потоке. При напряжении на якоре, близком к ^я,ном> под действием сигнала на выходе ДН стабили­трон СтЗ пробивается и при дальнейшем повышении на­пряжения 0_Я выходное напряжение преобразователя ТП2 снижается, происходит уменьшение тока возбуждения /_в, а угловая скорость двигателя со устанавливается на за­данном уровне.

Важный преимуществом зависимого способа управ­ления является наличие одного общего задатчика угло­вой скорости двигателя при ее регулировании во всем диапазоне. Это имеет особое значение при изменениях задающего сигнала, управляющего угловой скоростью двигателя, в зависимости от каких-либо внешних пара­метров (например, от диаметра обрабатываемой детали) и, в случае программного управления станком.

Тиристорный электропривод станка представляет со­бой замкнутую систему автоматической стабилизации скорости с отрицательной обратной связью по ш, реали­зуемой посредством тахогенератора ТГ и воздействую­щей на преобразователь ТП1. Для повышения жестко­сти механических характеристик двигателя в системе электропривода применен промежуточный транзистор­ный усилитель постоянного тока УПТ, на вход которого подается сигнал управления 11у—11_г—(7₀,с а на выход­ной каскад — сигнал отрицательной обратной связи по току с отсечкой, обеспечивающей ограничение тока яко­ря двигателя в установившихся и переходных режимах До /_я,таж= (2ч-2,5)/_я,но_М. Сигнал формируется блоком токовой отсечки (БТО), который включает в себя датчик тока ДТ, состоящий из- трансформаторов Тр4—Трб, вы­прямителя Вп2, нагрузочного резистора Щ, стабилитро­на Ст2 и усилителя на транзисторе ПТ. Первичные об­мотки Тр4—Трб подключены к обмоткам ТОР, падение напряжения на которых пропорционально току в них и соответственно току якоря двигателя (для трехфазной мостовой схемы выпрямления /₂ф=0,817/сг). При токах двигателя /_я>/от_С сигнал на выходе ДТ (резистор Ш) превышает порог стабилизации Ст2, и сигнал обратной связи проходит на УПТ и ХП1, устанавливая такое зна­чение напряжения на якоре двигателя 1/_я. которое обес­печивает ограничение тока 1_Й на нужном уровне. Пита­ние УПТ и транзистора ПТ в БТО осуществляется от блока питания БП (рис. 7-8,6), который используется также для питания цепей управления 777/ и ТП2.

Схема управления главным электроприводом - кару­сельного станка выполнена на релейно-контактной аппа­ратуре (рис. 7-8, б ив), питание которой осуществляется от трехфазного выпрямителя ВпЗ, подсоединенного к се­ти через трансформатор ТрЗ. Пуск и нормальная работа двигателя возможны, если: 1) произошло полное зацеп­ление шестерен в коробке скоростей (замкнуты контак­ты конечных выключателей ВК.1 и ВК2); 2) нормально работает система смазки отдельных элементов станка (замкнуты контакты манометра ЭЦМ и реле давления масла РД (включено реле контроля смазки РКС); 3) зажата поперечина и отключен электропривод подъе­ма поперечины (замкнуты контакты ВКЗ и ВК4); 4) име­ется напряжение на электроприводах подач и вспомога­тельных механизмов (сработал контактор К1); 5) срабо­тала блокировка, запрещающая работу главного привода станка при исчезновении напряжения питания электро­магнитных муфт правого суппорта (реле Р10—Р12, пи­таются вместе с муфтами от одного источника напряже­ния — рис. 7-8, в). '

Перед пуском двигателя нажатием кнопки Кн2 вклю­чается контактор К1, который подключает схему управ­ления главного привода, схемы двигателей подач и дру­гих механизмов. Затем нажатием кнопки Кн4 включается контактор К2, который подключает тиристорные пре­образователи ТП1 и ТГ12 к напряжению сети (рис. 7-8, а). Для пуска двигателя Д необходимо нажать одну из кнопок Кнб (Планшайба вправо) или Кн7 (Планшай­ба влево) в зависимости от выбранного направления вращения планшайбы. Например, при нажатии Кнб включается реле Р5, которое своими контактами 34-35 и 26-38 включает реле Р1, РЗ и контактом 42-58 подготав­ливает цель реле Р8. Реле Р1 подает сигнал управления в ТП2, обеспечивающий" требуемую полярность возбуж­дения двигателя, при которой планшайба вращается вправо. Реле РЗ своими контактами 20-21 и 22-23 под­ключает якорь тахогенератора ТР, обеспечивая требуе­мую полярность напряжения обратной связи по скорости, соответствующую вращению планшайбы вправо. После установления номинального тока в ОВД и включения ре­ле РНТ (контакт 61-62) включается реле Р8, которое контактами 1-2 и 7-8 подключает регулятор скорости РСР к источнику задающего напряжения. Одновременно при включении реле Р1 и РНТ (контакты 132-79 и 79-80) включается реле Р42 (рис. 7-8,в), которое контактом 10-И подает напряжение управления равное раз­ности напряжений задающего 1!₃ и обратной связи по скорости 0_о с—ксш, на вход УПТ по цепочкам: 1—2—3— 4—23—22—21—20—16 и 8—7—10—11. Преобразователь ТП1 открывается, и начинается разгон двигателя до ско­рости, определяемой установкой РСР, с ограничением тока якоря двигателя до /отс~2/_я,но_м за счет действия токовой отсечки.

В карусельных станках, особенно тяжелых, при большой массе заготовки для сокращения времени оста­новки планшайбы необходимо иметь интенсивное элек­трическое торможение привода. В однокомплектной схе­ме ТП1, питающего якорь, торможение двигателя можно получить, если с помощью реверсивного ТП2, питающе­го ОВД, изменить направление ЭДС якоря Е_я на обрат­ное. по отношению к зажимам 77/У. При этом одновре­менно следует изменить полярность напряжения На пу­тем увеличения угла управления тиристорами а>90° преобразователя ТП1. В двигательном режиме Е_а дей­ствует встречно 11а,в, в режиме генераторного торможе­ния 11а,и действует встречно Е_п (см. направление стрелок в цепи якоря Д на рис. 7-8, а).

Остановка двигателя производится нажатием кнопки Кн5 (Планшайба стоп). При этом отключаются реле Р5 и Р8, отключая контактами 1-2 и 7-8 регулятор скорости РСР от источника задающего напряжения. За счет ЭДС тахогенератора меняется полярность напряжения управ­ления, включается поляризованное реле РП 1 и контак­том 132-78 включает, реле' Р11, которое контактами 10-20 и 7-16 восстанавливает прежнюю полярность сиг­нала управления на входе упт, контактом 26-34 от­ключает реле Р1, а контактом 26-36 включает Р2, что вызывает изменение полярности сигнала на входе ТП2 и, следовательно, тока в обмотке возбуждения двигателя ОВД. Происходит эффективное торможение двигателя, который переводится в генераторный режим, а преобра­зователь 777/ работает инвертором, преобразуя постоян­ное напряжение, вырабатываемое двигателем Д, в пере­менное напряжение. Поток мощности, изменив направле­ние, проходит от якоря двигателя через преобразователь 777/ и реакторы ТОР в сеть переменного напряжения.

В конце торможения, когда угловая скорость двига­теля будет близка к нулю, отключаются реле РП1, Р11, Р2, РИТ и схема приходит в исходное состояние. Остано­вить двигатель также можно нажатием кнопок Кн1 (Сеть отключить), КнЗ (Преобразователь отключить) или одной из кнопок Аварийный стоп, расположенных на стационарном пульте управления Кн9, на подвесном пульте КнЮ и на пультах управления суппортами: лево­го Кн11, правого Кн12 и бокового Кн13. Кнопки Аварий- ный стоп отключают реле аварийного стопа РАС, кото­рое контактом 42-70 отключает реле времени остановки РВО и контактом 27-28 контактор Л'/, отключающий ре­ле Р5 и Р8. Происходит торможение двигателя, в конце которого реле РВО контактом 32-33 отключает контак­тор К2, который отключает от сети тиристорные преоб­разователи ТП1 и ТП2.

В схеме предусмотрено наладочное включение двига­теля планшайбы, для чего переключатель ПУ ставится в положение Наладка и включается реле Р7, которое от­крывает контакт 52-53 и обеспечивает толчковое включе­ние двигателя при нажатии кнопки Кнб (Планшайба вправо) или Кн7 (Планшайба влево) в зависимости от требуемого направления вращения планшайбы, а кон­тактом 4-23 отключает регулятор скорости РСГ. При этом задающее напряжение снимается с резистора Р9 через контакт 3-23 реле РГ, и происходит пуск двигателя до угловой скорости 10 рад/с. При отпускании кнопки Кнб (Кн7) двигатель останавливается,

В схеме имеется световая сигнализация (рис. 7-8,г), осуществляющая контроль наличия напряжения на ти- ристорных преобразователях (лампа ЛС1), наличия смазки коробки скоростей и основания планшайбы (ЛС2), полного зацепления шестерен в коробке скоро­стей (ЛСЗ). Предусмотрена также звуковая сигнализа­ция (ЗС), включаемая при недостаточном поступлении масла в магистраль смазки во время работы главного привода.

7-7. КОПИРОВАНИЕ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ

При обработке тел вращения сложной формы — ко­нусных, ступенчатых или с криволинейными образующи­ми — на токарных станках широко применяется прин­цип копирования. Его сущность заключается в том, что требуемый профиль изделия воспроизводится по специально подготовленному шаблону (копиру) или по ранее обработанной детали. В процессе копирования по контуру шаблона движется копировальный палец, имею­щий ту же форму, что и резец. Перемещения копиро­вального пальца автоматически через систему управле­ния передаются суппорту с резцом таким образом, что­бы траектория движения резца повторяла траекторию движения копировального пальца. Обработка деталей на копировальных станках позволяет значительно повы­сить^, воспроизводимость (повторяемость) деталей по форме и размерам и производительность труда по срав­нению с обработкой на,универсальных станках с ручным управлением, так как отпадают затраты времени на по­вороты резцедержателя, подводы и отводы резца на измерения и т. п.

По принципу действия токарные копировальные станки разделяются на три основных вида: 1) с непосред­ственным механическим управлением; 2) с гидравличе­ским следящим управлением; 3) с электрическим следя-, щим управлением.

Широкое применение на токарных станках получили копировальные системы с электрическим следя­щим управлением. На рис. 7-9 приведена упро­щенная принципиальная схема такой системы (релейно­го действия) для токарного станка, в фартуке которого установлены электромагнитные фрикционные муфты ЭчП, ЗиЛ, ЭмВ, ЭмН, обеспечивающие соответственно подачи суппорта Вправо, Влево, Вперед и Назад. Управ­ление муфтами производится контактным ко пиро­вал ьно-измерительным прибором КИП, устройство которого схематически показано на рис. 7-9, а, а электрическая схема — на рис. 7-9, б.

В положении, когда копировальный палец КП не ка_: сается контура шаблона, замкнуты контакты КИП1 и КИПЗ и контакт реле РА. Включено реле РП1, поэтому получает питание катушка муфты ЭмВ, и осуществляет­ся следящая подача з_с Вперед суппорта и жестко связан­ного с ним КИП. Включена и муфта ЭмЛ, которая пере­дает суппорту движение ведущей подачи 5_В Влево. Ког­да палец КП подойдет к контуру шаблона и нажмет на него, контакт КИП1 разомкнётся, отключатся реле РП1 и муфта ЭнВ, подача вперед прекратится. Но ведущая

подача продолжится, поэтому давление на палец умень­шится, вновь замкнется контакт КИП 1, включится следя­щая подача Вперед и т.д. При изменении направления наклона контура давление на копировальный палец воз­растет и замкнется контакт КИП2, что приведет к включению реле РП2, муфты ЭмН и следящей подачи Назад. Движение по этому участку контура осуществля­ется, таким образом, путем сочетания непрерывной ве­дущей подачи Влево и прерывистой следящей подачи Назад.

. В случае чрезмерного нажатия на копировальный палец размыкается аварийный контакт КИПЗ, отключа­ется реле РА и движение суппорта прекращается. Если переключатель П перевести в нижнее положение, то вместо ведущей подачи Влево будет происходить подача Вправо. Электрокопир'овальные системы рассмотренного типа применяются, например, в универсальных токарно- винторезных станках модели 1К620, а также в некото­рых карусельных станках.

В электрокопировальных системах усилия, возни­кающие при соприкосновении копировального пальца КП с шаблонами, невелики, благодаря чему шаблоны могут изготовляться из мягких, легкообрабатываемых материалов (гипс, дерево, пластмасса, алюминий).

Обработка деталей по методу копирования произво­дится, кроме токарных станков, на расточных, строгаль­ных, шлифовальных станках и особенно распространена на фрезерных станках.

Глава восьмая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СВЕРЛИЛЬНЫХ И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

8-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО СВЕРЛИЛЬНЫХ И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

Сверлильные станки служат для получения сквозных и глухих отверстий в деталях с помощью сверл, для раз­вертывания и чистовой обработки отверстий, предвари­тельно полученных литьем или штамповкой, и для выполнения других операций. В сверлильных станках главное движение и движение подачи сообщаются ин­струменту. К станкам общего назначения относятся вер­тикально-сверлильные и радиально-сверлильные станки.

На рис. 8-1 показан общий вид радиально-сверлиль­ного станка. Станок состоит из фундаментной плиты 1 с установленной на ней неподвижной колонной, на ко­торую надета пустотелая гильза 2. Гильза может повер­тываться вокруг колонны на 360°. На гильзу надет го­ризонтальный рукав (траверса) 4, который можно под­нимать и опускать вдоль колонны с помощью вертикаль­ного винта механизма перемещения 3. Закрепление гильзы с рукавом на колонне (зажим колонны) произ­водится разрезным кольцом, которое стягивается по­средством дифференциального винта, вращаемого вруч­ную или отдельным электродвигателем. По горизонталь­ным направляющим рукава может перемещаться в

Рис. 8-1. Общий вид радиально-сверлильиого станка.

радиальном направлении шпиндельная бабка (сверлиль­ная головка) 5. Обрабатываемая деталь устанавлива­ется на столе 8. От главного электродвигателя 6 сооб­щается вращение шпинделю 7 и производится подача инструмента (сверла).

В электромашиностроении на сверлильных станках производят сверление отверстий в торцах станин элек­трических машин, в подшипниковых щитах, лапах и др.

Расточные станки применяются главным образом для обработки крупных деталей различными инструментами, при этом можно выполнять разнообразные работы: рас­тачивание цилиндрических и конических поверхностей резцами на борштанге, сверление отверстий сверлами, .цилиндрическое и торцевое фрезерование; нарезание на­ружной и внутренней резьбы; обтачивание цилиндричес­ких поверхностей и торцов. Особенностью расточных станков является возможность с одной установки дета­ли обрабатывать в ней различные отверстия со взаим­но параллельными и перпендикулярными осями.

На рис. 8-2 показан общий вид горизонтально-рас­точного станка общего назначения. Станок состоит из нескольких основных узлов. На ^го станине 3 справа за­креплена передняя неподвижная стойка 5. По верти­кальным направляющим стойки перемещается шпин­дельная бабка 6 с коробкой скоростей и коробкой подач. С левой стороны станины установлена задняя стойка 1, которую можно перемещать по направляющим станины. На задней стойке имеется люнет 2 с опорным подшип­ником для поддержки борштанги и обеспечения ей не­обходимой жесткости в процессе резания. Между стой­ками на направляющих станины расположен поворот­ный стол 4, который, можетсовершать движения подачи в продольном и поперечном направлениях.

Главным движением станка является вращение рас­точного шпинделя 7 или планшайбы 9, которое осуще­ствляется от электродвигателя, установленного в верх­ней части шпиндельной бабки. Движение подачи сооб­щается инструменту (осевое перемещение шпинделя или вертикальное' перемещение шпиндельной бабки по на­правляющим стойки), либо обрабатываемой заготовке, располагаемой на столе.

Обрабатываемая заготовка закрепляется на столе станка. Режущие инструменты устанавливаются в шпин­деле или в радиальном суппорте 8 планшайбы. При рас­точке коротких отверстий подача сообщается шпинделю. При обработке длинных и соосных отверстий с исполь­зованием борштанги подача сообщается столу в про­дольном направлении.

В электромашиностроении на расточных станках производят обработку внутренней цилиндрической по­верхности корпусов электрических машин.

Координатно-расточные станки применяются для об­работки отверстий с высокой точностью (в пределах 0,005—0,01 мм) без предварительной разметки поверх­ности детали и без применения кондуктора. Установка координат центров отверстий по двум осям прямоуголь­ной • системы координат производится путем перемеще­ния стола с изделием в одностоечных станках или шпин­дельной бабки с инструментом в двухстоечных станках. Для измерения установочных перемещений подвижных узлов станка применяют зеркальные линейки или вали­ки. На координатно-расточных станках можно произво­дить сверление, разметку, а также всевозможные рас­точные работы и фрезерование торцевыми фрезами.

8-2. ОСОБЕННОСТИ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СВЕРЛИЛЬНЫХ И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

К электроприводам сверлильных станков предъявля­ются следующие требования: 1) если на станке произ­водится нарезание резьбы, то привод шпинделя должен быть реверсивным; 2) схема управления должна огра­ничивать перемещение траверсы; 3) должна быть преду­смотрена блокировка, не допускающая включения дви­гателя перемещения траверсы, когда она зажата; 4) не допускается работа станка с незажатой колонной. -,.

Диапазон регулирования скорости главного движения составляет (2—-10) : 1 для вертикально-сверлильных, (20—70) : 1 для радиально-сверлильных и (100—120) : 1 для расточных станков при приблизительно постоянной мощности во всем диапазоне.

Главный привод сверлильных станков осуществляет­ся от асинхронных корот-козамкнутых двигателей. Регу­лирование частоты вращения шпинделя производится переключением шестерен коробки скоростей. Для умень­шения числа промежуточных передач в отдельных слу­чаях можно применять многоскоростные асинхронные двигатели. Для привода перемещения рукава (травер­сы) и зажима колонны применяют отдельные асинхрон­ные, электродвигатели.

Требования к главному приводу расточных и коор- динатно-расточных станков совпадают в основном с рас­смотренными ранее для станков токарной группы, но следует учитывать особенности расточных станков: 1) при обработке деталей происходит выдвижение рас­точного шпинделя, изменяется жесткость системы ста­нок— инструмент — деталь, что делает целесо­образным изменение на ходу станка скорости резания и подачи; 2) для получения высокого качества обрабаты­ваемой поверхности желательно иметь бесступенчатое изменение частоты вращения шпинделя; 3) необходим большой диапазон регулирования частоты враще­ния шпинделя, достигающий в современных станках до 250 : 1 и более.

В расточных станках общего назначения с диамет­ром расточного шпинделя до 150—175 мм применяется главный привод от одно- или многоскоростных асинхрон­ных Двигателей с многоступенчатой коробкой скоростей.

В тяжелых горизонтально-расточных станках при­меняется привод от двигателей постоянного тока с двух- или трехступенчатой доробкой скоростей. Для получе­ния постоянного тока обычно используют полупровод­никовые преобразователи. Угловая скорость двигателя регулируется при малых частотах вращения шпинделя (от 5 до 60 об/мин) изменением напряжения на якоре, дальнейшее повышение угловой скорости производится ослаблением потока возбуждения в диапазоне (3—6) : 1.

В координатно-расТочных станках даже при неболь­шой мощности главного привода находят все большее применение приводы от двигателя постоянного токае бесступенчатым регулированием скорости, В этом слу­чае для питания двигателя используются системы

ПМУ—Д, эму—Д, тп-д. •

„. Привод подачи сверлильных станков обычно выпол­няется от главного двигателя, для чего коробка подач располагается на шпиндельной бабке. Общий диапазон регулирования скорости подачи для вертикально-свер­лильных станков (2—24) : 1, для радиально-сверлиль- ных (3—40) : 1.

К приводам подач расточных станков предъявляются более жесткие требования: 1) обеспечить диапазон регу­лирования скорости до (1500—2000) : 1, так как необхо­димо обеспечить рабочие подачи и быстрые установоч­ные перемещения; 2) отклонение скорости подачи не должно превышать 10% начального значения при изме­нении момента от нуля до М_с,ном; привод должен обла­дать высоким быстродействием и обеспечивать точную остановку.

Для выполнения указанных требований и с целью уп­рощения кинематической цепи в универсальных и тяже­лых расточных станках применяется привод подачи от двигателя постоянного тока по системе Г—Д (в более легких станках применяется система ПМУ—Д или ЭМУ—Д) или ТП—Д (для новых станков).

8-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ СВЕРЛИЛЬНЫХ И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

При сверлении нормативная скорость м/мин, может быть определена по формуле

С„

о = —— ,

т'"

где С_и — коэффициент, зависящий от материала изде­лия и сверла; й — диаметр сверла, мм; Т — стойкость сверла, мин; 5 — подача, мм/об; пг, г-к, — показатели степени,, зависящие от материала изделия и диаметра сверла. .

По найденному значению скорости резания рассчи­тывается частота вращения шпинделя, об/мин:

п_шп = \04!{ш1). . (8-2)

Вращающий момент на шпинделе при сверлении, Н-м, определяется по формуле

резания, (8-1)

М = Э^СмЛ^.Ю"³. (8-3)

Коэффициенты и показатели степени в (8-1) и (8-3)' находят в справочнике по режимам резания, там же да­ются пояснения к формуле (8-3).

Зная' момент и частоту вращения шпинделя, можно найти мощность резания при сверлении, кВт:

Р_г = Мп_ша/9550. (8-4)

При расточке резцами скорость резания определяет­ся по формуле (7-1), мощность резания — по (7-4).

Рассчитав мощность резания для каждой операции, машинное и вспомогательное время, можно построить нагрузочную диаграмму станка и, используя ее, опреде­лить мощность двигателя (см. гл. 7).

Мощность двигателя подачи, кВт, угловая скорость которого регулируется изменением только напряжения на якоре, в случае естественного охлаждения или при­нудительной вентиляции двигателя определяется по фор­муле

Р = ^рп,тахЧ,п ₁₀_₃₎ (8-5)

60т]_п

где Ри,_тах — наибольшее усилие подачи, действующее на.рабочей части диапазона, Н; 1>б,п—-наибольшая ско­рость быстрого перемещения, м/мин; гу_п — КПД пере­дачи.

Если учесть, что при быстрых перемещениях требу­ется усилие подачи в 6—8 раз меньше по сравнению с наибольшим рабочим усилием, то регулирование' скоро­сти электропривода в этом случае можно производить ослаблением потока-двигателя. Это дает возможность уменьшить номинальную мощность двигателя подачи в п_тах[пном. раз и,легче осуществить автоматическое ре­гулирование частоты вращения.

8-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАДИАЛЬНО-

СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА

В качестве примера рассмотрим электропривод и схе­му управления (рис. 8-3) радиально-сверлильного стан­ка модели 2А55, предназначенного для обработки отверстий диаметром до 50 мм сверлами из быстрорежу­щей стали. Станок имеет пять асинхронных короткозам- кнутых двигателей: вращения шпинделя Д1 (4,5 кВт)^ •перемещения траверсы Д2 (1,7 кВт), гидрозажима ко­лонны ДЗ и шпиндельной головки Д4 (по 0,5 кВт) и электронасоса Д5 (0,125 кВт).

' Частота вращения шпинделя регулируется механи­ческим путем с помощью коробки скоростей в диапазо­не от 30 до 1500 об/мин (12 скоростей). Привод подачи выполнен от главного двигателя Д1 через коробку по­дач. Скорость подачи регулируется от 0,05 до 2,2 мм/об, наибольшее усилие подачи Рп,тах=20 000 Н. Траверса может поворачиваться вокруг оси колонны на 360° и вертикально- перемещается по колонне на 680 мм со ско­ростью 1,4 м/мин. Зажим траверсы на колонне произ­водится автоматически. Все органы управления стан­ком сосредоточены на сверлильной головке, что обеспе­чивает значительное сокращение вспомогательного времени при работе на станке.

Все электрооборудование, за исключением электро­насоса, установлено на поворотной части станка, поэто­му напряжение сети 380 В подается через вводной йы- ключатель ВВ на кольцевой токосъемник КТ и далее через щеточный контакт в распределительный шкаф, ус­тановленный на траверсе.

Перед началом работы следует произвести Зажим ко­лонны и шпиндельной головки, что осуществляется на­жатием кнопки Зажим. Получает питание контактор КЗ и главными контактами включает двигатели ДЗ и Д4, которые приводят в действие гидравлические за­жимные устройства. Одновременно через вспомогатель­ный контакт контактора КЗ включается реле РН, под­готавливающее питание цепей управления -через свой контакт после прекращения воздействия на кнопку За­жим и отключения контактора КЗ. Для Отжима колон­ны и шпиндельной головки при необходимости их пере­мещения нажимается кнопка Отжим, при этом теряет питание реле РН, что делает невозможным работу на станке при отжатых колонне и шпиндельной головке.

Управление двигателями шпинделя Д1 и перемеще­ния траверсы Д2 производится при помощи крестового переключателя КП, рукоятка которого может переме­щаться в четыре положения: Влево, Вправо, Вверх я Вниз, замыкая при этом соответственно контакты /<777— КП4. ТаК, в положении рукоятки Влево включается контактор КШВ, и шпиндель вращается против часо­вой стрелки. Если рукоятку переместить в положение Вправо, то отключается контактор КШВ, включается контактор КШН, и шпиндель станка будет вращаться по часовой стрелке.

При установке рукоятки крестового переключателя КП, например, в положение Вверх включается контак­тором КТВ двигатель Д2. При этом ходовой винт меха­низма перемещения вращается вначале вхолостую, ,пе­редвигая сидящую на нем гайку, что вызывает отжим траверсы (при этом замыкается контакт ПАЗ-2 пере­ключателя автоматического зажима), после чего проис­ходит подъем траверсы. По достижении траверсой не­обходимого уровня переводят рукоятку КП в среднее положение, поэтому отключается контактор КТВ, вклю­чается контактор КТН и двигатель Д2 реверсируется. Реверс его необходим для осуществления автоматичес­кого зажима траверсы благодаря вращению ходового винта в обратную сторону й передвижению гайки до по­ложения зажима," после чего двигатель разомкнувшимся контактом ПАЗ-2 отключается. Если теперь установить рукоятку переключателя КП в положение Вниз, то сна­чала произойдет отжим траверсы, а затем ее опускание и т.д. Перемещение траверсы в крайних положениях ог­раничивается конечными выключателями ВКВ и ВКН, разрывающими цепи питания контакторов КТВ или

ктн.

Защита от к.з. в силовых цепях, цепях управления и освещения производится плавкими предохранителями Пр1—Г1р4. Двигатель шпинделя защищен от перегруз­ки тепловым реле РТ. Реле РН осуществляет нулевую защиту, предотвращая самозапуск двигателей Д1 и Д2, включенных переключателем КП, при снятии и последу­ющем восстановлении напряжения питания. Восстанов­ление цепи управления возможно только при повтор­ном нажатии кнопки Зажим.

8-5. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАСТОЧНОГО СТАНКА

Универсальные горйзонтально-расточные станки средних размеров, например моделей 2620, 265 и других, при различных мощностях электродвигателей шпинделя имеют сходные системы управления как главными при­водами, так и приводами подач.

Рассмотрим особенности электрооборудования и ра­боту схемы управления расточного станка модели 2620.

м

О

Рис. 8-3. Схема управления электроприводами станка модели 2А55.

Главное движение — вращение расточного шпинделя осуществляется от двухскоростного асинхронного двига­теля мощностью 10 кВт при 1460/980 об/мин. Частоту

380В

Рис, 8-4. Электрическая схема главного привода расточного станка

вращения шпинделя можно изменять в пределах 12,5—■ 1600 об/мин с помощью коробки скоростей и переключе­ния числа пар полюсов двигателя.

Система управления главным приводом станка обе­спечивает: возможность вращения шпинделя в обоих на­правлениях; рабочий и наладочный режимы; одновре­

менное включение привода шпинделя и насоса смазки; возможность переключения скоростей в шпиндельной коробке только при отключенном двигателе; принуди-

КнВ

КШВ1 О

КШЩ п РТШ. РТН

ГШ КШЦ1 _П РТШ. РТН

I —сг —о»^- °>4Г~⁰ТЧ~*'

\КШВ} СЬ СЬ

КШВ2

КШН2

о

+-0

модели 2620.

тельное электрическое торможение шпинделя для быст­рой остановки.

На рис. 8-4 показана несколько упрощенная элек­трическая схема главного привода. Включение реверсив­ных контакторов КШВ1 и КШН1 определяет направле­ние вращения двигателя шпинделя ДШ. Его частота

вращения задается положением выключателя ВК2, ко­торый связан с устройством переключения скоростей в " шпиндельной коробке. При разомкнутом контакте ВК2 включен контактор КШМ, обмотка статора соединена в треугольник, и двигатель вращается с малой угловой *- скоростью. Если контакт ВК2 замкнут, то включены, контакторы КШБ1 и КШБ2, обмотка статора соедине­на в двойную звезду и двигатель вращается с большой скоростью.

Переключение скоростей в шпиндельной коробке мо­жет производиться только при неподвижном положении шпинделя. Поэтому в начале операции переключения размыкается контакт выключателя ВК1, связанного с механизмом переключения, двигатель тормозится и ос­танавливается. После завершения установки новой ско­рости нажатие на выключатель ВК1 прекращается, и двигатель вновь пускается.

Рассмотрим работу схемы при условии, что шпин­дель станка должен вращаться с большой частотой, т. е. при замкнутом контакте выключателя ВК2. Нажатием кнопки КнВ включаются контактор КШВ1, контактор КН двигателя насоса смазки ДН, затем реле РПС, ре­ле времени РВС и контактор КШМ. Поэтому двигатель ДШ пускается на меньшую угловую скорость. Через некоторое время реле РВС отключает контактор КШМ и включает контакторы КШБ1 и КШБ2, двигатель те­перь будет разгоняться до своей высшей угловой скоро­сти. Во время пуска двигателя реле контроля скорости РКС замыкает свой контакт и включает реле торможе­ния РТ1, которое своим контактом подготавливает цепь катушки контактора КШН2 к последующему процессу торможения.

При нажатии кнопки КнС отключаются контакторы КШВ1, КН, КШБ1, КШБ2, реле РВС и подается пита­ние на катушку контактора КШН2. Этот контактор включается, подавая на статор двигателя напряжение обратной последовательности. Происходит процесс тор­можения противовключением при введении в цепь ста­тора резисторов Р_д, ограничивающих тормозной ток двигатедя. Контроль за процессом торможения осуще­ствляет реле РКС, контакт которого в цепи катушки ре­ле РТ1 размыкается при угловой скорости, близкой к нулю. Реле РТ1 теряет питание и отлючает контактор КШН2,

Проворот шпинделя при наладочных операциях со­вершается после нажатия кнопки Толч. вперед . или Толч. назад, что вызывает включение контактора КШВ2 или КШН2. В цепь статора вводятся резисторы 7?_ш ог­раничивающие пусковой момент и обеспечивающие плав­ный пуск привода. При наладочных режимах двигатель насоса смазки ДН не включается,

8-6. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ РАСТОЧНОГО СТАНКА ПО

СИСТЕМЕ ТП—Д

Как .отмечалось выше, привод подачи универсаль­ных расточных станков выполняется от двигателя по­стоянного тока. Рассмотрим вариант такого привода по системе ТП—Д, разработанный ЭНИМС в виде ком­плектного устройства серии ЭТЗР с двигателем типа ПБСТ при диапазоне регулирования скорости до 2000: 1. Электропривод, структурная схема которого изобра­жена на рис. 8-5, а, представляет собой систему автома­тического регулирования "с отрицательной обратной связью по скорости и ограничением тока в силовой це­пи. Якорь двигателя Д получает питание от реверсив­ного тиристорного преобразователя ТП (рис. 8-5,6), со­стоящего из двух групп вентилей 77, ТЗ, Т5 и Т2, Т4, Т6, включенных по трехфазной нулевой встречно-параллель­ной схеме с общим силовым трансформатором Тр2. В схеме применяется совместное управление группами тиристоров при нелинейном согласовании регулировоч­ных характеристик а1=/(^с,у) и аг=/(^с,у) системы управления (а_Нач = Ю0-М05⁰). Для ограничения урав­нительного тока, который может протекать при /Лг,в>\ >7/й,_и, служат уравнительные дроссели Др1 и Др2.

Блок управления БУ состоит из трех однотипных каналов, на входе каждого из которых суммируются.трй напряжения: синхронизированное сетью с требуемой фа« зировкой относительно анодного напряжения тиристо­ров переменное напряжение (У_п, поступающее из блока БУН; напряжение управления преобразователем Иу,п — от блока ПУ и напряжение смещения V_см- Каждый ка­нал заканчивается двумя_, импульсными трансформато­рами, вторичные обмотки которых подключены к управ­ляющим электродам тиристоров, например 77 и Т4, одной фазы разных групп/ Таким образом БУ выраба­тывает, распределяет по тиристорам и смещает управ­ляющие импульсы 1/им, осуществляя регулирование на­пряжения 11,1 преобразователя 777. На рис." 8-5, б пока­зан канал управления фазы А1 с входным транзистором ПТ101^I. Каналы фаз В1 и С1 выполнены аналогично,

Рис. 8-5. Принципиальная электрическая схема привода подачи с

только процессы в них происходят с отставанием соот­ветственно на 120 и 240°.

Блок промежуточного усилителя ПУ состоит: из ре­версивного транзисторного усилителя напряжения ОУ,

выполненного на базе интегрального усилителя типа К1УТ401Б; усилителя мощности на транзисторе ПТ301\ узлов коррекции КУ и токоограничения ТО; звеньев преобразования напряжения тахогенератора К1 и К2„ На вход ОУ (точки 148—13) - поступает управ* ляющее напряжение 11_у, равное разности задающего на­пряжения 11а, снимаемого с регулятора скорости РС, и напряжения обратной связи 11₀,с, получаемого с тахоге­нератора ТГ через делитель на резисторах Р319, Я323. Напряжение усиливается до напряжения управления преобразователем 6/_у,_п=&пу- 11_у, которое подается на вход блока БУ (точки 141—13).

Блок управляющих напряжений БУН вырабатывает три периодических напряжения 11 _и сложной формы, сдвинутых между собой на угол 120°. Каждое из этих напряжений состоит из суммы синусоидального и им­пульсного напряжений, что обеспечивает достаточно ши­рокий диапазон изменения фазы управляющих импуль­сов (7_ИМ, подаваемых на тиристоры, и устойчивую рабо­ту блока БУ в переходных режимах. Блок состоит из трех идентичных схем, получающих питание от вторич­ных обмоток трансформатора Тр1, соединенных в зиг­заг.

При совместном управлении группами тиристоров ре­версивной системы ТП должно соблюдаться условие а 1+«2=^1180°, а для уменьшения габаритов уравнитель- . ных дросселей необходимо, чтобы на всем диапазоне изменения напряжения 11а выполнялось соотношение Это условие будет соблюдаться, если устано­вить начальный угол включения тиристоров ао = 100-г- Ч-105°. Такой сдвиг управляющих импульсов относи­тельно точки естественного открывания вентилей обеспе­чивается за счет соединения первичных обмоток транс­форматоров Тр1 в треугольник, а вторичных (питающих БУН)—в зигзаг. Корректировку угла а₀ можно произ­водить за счет отпаек 1а, 1Ь и 1с, а также изменением напряжения Нем в блоке БУ.

Узел токоограничения ТО. Для ограничения тока двигателя в системе ТП—Д наряду с токовой отсечкой, которая не может ограничить ток /_я за первый интервал проводимости тиристоров, часто применяется упрежда­ющее токоограничение. Сущность его заключается в том, что ток /_я непосредственно не измеряется, а оценивает? ся по косвенным показателям: по соотношению ЭДС двигателя Ея и ЭДС преобразователя Ец. Для того что­бы ток якоря /_я при изменении угловой скорости дви­гателя ш поддерживать постоянным, например в процес­се пуска, нужно соответственно увеличению со изменять ЭДС преобразователя Е_п.

Если ток якоря должен оставаться равным стопор­ному (при (0 = 01 ^я.стоп, ТО Е_а,_тах(0>) = Е_я((о) + |+7я,стоп7?я₂ . Каждому заданному значению задающего напряжения 11_э, которое пропорционально заданному значению угловой скорости двигателя со₃, соответствует свое максимальное значение Е_а,_тах при /«—/я,стоп, так как при./_я</я,стоп и том же значении У₃ Е_П<.Еп_>тах(ю). Для системы, замкнутой по скорости, можно принять со=й₃. Следовательно, можно считать, что каждому зна­чению угловой скорости соответствует свое максималь­ное значение Ец^ах при /_я=/я,стоп. В частности, при © = 0 Е_я=0 И Ец,тах((У) ~^'п.стоп =5/я,стоная V • Та КИМ 00- разом, для того, чтобы ограничить и поддерживать в пе­реходных процессах ток якоря на уровне /_я,стоп, нужно ограничивать ЭДС преобразователя на уровне Е„_<тах((л), зависящем от текущего значения угловой скорости дви- тателя, например, посредством так называемой отсечки по скорости с уставкой, регулируемой в функции угло­вой скорости двигателя. Ограничение ЭДС преобразова­теля можно осуществить, ограничивая напряжение (/_у>п на выходе ПУ. Учитывая, что Е_я = Схо и Е_п—/^п^-'у.п. где к_п — коэффициент усиления ТП, получим выражение для максимального сигнала управления (для уставки отсечки по скорости б'отс.с) в зависимости от угловой скорости двигателя

{/у,п,™*(м) = Ссо/&_п + ^/у.п.стогт = ^отс.с(со), (8-6)

где

Чу ,П,СТОп " ^п,СТОП^ц 'Я,СТОП к^К. (8-7)

С целью ограничения напряжения 13_у,_п на уровне Оу,п,тах{о>). и, следовательно, с целью реализации усло­вия /_я(©) —/я,стоп напряжение С_оу на выходе усилителя ОУ (резистор Н311) через нелинейную це­почку на диодах Д304—Д307 сравнивается с напряже­нием 1/т,м=йт,_мю, которое снимается с тахометрического моста, состоящего из тахогенератора ТГ и делителя на­пряжения Я321—Ц322. Каждому значению угловой ско­рости двигателя соответствуют определенные значения 1/_у,п и О_т,_ы. С помощью потенциометра Ц321 выставля­ется равенство этих напряжений при работе двигателя на холостом ходу. С увеличением нагрузки двигателя под действием обратной связи напряжение II а возрас­тает (см. рис. 8-5,г), а 7/_т,_м — практически остается неизменным (при данном значении II₃). Когда разность этих напряжений достигнет уровня напряжения откры­вания диодов Д304—Д307, то дальнейший рост напря­жения гУу,_п станет невозможным, так как сопротивление резистора Я322, на которое нагружается усилитель ОУ через диоды Д304—Д307, намного меньше высокоомной нагрузки усилителя. ОУ в виде Я_вх блока БУ. Поэтому с дальнейшим ростом нагрузки начнет падать угловая скорость двигателя, уменьшаться 1/_т,_м, что приведет к уменьшению Е„ и угловой скорости двигателя о),

но при этом ЭДС преобразователя будет равной

тах (ю), а напряжение управления {/_у>п— равным ^_у,п, тах (о), и ток /_я при любом значении ЭДС Е_я останется постоянным и равным

/_я — [Е_п,_тах (со) — Е_я]/Кя2 = /я,стоп- (8-8)

При линейной зависимости Е_П=/(Х/_У,_П) (рис. 8-5, б) характеристики двигателя а>—((1 _я) в зоне токоограни- чения при различных значениях II₃ будут иметь вид прямой вертикальной линии (рис. 8-5,г). Коэффициент передачи звена К1 должен быть равен к_Т,_м—\1(к_пк_ЛЪ). Требуемое .суммарное напряжение открывания 2Д1/_а,ном опорных диодов (Д^а.ном — номинальное прямое паде­ние напряжения на диоде), соединяемых последователь­но — параллельно, или пробоя стабилитронов II_ст,_Ном, включаемых в эту цепочку последовательно, определя­ется заданным током /_я,_стоп по следующему выражению:

^ст,н ⁼ /я,стоп — ^уп.стоп- ' (®"9)

Диоды Д302, ДЗОЗ, включенные на вход усилителя ОУ, ограничивают напряжение и_у = 11_ъ — и_о,_с до значе­ния ^_у,талг=Д^_а,ном, защищая интегральный усилитель от перегрузок в переходных режимах, и отключают от­рицательную связь по скорости (размыкают систему ав­томатического регулирования — САР) при работе узла токоограничения.

Конструктивно блоки БУ, ПУ, БУН и другие выпол­нены на печатных платах с разъемами, что позволяет быстро делать замену вышедшего из строя электронного узла. Источники питания блоков управления, усилителя ОУ и др. размещены в отдельном блоке БП, который состоит из четырех трехфазных выпрямителей на крем­ниевых диодах и стабилизатора напряжения на стаби­литронах СТ1 — СТЗ, от которого питается регу­лятор скорости РС через реверсивный контактный мос­тик РП4'~ РП5 (рис. 8-5, б).

Выходные каскады блока БУ (транзисторы ПТ107, ПТ108 и др.) подключаются к источнику питания кон­тактом реле РП2, которое включается нажатием кнопки КнП через транзистор ПТ205. Защита электропривода от к. з. осуществляется автоматическими выключателя­ми ВА1 и ВА2, а максимальная токовая защита с по­мощью реле РП1 и РП2. Если ток якоря /_я превысит /я,стоп (например, при заклинивании механизма подачи станка), то максимальное токовое реле РП1 сработает и замкнет цепь базы транзистора ЛТ205 с эмиттером, триод закроется, реле РП2 потеряет питание и через небольшую выдержку времени разомкнет свои контак­ты в цепях питания выходных каскадов БУ, снимая уп­равляющие импульсы с тиристоров 77 — Т6.

Коррекция системы автоматического регулирования (САР) привода 'осуществляется изменением параметров гибкой обратной связи, охватывающей усилитель ОУ (конденсаторы С_к), и подбором резисторов Р305 и Р317. Для пуска двигателя Д включается реле РП4 или РП5 (катушкй этих реле на схеме не показаны) и пода­ет на вход схемы задающее напряжение И₃, значение, и знак которого определяют фазы управляющих импуль­сов относительно анодного напряжения на тиристорах, а следовательно, угол включения тиристоров 777 или значение напряжения на- якоре двигателя, его угловую скорость и направление вращения, С помощью потенцио­метра Р707 выставляется минимальная угловая скорость ©тпг двигателя.

Схема управления приводом подачи расточного стан­ка должна предусматривать: а) работу привода подачи только при вращении шпинделя; б) установочные пере­мещения механизмов подачи независимо от работы главного привода; в) автоматическое ограничение хода шпинделя, шпиндельной бабки или стола; г) защиту силовых элементов и цепей управления от токов корот­кого замыкания.

Глава девятая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОДОЛЬНО- СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ _

9-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНЫХ

СТАНКОВ

Данные станки предназначаются в основном для об­работки резцами плоских горизонтальных и вертикаль­ных поверхностей у крупных деталей большой длины. На этих станках можно также производить прорезание прямолинейных канавок различного профиля, Т-образ­ных пазов и т.д. Детали средних размеров устанавли­ваются рядами на столе станка и обрабатываются одно­временно.

Продольно-строгальные станки разделяются на од- достоечные (с консольной поперечиной) и двустоечные (портального типа). На рис. 9-1 показан общий вид двухстоечного продольно-строгального станка. Его ста­нина 1 имеет продольные направляющие (плоские и У-образные). По ним возвратно-поступательно движется стол 2, на котором закрепляют,обрабатываемую деталь. Перемещение стола — главное движение — осу­ществляется от электродвигателя 9 через редуктор и реечную передачу, которая состоит из рейки (прямозу­бой, косозубой или червячной), прив'ернутой снизу, к сто­лу по всей его длине, и реечного колеса или расположен­ного под углом червяка. Снятие стружки с обрабатывае­мой детали (строгание) происходит при ходе стола Впе­ред (прямой или рабочий ход). Ход стола назад (обрат­ный ход) совершается обычно с повышенной скоростью, и снятие стружки не производится (холостой ход), а рез­цы в это время автоматически отводятся от обработан­ной поверхности (поднимаются). Изменение направле­ния движения стола производится или при помощи электромагнитной реверсивной муфты (на малых стан­ках), или посредством реверсирования главного двига­теля. Портал станка 6 образован двумя вертикальными Стойками и верхней балкой. К этой балке прикреплена подвеска 5 пульта управления П. По вертикальным на­правляющим стоек при помощи ходовых винтов пере­мещаются поперечина (траверса) 3 и боковой суппорт 10 (некоторые станки имеют два боковых суппорта).

Поперечина им'еет горизонтальные направляющие, по которым могут перемещаться вертикальные суппорты 4. Суппорты станка с закрепленными в них резцами осу­ществляют прерывистую периодическую подачу за вре­мя реверса стола с обратного хода на прямой и быстрые установочные перемещения. Движение суппортам пере-

Рис. 9-1. Общий вид тяжелого продольно-строгального станка.

дается через коробки подач 7 и 8 от отдельных элект-; родвигателей.

Основными величинами, характеризующими размеры и технологические возможности различных продольно- строгальных станков, являются - наибольшая длина строгания (ход стола) Ь (от 1,5 до 12 м), наибольшая ширина обработки (от 0,7 до 4 м) и наибольшее тяговое усиление на рейке стола Р_г (до 30—70 кН и более).

9-2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И ТИПЫ ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Процесс обработки изделий на таких станках состо­ит из последовательно повторяющихся циклов, каждый из них включает рабочий или прямой ход стола, во вре­мя которого происходит обработка, и обратный ход, ког­да стол возвращается в исходное положение и осуществ­

ляется подача резцов (во время реверса стола с обрат­ного хода на прямой) . .

Нормативная скорость прямого хода (скорость реза­ния) определяется твердостью обрабатываемого мате­риала, свойствами режущего -инструмента и видом- об­работки (чистовая, черновая). Для увеличения произ­водительности станка скорость обратного хода обычно устанавливают больше скорости резания. На рис. 9-2 показаны график пути / и скорости V стола в зависимо­сти от времени для одного цикла. Время цикла склады­вается из

Тц — (_П,Х!р "Ь ^Т,Пр ~Ь ^П.Обр ~Ь ^обР ^Т.Обр, (9-1)

где {_п,_Пр и обр — время пуска при прямом и обратном ходах;-/„р и ^₀бр — время прямого и. обратного устано­вившихся движений; (_т,_пр и ^_т,₀бр— время торможения при прямом и обратном ходах.

Производительность продольно-строгального станка характеризуется- числом двойных ходов в минуту М_АВ,_Х, которое зависит от длины хода стола, соотношения ско­ростей прямого и обратного ходов, времени реверсиро­вания и может быть подсчитано по формуле

60Ь

Л^Д в,х =

,1 пСТ,-1
Л- / 1	\ 1
/ 1 Г\/ Ипр № * !1		/ Ь
1 \	1п,о6р /, :	1 1
п 1Г,лр	т V /	1 1 Ьт,о6}. 1
		-1

Рис. 9-2. Графики скорости и пути стола продольно-строгального станка.

Уобр/^пр;

где

Уобр — скорости прямого и обратного ходов -стола, м/мин; I — длина хода стола, м; /_рев —время ре­версирования стола с пря­мого хода на обратный или наоборот, с.

пр

(9-2)

60/, (1 + 6) + (_рсв Ы_ар ' к

-'пр

Из уравнения (9-2) видно, что число двойных ходов и, следовательно, производительность стан­ка возрастают с увеличе­нием ц₀бр (до определен­ного предела) при задан­ной скорости резания у_пр и с уменьшением време­ни ^рев- При малых дли-

нах строгания наиболее эффективным средством по­вышения производительности является уменьше­ние времени реверса за счет повышения быст­родействия привода и установления некоторой опти­мальной (по производительности) скорости обратного хода. При больших длинах строгания наибольший эф­фект дает увеличение скорости обратного хода. Чрез­мерное -увеличение Уобр (при малых и средних длинах строгания) может привести к такому росту ^рев, при ко­тором повышение производительности не произойдет.

Сокращение времени реверса имеет свой предел, так как за время реверса у продольно-строгальных станков осуществляется подъем и опускание" резцов, а также производится поперечная подача суппортов. Кроме то- го, с уменьшением /_рев возрастают динамические нагруз­ки в передачах станка.

Время переходного процесса пуска или.торможения зависит, как известно, от суммарного момента инерции электропривода. Например, время пуска (торможения),

где М_п,ср — среднее значение момента двигателя при пуске, Н-м; М_с — момент статического сопротивления, Н-м; сй_с — угловая скорость двигателя, соответствую­щая моменту М_с, рад/с; —суммарный момент инер­ции электропривода, кг-м².

Практика показывает, что в продольно-строгальных станках момент инерции двигателя /_дв составляет до 80—85% общего приведенного момента инерции /₂ дви­жущихся поступательно и вращающихся элементов при­вода. Поэтому стараются вообще исключить реверсиро­вание двигателя и производить изменение направления хода стола при помощи реверсивной электромагнитной муфты, либо устанавливают двигатели с удлиненным якорем (ротором), имеющие меньший момент инерции, либо устанавливают вместо одного два двигателя поло­винной мощности.

В современных продольно-строгальных станках регу­лирование скорости движения стола, а также его ревер­сирование осуществляется, как правило, электрическим путем, поэтому производительность станка и качество обрабатываемых изделий в значительной степени опре­деляется работой привода стола.

Наименьшая скорость резания при черновой обра­ботке принимается равной 4—6 м/мин. При чистовой обработке скорость резания на строгальных станках до­стигает 75—100 м/мин, следовательно, диапазон регу­лирования скорости стола равен (15-4-25) : 1. При изме­нении скорости резания приблизительно от 5 до 25 м/мин тяговое усилие на рейке стола остается постоянным и р_ир_дв .наибольшим (зона /).

При дальнейшем уве­личении скорости ре­зания тяговое усилие Р_т уменьшается (рис. 9-3, зона 11). Следова­тельно, в зоне неболь­ших скоростей момент, развиваемый двигате­лем, должен оставать­ся примерно постоян­ным, а.при скоростях выше 25 м/мин .остает­ся неизменной мощ­ность. Заданная угло­вая скорость двигате-

ля должна поддерживаться во всем диапазоне с точностью до ±(5—10%) при изменении нагруз­ки от 0,1 до 1,2 номинального момента. Динамичес­кий перепад скорости, вызванный резким приложением нагрузки (при входе резца в металл), должен быть не более 10—20%, а возникающий при этом переходный процесс должен заканчиваться в течение 0,1—0,2 с. Для главного привода продольно-строгальных станков целе­сообразно применять двигатели, обладающие повышен­ной перегрузочной способностью и пониженным момен­том инерции, так как такие двигатели обеспечивают меньшее время пуска и торможения.

В продольно-строгальных станках нашли применение различные типы главных электроприводов в зависимо­сти от размеров станка, тягового усилия и требуемого диапазона регулирования скорости.

Для небольших станков при м, /•'т^ЗОч-

Рис. 9-3. Зависимость тягового усилия Р_т и мощности двигателя Рдв от скорости перемещения сто­ла Уст-

.4-50 кН и' диапазоне регулирования скорости стола Б= — (3-М) : 1 применяется привод от асинхронного корот- козамкнутого двигателя в сочетании с коробкой скоро­стей и реверсивной электромагнитной муфтой.

В качестве главного привода средних м, -Рт^

<50—70 кН и 0= (6-4-8) 51] и тяжелых [1>5 м; р_т>_ >70 кН и 0= (154-25) : 1] продольно-строгальных станков в настоящее время используется двигатель по­стоянного тока, управляемый по системе Г — Д с ЭМУ или МУ в качестве возбудителя и промежуточными маг­нитными или полупроводниковыми усилителями. Эта система позволяет получить нужную форму характери­стик двигателя, требуемый диапазон и плавность регу­лирования скорости движения стола, небольшое /р_ев.

Недостатком системы Г — Д является необходимость выбора мощности источника постоянного тока — генератора и приводного асинхронного двигателя по установленной мощности двигателя стола, которая оп­ределяется наибольшим тяговым усилием или момен­том, соответствующим минимальной скорости, и номи­нальным напряжением при номинальной угловой ско­рости двигателя. Особенно значительное завышение •Руст.дв и соответственно Р_г,ном по сравнению с отдавае­мой ими мощностью имеет место при регулировании угловой скорости двигателя только изменением ЭДС ге­нератора.

С целью уменьшения установленной мощности элек­трических мащин, повышения загрузки двигателя и КПД главного привода тяжелых продольно-строгальных стан­ков по системе Г — Д целесообразно применять двух- зоиное регулирование угловой скорости двигателя. На, выпускаемых в настоящее время станках начинают внедряться приводы с тиристорными преобразователями для питания цепи якоря и вводятся системы автомати­ческого управления с применением унифицированной блочной системы регуляторов (УБСР), которые позво­ляют сравнительно просто реализовать высокое быстро­действие привода по системе ТП — Д при хорошем ка­честве переходных процессов.

9-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ СТОЛА ПРОДОЛЬНОГО СТРОГАЛЬНОГО СТАНКА

Снятие стружки при строгании производится только при раббчем ходе стола. При обратном же ходе резец приподнимается и мощность, развиваемая приводом, расходуется лишь на- преодоление потерь в станке. Ско« рость, с которой деталь перемещается относительно рез­ца при рабочем ходе, называется скоростью резания. Перемещение резца на один двойной ход стола перпен­дикулярно детали составляет подачу 5. Величина, на ко­торую углубляется резец в изделие при одном проходе, определяет глубину резания I. При строгании подача и глубина резания принимаются: для черновой обработки 5 = 1-т-7 мм/дв, ход, ^=6-7-30 мм; для чистовой обработ­ки широкими резцами 5—104-30 мм/дв. ход и выше, I — =0,05-^0,3 мм.

Скорость, усиление и мощность резания определяют­ся по формулам (7-1), (7-2) и (7-4) для токарной обра­ботки. Значения коэффициентов и показателей в форму­лах находятся из справочников по режимам резания. Ма­шинное время при строгании, затрачиваемое для обра­ботки одного изделия, мин, можно найти по формуле

/_м = Шдв.»«5, (9-4)

где В — ширина изделия, мм; Л/"_дв,_Ход — число двойных хо­дов в минуту, дв. ход/мин; 5 — подача на один двойной ход, Мм/дв, ход.

. Нагрузка двигателя главного привода продольно- строгального станка складывается из мощности резания, потерь в передачах и мощности, развиваемой двигателем в процессах пуска и торможения стола, которые происхо­дят с моментами и токами, превышающими номинальные (дважды за один двойной -ход стола и многократно в те­чение времени работы станка). Следовательно, привод таких станков работает в перемежающемся режиме с частыми реверсами (57), поэтому выбор мощности дви­гателя производится по нагрузочной диаграмме с учетом загрузки в переходных режимах.

Для предварительного определения мощности двига­теля главного привода и построения нагрузочной диаг­раммы принимают в качестве исходных следующие тех­нические данные:

наибольшее усилие резания Рг,тах, Н, и соответст­вующая этому усилию наибольшая скорость прямого хо­да стола у_Прь м/мин;

наибольшая скорость стола ю_тах, М/мин;

наибольший вес, Н, обрабатываемой детали Одет и стола Ост,'

КПД передачи (до рейки стола) при полной на­грузке т)_п; . -

длина хода стола ^ми коэффициент трения стола о направляющие р, (принимается равным 0,05—0,08);

суммарный момент инерции вращающихся частей механизма привода и движущихся поступательно дета­ли и стола.

Задаваясь наиболее тяжелым режимом, определяют мощность резания, кВт:

ГДе Рт',тах = Рг,тах+(ОпВ1 + Ост:+Рх+Ру)^ — ТЯГОВОе уСИ- лие на рейке стола, Н; Р_у, Р_х, Р_г,тах— составляющие уси­лия резания.

Зависимость /ч=Дс>ст) для определенного типа про- ддольно-строгальных станков обычно задается графиче­ски (рис. 9-3) и состоит из двух участков: на первом из них тяговое усилие остается примерно постоянным от Утш до Упрь а на втором участке с ростом скорости уси­лие Р_т уменьшается; следовательно, регулирование ско­рости привода стола на первом участке должно произво­диться при постоянном моменте (мощность при этом бу­дет изменяться), а на втором — приблизительно с посто­янной мощностью (при уменьшающемся моменте). .

Предварительный выбор мощности . производится с учетом способа регулирования скорости привода (или скорости стола):

а) Если предполагается применить асинхронный при­вод (/г=сопз1;), то выбирается короткозамкнутый дви­гатель С НОМИНаЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ Рщш^Рдв.пр и /г_ном = = Упр1/р, где р = о_Ст/Идв — радиус приведения стола к ва­лу двигателя, м/об; регулирование скорости стола в этом случае осуществляется ступенчато посредством коробки скоростей.

б) Если главный привод должен быть выполнен по системе Г—Д или ТП—Д, а регулирование угловой ско­рости двигателя во всем диапазоне будет производиться изменением ЭДС преобразователя,- то предварительно выбирается по каталогу двигатель постоянного тока с . независимой вентиляцией продолжительного режима работы на номинальные мощность и частоту вращения

рис. 9-3 эта

мощность обозначена как Р_дв,?_Паж) ■

в) Если будет использовано двухзонное регулирова­ние скорости привода, то предварительно задаются воз­можным диапазоном изменения потока двигателя •Оф,раоч = «тах^/Лном^Оф доп, ОПредеЛЯЮТ Ураоч=®тах/ ,расч и подсчитывают

Рдв.расч = Рдв.пр ^ирасч/^упр1> (9"8)

и далее по каталогу на двигатели, допускающие регули­рование частоты вращения ослаблением поля в нужном диапазоне, подбирают двигатель ближайшей большей МОЩНОСТИ При «пом « Урасч/р, ТЭК КаК скорость стола Ютах обеспечивается изменением Ф_дв в диапазоне /)_ф = = у_дааж^/Ураоч, где Р_дв=сопз1:.

По номинальным данным выбранного двигателя по­стоянного тока (Р_иом, С/ном и /ном) выбирают преобразо­вательную установку: генератор и приводной асинхрон­ный двигатель в системе Г—Д на максимально возмож­ную частоту вращения (п_кош—15004-3000 об'мин) с целью уменьшения габаритов, массы и стоимости ма­шинного агрегата, или тиристорный преобразователь и питающий трансформатор в системе ТП—Д.

Далее предварительно выбранный двигатель следует проверить по нагреву с учетом совместной работы дви­гателя и станка в установившихся и переходных режи­мах. Для этого строится нагрузочная диаграмма элек­тропривода М=1(1) для одного цикла работы станка. По исходным данным, приведенным ранее, определяют на­грузки привода в различных режимах.

Потери в передачах станка будут равны:

при прямом ходе со скоростью о_Пр и полной нагрузке

, Д^нагр = -Рдв.пр (1 — Чп) Упр^дрЪ (9-9)

при прямом ходе вхолостую

ДР_х,_пр^0,6ДР_нагр

и при обратном ходе ДР_Х

,обр — ДРх.пр^обр^Упр- Величина Р_Дв,пр определена по (9-7) ,

Время установившегося движения при прямом и об­ратном ходах стола

/_др = -^-60 — + и /_обр = -А- 60 - »пр ² ^обр

'п.обр ,ОбР

2 '

■ Время пуска и торможения подсчитывают по уравне­нию (9-3), задаваясь соответствующим моментом двига-' теля (М_а и М_т), предварительно определив суммарный момент инерции привода.

Мощность на валу двигателя при прямом ходе вхо­лостую '

^дв.пр.х

= 0,6АР_нагр + ДР_напр, (9-10)

где ДР_Напр= (Одет+Сот) г>прц/ (60 • 10³) — потери в направ­ляющих стола.

Момент на валу двигателя, Н-м, при прямом ходе вхолостую

М_{п р}

,Х РД8,пр,х' 1000/со_пр. (9-11)

Мощность на валу двигателя при обратном ходе

Рды,обр Рдв,ир,х У„бр/Упр- (9-12)

Момент на валу двигателя при обратном ходе

^о5р,_х = ^в,о_бр-1°°°Ч_бр- (9-13)

В формулах (9-11) и (9-13) угловая скорость двига­теля, рад/с, определяется выражением а>4 = о_С'Мя/(30р)'.

По найденным значениям Л1дв,пр_|Х, М_0бР,_х и Мщ>= —Рдв.прУпр^Упр^пр) строится с учетом момента холосто­го хода двигателя нагрузочная диаграмма станка (рис. 9-4, а).

Для проверки предварительно выбранного двигателя можно воспользоваться приближенной нагрузочной диа­граммой электропривода, построенной исходя из следу­ющих допущений: для упрощения расчетов задаемся иде­ализированной тахограммой 1>_ст—!(() одного цикла ра­боты привода стола (рис. 9-4,6) без учета понижения скорости стола при врезании резца и выходе его из из­делия; прямой- ход стола производится при номинальной мощности резания со скоростью Упрь разгон и торможе­ние привода происходят при холостом ходе под действи­ем М_П=М_Т« (.2-4-2,2)Мдв,_НОм.

В соответствии с изложенным на рис. 9-4, в-приведена нагрузочная диаграмма привода стола для случая регу­лирования скорости изменением напряжения на якоре двигателя, пользуясь которой можно определить экви­валентный момент двигателя за цикл

4- М / ■ пр 'пр

М_а

" ^рев ^рев ^обр, х *обр+^Мт

(и

(9-14)

где Мрев » М_т — момент двигателя при реверсе; ^_рев = = ^т,пр + ^п,обр — время реверса привода. ~

Предварительно выбранный двигатель с независимой вентиляцией будет удовлетворять условиям нагрева, ес­ли Мэкв^Мном. В случае регулирования угловой скоро­сти ослаблением поля двигателя нужно строить зависимость тока двига­теля от времени и прове­рять его по методу экви­валентного тока.

Уточненная нагрузоч­ная диаграмма может быть построена по дан­ным конкретной системы управления электропри­водом продольно-стро­гального станка [17].

9-4. ГЛАВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИ­ВОД ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬ­НОГО СТАНКА ПО СИСТЕМЕ

Г—Д С МУ

Рис. 9-4. Нагрузочная диаграмма привода стола продольно-строгаль- . ного станка.

Станкостроительные заводы СССР выпускают несколько моделей сред­них и тяжелых продоль­но-строгальных станков, например 7231А, 7242А, 7А27Р и другие, в кото­рых для главного приво­да применяется двига­тель постоянного тока независимого возбужде­

ния, управляемый по системе Г—Д с ЭМУ поперечного поля в качестве возбудителя' [26]. Такая система при­вода позволяет получить большой диапазон регулирова­ния скорости и необходимое время реверса.

С целью повышения надежности привода, получения высокой жесткости механических характеристик и необ­ходимого быстродействия при заданном качестве пере­ходных процессов в станках тех же моделей в последнее время вместо ЭМУ стали Использовать МУ с промежуточ­ными транзисторными усилителями (в тяжелых стан­ках) . »

Рассмотрим особенности электропривода и работу схемы управления применительно к продольно-строгаль­ному станку модели 7242Б. Станок предназначен для об­работки изделий размером 4000X1500 мм, скорость реза­ния регулируется от 5 до 75 м/мин, максимальное тяго­вое усилие при скорости у_Пр=5ч-25 м/мин равно 90 кН. Для привода стола используются два двигателя посто­янного тока на напряжение 110 В и мощностью по 3'2 кВт каждый, соединенных последовательно и питаемых от одного генератора (Р,_юм=70 кВт, (Л_ТОм=230 В). Замена одного двигателя полной мощности двумя двигателями половинной мощности уменьшает момент инерции приво­да стола, а следовательно, и потери энергии в переход­ных процессах, или увеличивает производительность станка за счет повышения ускорения. Регулирование уг­ловой скорости двигателей производится только измене­нием напряжения генератора в диапазоне 15: 1.

На рис. 9-5, а показана несколько упрощенная, элек­трическая схема главного привода. Обмотка возбужде­ния генератора разделена- на две части (ОВГ-1' и ОВГ-П) , включенные в плечи уравновешенного моста с двумя балластными резисторами $61 и Рбг. В диагонали моста включены два магнитных усилителя МУ1 и МУ2 |(с внутренней обратной связью и выходом на постоян­ном токе); полярность напряжения которых такая, что токи 1_муг и /-_ЯУ2 в полуобмотках возбуждения вычи­таются, а в /?б! и /?б2 складываются. Обмотки управления магнитных усилителей включены последовательно-встреч­но, поэтому при подаче в них тока один усилитель под- магнйчивается, а другой размагничивается. При этом ток нагрузки первого усилителя будет возрастать, а второго усилителя —снижаться (рис. 9-5,6). При перемене по­лярности тока управления изменения токов нагрузки бу­дут обратными. При отсутствии подмагничивания МУ1, МУ2 напряжения на их выходе будут одинаковыми, а разность токов в нагрузке равна нулю. При полном под- ' магничивании одного из магнитных усилителей, напри-

+ о

овдг

Рис. 9-6. Электрическая схема главного привода продольно-строгаль­ного станка по системе Г—Д с МУ.

мер МУ1, и размагничивании другого (МУ2) разность токов в нагрузке равна максимальному значению, т. е.

На обмотки управления 031 и 032 подается разность напряжений: задающего (У₃, сни­маемого с регулятора скорости РС через потенциометр Но, и сигнала обратной связи по скорости 11₀,о, снимае­мого с тахогенератора ТГ. Таким образом, управляю­щее напряжение МУ, МУ2, от которого зависит ток воз­буждения и напряжение генератора, определяется выра­жением

у ₌[/ (/ =[/ ^ _а (9-15)

у 3 О, С 3 0, С ' ^ '

где й₀,с=^тг/©тг — коэффициент обратной связи по ско­рости, величина которого определяется диапазоном ре­гулирования скорости и требуемой жесткостью механиче­ских характеристик двигателя.

Из выражения (9-15) следует, что при заданной ве­личине 11_а с возрастанием нагрузки двигателей Д1 и Д2 их угловая скорость будет снижаться, что приведет к уменьшению напряжения 11₀,с. Результирующий сигнал [7у=УуР_у на входе МУ1, МУ2 будет увеличиваться, что вызовет рост напряжения генератора и обеспечит под­держание заданного значения угловой скорости двигате­лей (рис. 9-5, в).

Ограничение тока якорной цепи при перегрузках и в переходных режимах пуска, торможения и реверса двига­телей производится посредством узла отсечки по току. В этот узел входят: стабилитроны ДСЗ и ДС4-, обмотки уп­равления магнитных усилителей 077 и 0Т2, включенные на разность напряжений: [/_д,_п> снимаемого с обмоток до­полнительных полюсов генератора, и 7/_пр пробоя стаби­литронов, выбираемых по условию

и_пр = (1,8 Ч- 2,0) /_ном7?_д,_п = /_0ТС/?_ДЛ1. (9-16)

Если С/д,_п<Упр, то стабилитроны заперты и узел огра­ничения тока не действует. Когда же ток в якорной цепи превышает значение 1 отс, то (Уд,_п>^пр и по обмоткам 077, ОТ2 начинает проходить ток. Магнитодвижущая сила (МДС) этих обмоток направлена навстречу МДС задающих обмоток, поэтому разность токов в нагрузке магнитных усилителей будет уменьшаться, а это вызо­вет снижение напряжения генератора и ограничение дальнейшего возрастания тока в якорной цепи.

Схема управления главным приводом предусматрива­ет, автоматический и наладочный режим работы станка. В автоматическом режиме управление приводом осущест­вляется в функции пути, контролируемого конечными пе­реключателями направления хода стола (вперед, назад) ПХВ, ПХН и скорости стола ПС1 и ПС2. Предваритель­но на столе станка расставляются в нужном положении упоры а и б, воздействующие, на путевые переключатели (рис. 9-6,а), а рукоятками Раб. ход и Обр. ход регуля­тора скорости РС устанавливаются в соответствии с за­данными значениями скорости рабочего и обратного хо­дов стола.

Рис. 9-6. Схематическое расположение переключателей (а) и диа­грамма скорости движения стола за цикл работы продольно-строгаль­ного станка (б).

Рассмотрим вначале последовательность действия контактов переключателей. Перед окончанием рабочего хода упор а нажимает последовательно на выключатели ПС1 и ПХН. При воздействии на ПС1 снижается ско­рость стола перед выходом резца из.изделия, а затем при воздействии на ЛХЯ происходит реверс с прямого хода на обратный. В начале обратного хода упор а, воздей­ствуя на ПХН и ПС1, возвращает их контакты в прежнее положение. В конце обратного хода упор б нажимает на ПС2 — происходит снижение скорости, а затем, при воз­действии на ПХВ дается сигнал на . реверсирование с Кобр,тгп на у_Пр,тш, при котором происходит врезание рез­ца в изделие. Упор б в начале рабочего хода возвращает контакты ПХВ и ПС2 в прежнее положение.

Перед пуском станка включается вводной автомати­ческий выключатель ВЛ, при этом подается напряжение на силовую часть схемы и на трансформаторы Тр1 и Тр2 (указанные аппараты на рис. 9-5,а не показаны), ко вторичным обмоткам которых подключены: выпрями­тель, питающий обмотки возбуждения двигателей Д1, Д2 и схему управления, а также магнитные усилители МУ1, МУ2 и другие узлы схемы. Нажатием на кнопку КнП включается контактор КЛ и своими главными кон­тактами подключает асинхронный двигатель АД (на схеме не показан) преобразовательного агрегата (Д—Г).

Рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме. На рис. 9-6,6 приведена диаграмма скорости- движения стола за двойной ход. Пусть работа привода начинается в точке 0. Если рукоятка Раб. ход регулято­ра скорости РС установлена в положение, соответствую­щее у_Ст> 12 м/мин, то контакт переключателя ВКБ замкнут. Путевые выключатели ПХВ и ПС2 нажаты, а ПХН и ПС1 — освобождены.

Для пуска привода нажимается кнопка КнВ. Включа­ются контакторы КБ и КВ, реле РПВ и РП1, а также ре­ле РЗ. Пониженное задающее напряжение +1/₃₎т?п,'сни­маемое с потенциометра Р₀, в данном хлучае не зависит от установки рукояток регулятора скорости РС. Это на­пряжение поступает на задающие обмотки МУ1, МУ2, генератор Г возбуждается и двигатели разгоняются до угловой скорости (Овр, при .которой Уц_Р= 12 м/мин. Стол станка перемещается в направлении рабочего хода, и при пониженной скорости резец входит в изделие (точка А на диаграмме рис. 9-6,6). Затем освобождается пере­ключатель ПХВ, и его контакт ПХВ-2 размыкается (точка Б). Отключается реле РПВ и затем реле РЗ. На задающие обмотки 031, 032 подается напряжение + ^з,раб, обусловленное установкой рукоятки Раб. ход регулятора, скорости. Напряжение-, подводимое к якорю двигателя, увеличивается^ и его угловая скорость воз­растает до установленного значения. В процессе движе­ния' стола освобождается переключатель ПС2.

В конце рабочего хода (точка В) упор а нажимает на рычаг переключателя скорости ПС1. Включается ре­ле РЗ, а на вход МУ1, МУ2 снова подается напряжение + 11 з,тгп. Напряжение генератора уменьшается и двига­тель тормозится до угловой скорости, соответствующей скорости движения стола у_Пр=12 м/мин. На этой скоро­сти резец выходит из изделия (точка Г). Затем упор на­жимает на переключатель ПХН. Размыкается контакт ПХН-1 и замыкается контакт ПХН-2. При этом отключа­ется контактор КВ, срабатывает реле РПН и своим за­мыкающим контактом включает контактор КН. Вспомо­гательный контакт КН включает реле РП2. Оно в свою очереДь размыкающим контактом разрывает цепь ка­тушки реле РЗ. Поэтому на задающие обмотки 031 и 032 сразу подается полное напряжение —0₃,₀б_Р в соот­ветствии с установкой рукоятки регулятора скорости Обр. ход. Ток в обмотках управления 031, 032 быстро уменьшается до нуля, а затем возрастает в обратном на­правлении. Аналогичным образом будет изменяться и напряжение генератора. Происходит реверс двигателя с пониженной угловой скорости прямого хода (о_с,пр до установленной скорости обратного хода ю_с,об_Р (рис. 9-5, в). При движении стола в процессе разгона освобож­даются переключатели ПХН и ПС1.

Перед окончанием обратного хода (в точке Е) замы­кается контакт ЛС2 и включается реле РЗ. Замыкающий контакт этого реле в цепи РС закрывается, а размыкаю­щий — открывается, поэтому к задающим обмоткам 031 и 032 подводится пониженное напряжение —11з,тгп- Двигатели переходят в то.рмозной режим с рекуперацией энергии в сеть через генератор, который при этом рабо­тает двигателем,-и асинхронный двигатель переходит в генераторный режим. Последующее перемещение стола происходит с пониженной скоростью до точки Ж, когда упор б нажмет на переключатель ПХВ. Контакт ПХВ-1 размыкается, контакт ПХВ-2 замыкается. Отключается контактор КН и включаются реле РВП, а затем контак­тор КВ, реле РП1 и РЗ. На задающие обмотки 031 и 032 подается сигнал +//₃,тгп. Происходит реверс приво­да с пониженной скорости обратного хода на понижен­ную скорость прямого хода. В дальнейшем цикл работы станка повторяется. Для остановки привода нажимается кнопка КнС2. Отключается контактор КВ (или КН), 11₃ становится равным нулю, и двигатели быстро затор­маживаются.

При работе на станке со скоростями резания меньше 12 м/мин реле РЗ при рабочем ходе не действует, так как размыкается контакт ВКБ и задающие сигналы (/₃,раб, снимаемые с регулятора РС, будут определяться только установкой рукоятки Раб. ход.

В наладочном (толчковом) режиме обеспечивается получение скоростей стола 5 м/мин и ме­нее, устанавливаемых рукояткой регулятора скорости Толчок. Наладочный режим осуществляется при нажа­тии одной из кнопок Толч. Вп или Толч. Из, что вызыва­ет включение контактора К В или КН. На вход МУ1 и МУ2 подается пониженное задающее напряжение, и дви­гатели будут перемещать стол в прямом или обратном направлении с малой скоростью. При отпускании нажа­той кнопки отключается соответствующий контактор- и двигатели быстро останавливаются.

Схема управления электроприводом предусматривает аварийное торможение двигателей Д1 и Д2, которое про­исходит при отключении блокировочного контактора КБ в результате отсутствия тока в ОВД1 и ОВД2, срабаты­вания ограничителей хода стола ВК1, ВК2 или макси­мального реле РМ. С отключением контактора КБ теря­ют питание контакторы КВ или КН, и якорь генератора подключается на обмотки управления 0/7, 0Г2 магнит­ных усилителей таким образом, что выходной ток МУ 1, МУ2 размагничивает генератор.

В данной схеме электропривода предусмотрены: кор­рекция системы путем соединения якоря генератора че­рез цепочку Р_к—С_к с обмотками управления 0/7, 0Г2 и ограничение напряжения на задающих обмотках 031, 032 магнитных усилителей с помощью стабилитронов ДС1 и ДС2 в переходных режимах, когда имеют место резкие изменения напряжений (7₃ и

Рассмотренная схема главного привода продольно- строгального станка отличается большой надежностью, достаточно высоким быстродействием и обеспечивает широкое и точное регулирование частоты вращения дви­гателей. Недостатком системы Г—Д с МУ является низ­кий (до 25%) КПД возбудительного устройства. Пер­спективным следует считать применение возбудительных устройств на тиристорах или даже замену системы Г—Д реверсивной системой ТП—Д.

9-5. ГЛАВНЫЙ ПРИВОД ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНОГО СТАНКА ПО СИСТЕМЕ ТП—Д С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

. Наиболее перспективной для главного привода про­дольно-строгальных станков в настоящее время является замкнутая система электропривода с питанием якоря двигателя постоянного тока от реверсивного тиристорно- го преобразователя и с подчиненным регулированием па*

Рис.- 9-7. Схема управления главным приводом продольно-строгально-

а — функционально-принципиальная схема электропривода; б — р?гулировоч- теля.

раметров. В подобных системах в качестве усилителей, датчиков, задающих устройств и источников питания применяются приборы унифицированной блочной систе­мы регуляторов (УБСР) [5, § 49], В качестве примера рассмотрим один из вариантов схемы такого привода для продольно-строгального станка средних размеров.

На рис. 9-7, а приведена функционально-принципи­альная схема реверсивной системы ТП—Д с подчинен-

ая характеристика преобразователя; в — статические характеристики двига-

ным регулированием параметров и последовательной коррекцией. Якорь двигателя Д получает питание от ти- ристорного преобразователя, состоящего из двух групп вентилей ТПВ и ТПН, соединенных по встречно-парал­лельной мостовой схеме для работы с совместным управ­лением группами при нелинейном согласовании регули­ровочных характеристик Е_П=Д/7_У,_П), когда при любых значениях V _у, V _у, _п, тах соблюдается соотношение (рис. 9-7,6). Преобразователь ТП подключен к сети 380 В через токоограничивающие реакторы ТОР. На стороне выпрямленного тока установлен сглаживаю­щий дроссель СД. В цепи уравнительных токов включен четырехобмоточный дроссель УД с электромагнитной связью контуров уравнительных токов /_УР1 и /_уРц.

Узел управления пуском, торможением и реверсом двигателя выполнен в виде двойного задающего потен­циометра До—ПЗ, получающего питание от источника стабилизированного напряжения +24 В через контакты контакторов КВ и КП.

На вход усилителя РС, являющегося регулятором скорости, подается сигнал 7/_вх,рс, равный разности за­дающего напряжения (7₃,рс и напряжения обратной свя­зи 11₀,с снимаемого с тахогенератора ТГ. На выходе РС действует сигнал 11₃,рт,. пропорциональный сигналу ^вх,рс. Следовательно, усилитель РС представляет со­бой пропорциональный регулятор (П-регу- лятор).

Кроме основного внешнего контура регулирования скорости в схеме имеется внутренний замкнутый контур регулирования тока якоря двигателя /_я. Для этого про­порциональный току /_я отрицательный сигнал {/₀,_т, сни­маемый с шунта Ш и усиленный датчиком тока ДТ, по цепи отрицательной обратной связи вводится на вход второго усилителя РТ — регулятора "тока. Здесь он алгебраически суммируется с сигналом (7₃,рт, обра­зуя результирующий сигнал (/_вх,рт. Следовательно, вы­ходной сигнал регулятора скорости {У_ВЫх,рс является за­дающим сигналом для регулятора тока 11₃,рт. На выхо­де РТ, который охвачен местной обратной связью в виде цепочки /?о,с,тСо,с,т, формируется сигнал ^У_у,_п, поступаю­щий на блоки фазового управления СФУ—В и СФУ—Н тиристорными группами ТПВ и ТПН. В выходном сиг­нале 6^?вых,рт=^_у,п содержатся две составляющие, одна из которых пропорциональна сигналу /7_вх,рт, другая —

интегралу по времени от ^_Вх,рт. т. е. регулятор РТ— пропорционально- интегральный (ПИ-регу- лятор). Такой регулятор будет поддерживать значение тока якоря двигателя /_я в соответствии с заданием, т. е. с сигналом 1]_3< рт. Поэтому и говорят, что контур регули­рования тока в данной схеме является подчиненным кон- туру регулирования скорости, отсюда и термин «п о д- чин.еиное регулирование*.

Для ограничения тока якоря' двигателя величиной /я,ст</я,доп выходной сигнал регулятора РС имеет огра­ничение на уровне 6^?огр=^'з,рт,ша*==&т/я,доп, ^гД^е — пе­редаточный коэффициент цепи обратной связи по току. Ограничение выходного напряжения регулятора РС про­изводится с помощью стабилитронов СТ1 и СТ2, подклю­чаемых параллельно резистору обратной связи Ро.с.с-

Пуск двигателя в рассматриваемой ^#схеме произво­дится подачей Задающего сигнала С/₃,рс с регулятора скорости стола ПЗ нажатием кнопки Вперед (релейно- контактная часть схемы управления приводом выпол­нена примерно так же, как в предыдущей схеме для системы Г—Д с МУ и здесь не рассматривается). По­скольку сигнал з,рс во много раз превышает установив­шееся значение входного сигнала О_вх,рс, регулятор РС входит в зону ограничения, и на его выходе действует сигнал (Уогр. Контур регулирования скорости как бы раз­мыкается, а контур регулирования тока вступает в дей­ствие, и двигатель начинает разгоняться практически, при постоянном токе якоря, равном /_я,ст. По мере разгона возрастает сигнал С/₀,с=^сЮ от та-хогенератора ТР. При угловой скорости двигателя, близкой к заданной, регу­лятор РС выходит из зоны ограничения, и с этого мо­мента вступает в действие обратная связь по скорости. Разгон двигателя заканчивается, и он переходит в уста­новившийся режим при угловой скорости м_с,пр и токе яко­ря /_с,пр, соответствующих нагрузке стола при прямом ходе.

В конце прямого хода стола переключаются контак­ты путевого выключателя ПХН (см. рис. 9-6), при этом" изменяется полярность задающего сигнала и ре­

гулятор РС входит в зону ограничения при — (/_огр. Сиг­нал управления преобразователя 11_у,_п на входе обеих СФУ уменьшается. Преобразователь ТПВ закроется, а ТПН будет работать в инверторном режиме при а„> }>90°. Ток якоря /_я, изменив направление, станет тор­мозным и благодаря действию регулятора РТ будет поддерживаться на уровне — /_я>ст. Происходит рекупера­тивное торможение двигателя Д и далее его разгон в на­правлении Назад (обратный ход стола).

При отключении контактов КВ или КН задающий сигнал станет равным нулю, и под действием сигнала обратной связи 1]_0)с—к_са> будет осуществляться рекупе­ративное торможение двигателя при /_я=—/_я,ст в зоне больших скоростей, и по характеристике со=/(/_я), соот­ветствующей (Уз,рс—0, при низких скоростях (рис. 9-7, в).

В установившемся режиме работы привода сигнал на входе РТ равен 6^,_вх,рт=С_3|рт—Ио,т=0, а на выходе РТ сигнал существует (он накоплен в процессе разгона дви­гателя за счет; интегрирующего действия регулятора) и значение его таково, чтобы обеспечилась ЭДС преобра­зователя Вп,пр ЙЛИ Ьп,о бр, необходимая для работы дви­гателя со скоростью со₀,пр или (Ос,обр при токе нагрузки

/е,пр ИЛИ /_с,обр.

Уравнения статических электромеханической и меха­нической характеристик двигателя в данной системе на участке работы регулятора скорости можно получить из условия равенства сигналов II₀,т=^з,рт, или й_т/_я= = з,рс—к_са>)крс, откуда находим выражения для угловой скорости

со ₌ или ю = (0_оз-М ,(9-17)

к_с к_с к_рс _ к_с к_рс

где к_с=Из, рс тах/и>тах — коэффициент обратной связи по скорости, В-с/рад; й_т=^з,рт,т<к//я,ст— коэффициент обратной связи по току, Ом; кр_С—Т_мСк_г/(4Т_пк_с) —ко­эффициент передачи регулятора скорости (здесь Г_п= =0,01 с — некомпенсированная постоянная времени контура тока); с=5_я,_Ном/а>ном — постоянная двигателя, по ЭДС, В-с/рад, или по моменту с = М_Ном//ном, Н-м/А, в системе СИ численно равны; /г_дв — коэффициент пере­дачи двигателя, А/ (Н • м).

Жесткость характеристик двигателя на этом участке определяется соотношением параметров к_т, к_с, к рс и может быть обеспечена достаточно высокой. На участке работы регулятора тока, как отмечалось выше, /_я= =/_я,ст. Вид электромеханических характеристик двига­теля при прямом и обратном ходах стола, соответствую­щих различным значениям сигнала ^з.рс, показан на рис. 9-7, в,

Применение подчиненного регулирования на базе ис­пользования в качестве регулятора тока и скорости эле­ментов УБСР упрощает монтаж, наладку и эксплуата­цию сложных электроприводов, дает возможность удоб­но и эффективно корректировать переходные процессы электропривода. Аналогично реализуется подчиненное регулирование и в других системах электропривода, на­пример в системе Г—Д с тиристорным возбудителем ге­нератора.

9-6. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ СУППОРТОВ ПРОДОЛЬНО.

СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Подача суппортов продольно-строгальных станков производится периодически, обычно при реверсировании с обратного хода на прямой, и должна закончиться до начала резания. Подача осуществляется механическими, электромеханическими, электрическими или гидравличе­скими устройствами. Привод подачи должен обеспечи­вать регулирование подачи в диапазоне (40-^80) : 1, при этом время наибольшей подачи не должно превышать времени реверса стола станка (десятые доли секунды).

В современных станках для периодической подачи суп-

портов находят широкое применение электромеханиче­ские устройства с приводом от отдельного асинхронного двигателя, который автоматически включается в соот­ветствующий момент цикла, производит перемещение суппорта и затем также автоматически выключается.

Пример такого устройства показан на рис. 9-8. Дви­гатель Д через коробку передач КП приводит в движение суппорт станка С, а через червячную передачу 1 враща­ет валик 2, который несет несколько дисков 3 одного диа­метра, но имеющих различное число выступов (ши­пов) 4. Расстояние между соседними выступами каж­дого диска соответствует определенной подаче суппорта» Количество дисков равно числу подач при данном пере­даточном отношении коробки передач, которая обычно имеет три ступени. Над дисками установлено электро­магнитное реле 5, которое может перемещаться вдоль оси валика 2 с помощью каретки и реечной передачи (на схеме не показаны). Нижняя часть якоря реле имеет на­конечник 6, а верхняя ^:— замыкающие контакты 7. В кон­це обратного хода стола станка одновременно получают питание двигатель подачи суппортов Д и реле 5, якорь которого опускается. Начинается подача суппорта, одно­временно вращается валик 2 с дисками 3. Когда выступ диска, находящегося под якорем, приподнимает послед­ний, контакты реле размыкаются, двигатель подачи от­ключается от сети и быстро останавливается. Механизм подачи готов к следующему циклу.

Глава десятая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

10-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

Фрезерные станки предназначены для обработки на­ружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей, прорезки прямых и винтовых кана-вок, нарезки резьб на­ружных и внутренних, зубчатых колес и т. п. Характер­ная особенность фрезерных станков — работа вращаю­щимися многолезвийными режущими инструментами — фрезами. На рис. 10-1 показана схема фрезерования. Главным движением у₂ является вращение фрезы 2, дви­жением подачи у_п — перемещение изделия 1. Каждое из

Рис. 10-2. Вертикально-фрезерный станок модели 6Н13. 20* .

лезвий фрезы снимает стружку в течение лишь доли обо­рота фрезы, причем сечение стружки 5 непрерывно ме­няется от нуля до наибольшей величины.

Фрезерные станки делятся на две основные группы: ]) станки общего назначения, к которым относятся го­ризонтальные, вертикальные и продольно-фрезерные станки; 2) специализированные станки — зубофрезерные, копировально-фрезерные и др.

Вертикально-фрезерный станок показан на рис. 10-2. Основные узлы станка: станнна 1, в верхней части ко­торой расположена поворотная фрезерная головка 2, консоль 5, несущая салазки 4, рабочий стол 3. Консоль может передвигаться вверх и вниз по вертикальным на_г правляющим станины. По горизонтальным направляю­щим консоли перемещаются салазки 4, а по направляю­щим салазок—рабочий стол. Таким, образом, станок имеет три взаимно перпендикулярных движения подачи, осуществляемых через коробку подач 6 от встроенного внутри нее асинхронного двигателя. Вращение фрезе со­общается от двигателя 7 через коробку скоростей, распо­ложенную внутри станины. Вертикально-фрезерные станки применяются главным образом для обработки плоскостей торцевыми фрезами, а такясе для фрезеро­вания пазов, шпоночных канавок и т. п.

Горизонтально-фрезерные станки отличаются от вер­тикально-фрезерных расположением шпинделя, ось кото­рого устанавливается горизонтально. Эти станки приме­няются для обработки плоскостей цилиндрическими фре­зами, для прорезания канавок дисковыми фрезами, для обработки линейных поверхностей фасонными фрезами и т. п.

Обработка фрезерованием горизонтальных, верти­кальных и наКлонных поверхностей крупногабаритных тяжелых деталей производится на продольно-фрезерных станках (рис. 10-3), по внешнему виду напоминающих продольно-строгальные. На траверсе и стойках распола­гаются шпиндельные бабки с цилиндрическими или тор­цевыми фрезами, осуществляющие главное (вращатель­ное) движение в этих станках. Продольная подача сооб­щается столу с деталью, вертикальная ц поперечная— инструменту. На продольно-фрезерных станках в электромашиностроении обрабатывают опорные поверх­ности лап и коробок выводов станин электрических ма­шин.

Копировальио-фрезерные станки предназначены для обработки пространственно сложных поверхностей мето­дом копирования по моделям. На этих станках изготов­ляются рабочие колеса гидротурбин, ковочные и выруб­ные штампы, линейные и прессовые формы и др. Обра­ботка подобных изделий на ■ универсальных станках практически невозможна.

Рис. 10-3. Двухстоечный продольно-фрезерный станок.

Наибольшее распространение получили копироваль- но-фрезерные станки с электрическим следящим управ­лением — электрокопировальные фрезерные станки. Примером может служить станок, модели 6441Б (рис. 10-4). По направляющим станины 1 передвигается стол 2, на котором установлена стойка-3. На ее перед­ней плоскости 4 закрепляются модель и заготовка. По не­подвижной стойке 7 в вертикальном направлении может двигаться траверса 8, несущая шпиндельную бабку 9, в корпусе которой находятся двигатель шпинделя,.короб­ка скоростей и шпиндель 11 с фрезой. Шпиндельная баб­ка перемещается вдоль оси шпинделя по направляющим траверсы. На кронштейне 6 шпиндельной бабки установ­лена копировальная головка 5 —копиров'альн о- измерительный при б о р. В Переднюю стенку шпиндельной бабки встроен пульт управления 10.

Станок имеет три движения подачи: горизонтальное—■ перемещение стола, вертикальное — перемещение шпин­дельной бабки, поперечное — перемещение шпиндельной бабки вдоль оси шпинделя. Обработка деталей произво-

Рис. 10-4-. Колировальио-фрезерный станок модели 644Б.

дится пальцевыми цилиндри­ческими или конусными фре­зами, торцевыми фрезами и др.

Рис. 10-5. Схема объемного копирования.

Принцип обработки копи­рованием был рассмотрен в § 7-6 для токарных станков, т. е. для . случая двумерного копирования. Обработка объ­емных деталей на копироваль- но-фрезерном станке происхо­дит строчками — горизонталь­ными или вертикальными

(рис. 10-5). Модель 1 как бы разбивается на ряд плос­ких профилей. Движение 5_рез копировального пальца 2 вдоль такого профиля получается как сумма движе­ний ведущей подачи 5_В и следящей поперечной, подачи 5_С, т. е. осуществляется двумерное копирование. После прохода строчки совершается периодическая подача 5_П. Далее следует изменение направления ведущей подачи, образование новой строчки и т. д.

10-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

Фрезерные станки относятся к группе станков с главным вращательным движением. Диапазон регули­рования угловых скоростей шпинделя составляет от 20 : 1 до 60 : 1 при сохранении постоянства отдаваемой элек­тродвигателем мощности. Изменения угловой скорости шпинделя в процессе обработки, как правило, не требует­ся, поэтому для фрезерных станков обычно применяется ступенчатое регулирование скорости главного привода. Особых требований в отношении пускового момента, а также продолжительности пуска и торможения приво¹- да не предъявляется.

Для приводов главного движения фрезерных стан­ков малых и средних размеров используются одно- или многоскоростные асинхронные короткозамкнутые двига­тели в сочетании с коробкой скоростей. Исполнение дви­гателей обычно фланцевое. Привод подачи таких стан­ков в большинстве случаев осуществляется от главного двйгателя через многоступенчатую коробку подач. Об­щий диапазон регулирования подачи до (20—30) : 1. В станках, на которых не производятся зуборезные ра­боты, для привода подачи целесообразно применять от­дельные электродвигатели, что значительно упрощает конструкцию станка. ¹

Главный привод тяжелых продольно-фрезерных стан­ков также выполняется от асинхронных двигателей с ме­ханическим ступенчатым изменением угловой скорости шпинделя. Для приводов подачи стола и фрезерных го­ловок таких станков, диапазон регулирования скорости которых достигает значений (40ч-60) : 1, применяются двигатели постоянного тока, включаемые по системе Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя. В настоящее вре­мя для таких приводов используют систему ТП—Д.

Вспомогательные приводы фрезерных станков: при­воды насосов охлаждения, смазки и гидросистем, быст­рого перемещения фрезерных головок и поперечин у про­дольно-фрезерных станков и других — осуществляются от отдельных асинхронных электродвигателей.

10-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

Фрезерные станки общего назначения и зубофрезер- ные станки большей частью работают в продолжитель­ном режиме с постоянной нагрузкой. В этом случае мощ­ность двигателя определяется по рассчитанной, исходя из технических показателей, наибольшей нагрузке, воз­можной для данного станка.

Нормативная скорость резания, м/мин, при фрезеро­вании определяется по формуле

у_г = Я»* , " (Ю-1)

Т^п Л Л В^к г"

где Со — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, типа фрезы (цилиндрическая, торцевая и т. д.) и вида обработки (черновая или чистовая); с1 — диаметр фрезы, мм; г — число зубьев фрезы; 5 — подача на зуб фрезы, мм; I — глубина фрезерования (толщина слоя металла, снимаемого за один проход), мм; В — ши­рина фрезерования, мм; Т — стойкость фрезы, принимае­мая обычно для цилиндрических, торцевых, дисковых и фасонных фрез при обработке стали и ковкого чугуна равной 180 мин, при обработке серого чугуна 240 мин.

-Усилие резания или окружное усилие при фрезерова­нии, Н, рассчитывается по формуле

Р_г^9,8\С_р{-^р 5^ургй¹. ' (10-2)

Значения показателей степени и коэффициентов в уравнениях (10-1) д (10-2) берутся из справочника по режимам резания. Подача для цилиндрических фрез при черновом (грубом) фрезеровании на мощных станках со­ставляет 8=0,024-0,6 мм на зуб. При чистовом фрезе­ровании подача снижается до 0,02—0,08 мм на зуб. Глу­бина фрезерования I может доходить до 15 мм.

При известных значениях усилия- и скорости резания мощность резания, кВт, можно определить по формуле

Р_Х = Р^{ 60-Ю³). (Ю-З)

Мощность на валу главного электродвигателя, соот­ветствующая мощности резания, определяется с учетом потерь в механических передачах станка по формуле

^Р_№ ~ -^г.ном/^от.ном' • (10-4)

ГДе "г,ном — наибольшая возможная (номинальная) мощность резания;

■ Лет,ном — КПД станка при номинальной нагрузке (обычно составляет 0,75—0,8).

. По найденному значению Р_дв выбирается двигатель равной или несколько большей мощности на соответст­вующую номинальную частоту вращения..

При механическом приводе подачи от главного дви­гателя через коробку подач мощность этого двигателя должна быть примерно на 5% больше мощности, необ­ходимой для цепи главного движения.

Машинное время, мин, за один проход фрезы при цик­лическом фрезеровании определяется по формуле

**=(/ + /о + м. О⁰"⁵)

где I — длина фрезерования, мм; /о — длина врезания, мм; у — перебег фрезы, мм; «_м — минутная подача (ско­рость подачи), мм/мин.

Длина врезания определяется подформуле

/₀ = У1(й — () , ^ (10-6)

где I — глубина резания, мм; ё — диаметр фрезы, мм. ^ Представляет собой интерес расчет мощности двига-' теля подачи стола тяжелых продольно-фрезерных стан­ков, диапазон регулирования скорости рабочих подач ко­торых равен /)_Раб== (304-200) : 1, а быстрые перемещения в 1,5—4,2 раза больше о_раб,п- Кинематическая схема при­вода стола оказывается наиболее простой при условии, что весь диапазон подач (от минимальной рабочей, до ускоренного перемещения) обеспечивается за счет регу­лирования угловой скорости' двигателя. При этом мощ­ность двигателя, кВт, в случае регулирования угловой скорости только изменением определяется: наиболь­шим ТЯГОВЫМ уСИЛИеМ на столе /*т,тал:, наибольшей ско­ростью быстрого перемещения Об,пер и потерями в переда­че ("Пп). Расчетная формула имеет вид:

р Рт,тах Е'б.пеР 1 п—3 /1 л

Дв.расч - ^Ш • . ^ '>

Технические данные основных моделей продольно- фрезерных станков [17] показывают, что в диапазоне рабочих подач требуется регулирование скорости при Р_т, тах, а при быстрых перемещениях стола требуемое тя­говое усилие уменьшается в 1,5—2 раза. Двигатель, вы­бранный по (10-7), не используется по мощности во всем диапазоне регулирования.

Для наиболее полного использования электроприво­да угловую скорость двигателя постоянного тока неза­висимого возбуждения в зоне рабочих подач следует ре­гулировать изменением II _я, и при быстрых перемещени­ях — изменением Ф_ВОзб, т. е. следует применять двухзон- ное регулирование скорости привода.

. Практически не всегда удается обеспечить совпадение необходимых диапазонов регулирования скорости пода­чи стола с регулировочными возможностями двигателей, так как обычно ^ф.доп-САз.пер стола и приходится при­менять регулирование угловой скорости двигателя изме­нением напряжения на якоре на том участке диапазона регулирования, где /⁷_т<7⁷т,тах, т. е. несколько завышать установленную мощность двигателя.

Пример 10-1. Определить мощность двигателя и выбрать тири- сторный преобразователь для привода подачи стола продольно-фре­зерного станка. Тяговое усилие на столе при рабочих подачах Рт,тох=51 500 Н, диапазон рабочих подач стола г>ст,т;и/.Уст,раб = =23,5/950 мм/мин; тяговое усилие при быстром перемещении стола со скоростью Об,пер = 3000 мм/мин равно /^?т,б,пер = 28 300 Н; радиус приведения от рейки стола к двигателю р—1,33 мм/об, КПД пере­дачи т]_п=0,24.

Решение. Расчетные значения мощности и частоты вращения двигателя при однозонном регулировании

₌ пер , _з ₌ 51 500-3,₁₀-3 _{= Ш 8 кВ}

дв.расч _60т]п 60-0,24 '

"дв.раеч = ^иб,пер/р = 3000/1,33 = 2255 об/мин.

В этом случае следует применить закрытый двигатель с естест­венным охлаждением типа ПБСТ-63: Р_Ном=11 кВт, п_{в ом}= = 2200 об/мин, -г/_вом=220 В, /_н<ш=54 А, «_тм = 3600 об/мин, Мном=47 Н-м.

При двухзонном регулировании скорости приводов с двигателя­ми новой серии 2ПБ, которые допускают изменение частоты враще­ния ослаблением потока в диапазоне до (3—3,5) ; 1, расчетные зна­чения мощности и частоты вращения .при Ь_фдоп=3 : 1 будут равныз

р _ Гц,тах ^ст.расч _]п-3__ ⁵¹ 500-1,0 ₃

^дв.расч — _60т]ц -10 _ _бо>()>24 -10 -3,6 кВт,

%в,расч = ^ст,расч/р= ЮОО/1,33 = 751 об/мин, доп=3000/3= 1000 об/мин.

Выбираем двигатель типа 2ПБ-180 Ь : Р_Ном=4,2 кВт, IIпоп— = 220 В, «ном=750 об/мин, /_ном=22,2 А, М_ВОм = 53,3 Н-м, п_тах = = 2500 об/мин. Для питания двигателя можно использовать трех­фазные реверсивные тиристорные преобразователи серии ЭТЗР: для первого двигателя — типа ЭТЗР12-25/220 с трансформатором ТТ-25, для второго — типа ЭТЗР14-11/220 с трансформатором ТТ-14.

10-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНО- ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА

Вертикально- и горизонтально-фрезерные станки раз­ных моделей имеют ряд однотипных узлов и сходные схе­мы управления электроприводами. В качестве примера рассмотрим электрооборудование вертикально-фрезер­ного станка модели 654.

Шпиндель станка получает вращение от асинхронно­го двигателя мощностью 13 кВт при 141 рад/с через ко­робку скоростей, которая дает 18 ступеней угловой.ско­рости (от 2,5 до 125 рад/с). Переключение скоростей производится вручную. Продольное и поперечное пере­мещения стола (в диапазоне регулирования скоростей подачи от 10 до 1000 мм/мин) и вертикальное переме­щение шпиндельной бабки (в диапазоне регулирования от 4 до 400 мм/мин) осуществляются от двигателя по­стоянного тока через коробку подач при бесступенчатом электрическом регулировании угловой скорости в диа­пазоне 10:1. Электромеханическое регулирование ско­рости обеспечивает рабочие подачи и быстрые перемеще­ния стола и шпиндельной бабки станка. Изменение направления движения осуществляется электромагнит­ными муфтами, которые смонтированы внутри корпуса коробки подач. Электромагнитные муфты обеспечивают как независимое включение всех трех перемещений, так и их одновременное действие.

Электрическая схема управления электроприводами станка, обеспечивающая наладочный и рабочий режимы, приведена на рис. 10-6. Направление вращения шпинде­ля задается переключателем ВП. Пуск двигателя шпин­деля ДШ для продолжительной работы производится на­жатием кнопки КнП1, при этом включаются контактор КШ и реле РП1. Для быстрой остановки двигателя шпинделя следует нажать кнопку КнС1 и удерживать ее в течение 1,5—2 с. При этом отключается контактор КШ

{ ЧС 315

Кн „Быстро"

РП2

Рис. 10-6. Схема¹ управления электроприводами вертикально-фрезерного станка.

и включается контактор КТ, обмотка статора присоеди­няется к выпрямителю Вп1 и происходит динамическое торможение двигателя, С отпусканием кнопки КнС1 кон­тактор КТ отключается, и схема приходит в исходное со­стояние.

Наладочный режим, предназначенный для проверки правильности установки обрабатываемых изделий и ин­струмента, а также для опробования отдельных узлов станка, может быть осуществлен кратковременным на­жатием кнопки Кн «Толчок». Двигатель ДШ в этом случае будет работать в течение времени воздействия на кнопку.

Для движений подач применен комплектный привод типа ПМУ6М. Пуск двигателя подачи ДП производится нажатием кнопки КнП2 и возможен только после вклю­чения привода шпинделя и автоматического выключате­ля ВА2. Якорь двигателя ДП питается от трехфазного силового магнитного усилителя МУ, рабочие обмотки да_р которого включены через диоды Д1—Д6. Угловая ско­рость двигателя ДП регулируется от 15 до 150 рад/с из­менением напряжения, подводимого к якорю, и от 150 до 300 рад/с — ослаблением магнитного потока. Напря­жение управления 1!_у, поступающее на обмотки управ­ления щ магнитного усилителя и определяющее угловую скорость двигателя в рабочем диапазоне, равно алгеб­раической сумме напряжений: задающего V₃, снимаемо­го с регулятора — потенциометра РС; сигнала отрица­тельной обратной связи по напряжению II₀,н на зажимах якоря и сигнала положительной обратной связи по току II_п,т, получаГемого с помощью трансформатора тока ТТ и выпрямителя Вп2.

Ограничение тока якорной цепи при пуске двигателя подачи выполняется с помощью реле РМ. При включе­нии контактора КП по обмоткам управления ш_у прохо­дит ток /_у, больший номинального тока управления /у,ном, магнитный усилитель «открывается» и пусковой ток двигателя возрастает до /_я»'2/_Ном; реле РМ сраба­тывает и размыкающим контактом отключает задающее напряжение с обмоток щ. При этом напряжение на вы­ходе магнитного усилителя снижается, а ток якоря уменьшается до значения, при котором реле РМ отклю­чается и замыкает свой контакт. Обмотка хю_у вновь под­ключается к напряжению И₃, ток ?коря двигателя воз­растает, РМ снова срабатыва-ет и т. д. Таким образом, реле РМ будет работать в вибрационном режиме до окончания пуска двигателя ДП, когда /_я=/с.

Для выполнения быстрого установочного перемеще­ния стола или шпиндельной бабки -станка необходим® нажать кнопку Кн «Быстро». При этом включается реле РП2, и на обмотки независимо от положения движ­ка регулятора РС подается максимальное напряжение 1!з,тах. Двигатель, разгоняется, и при угловой скорости, близкой к номинальной, включается реле РН1, в цепь обмотки возбуждения вводится добавочное сопротивле­ние, ток возбуждения уменьшается, и двигатель доразго- няется до максимальной скорости (300 рад/с). Быстрое перемещение длится столько времени, сколько будет на­ходиться в нажатом состоянии кнопка Кн «Быстро».

Кроме главного двигателя ДШ и двигателя подачи ДП станок имеет еще два небольших короткозамкнутых двигателя (иа схеме не показаны) для насосов смазки и охлаждения, а также узел схемы, посредством которо­го осуществляются переключения электромагнитных муфт механизмов подачи стола и шпиндельной бабки. Защита двигателей шпинделя, насосов смазки и охлаж­дения от длительных перегрузок осуществляется тепло­вым,реле — соответственно РТ1, РТС, РТО.

10-5. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ КОПИРОВАЛ ЬНО-ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

Копировальные' станки применяются для обработки деталей с пространственно-сложными поверхностями (например, пресс-формы, штампы, кулачки для различ­ных станков, автоматов и т. п.). Обработка деталей на копировальных станках производится по заранее заго­товленным моделям или шаблонам. Корпус копироваль­ного прибора жестко связан со шпиндельной бабкой. В процессе копирования по поверхности модели движет­ся копировальный палец, форма которого должна точно соответствовать режущему инструменту. Перемещения ко­пировального пальца передаются инструменту, через промежуточную систему управления. В связи с этим различают два вида копирования: 1) с непосредствен­ным механическим управлением и 2) со следящим управ­лением [17].

В копйровально-фрезерных станках широкое приме­нение нашли системы электрического копирования, кото­рые можно разделить на:

1) системы прерывистого релейного управления с контактным копировально-измери- тельным прибором (электроконтактной копировальной головкой), который управляет электромагнитными муф­тами подач. В качестве двигателей подач используются как асинхронные короткозамкнутые двигатели, так и двигатели постоянного тока. Регулирование скорости по-

2

дач в первом случае чисто механическое ступенчатое, во втором — комбинированное электромеханическое. Прин­цип работы такого рода систем и устройство контактной копировальной головки были рассмотрены в § 7-6 для токарно-копировального станка. Электрокопировальные системы прерывистого управления благодаря их просто­те и надежности получили большое распространение в копировальных устройствах, устанавливаемых на уни­версальных фрезерных станках;

2) системы непрерывного управления с бесконтактной индуктивной копировальной головкой и бесступенчатым регулированием скорости подач. В стан­ках с таким управлением приводы подач выполнены от двигателей постоянного тока, включенных по системе ЭМУ-Д или ТП-Д.

На рис. 10-7,а схематически показано устройство бе­сконтактной копировальной головки (КГ). Копироваль­ный палец 8 расположен на шпинделе 9, который связан .с корпусом головки шаровым шарниром 10. Шпиндель через шарик 11 упирается во втулку 12, закрепленную на рычаге 13. На конце рычага установлен якорь 1, помещен­ный между сердечниками 2 и 3 дифференциального транс­форматора. Магнитная система этого трансформатора состоит из двух Ш-образных сердечников, на средних стержнях которых уложены обмотки. Первичные обмот­ки 4 и 7 соединены последовательно-согласно и вклю­чены в сеть переменного тока (рис. 10-7,6). Вторичные отмотки 5 и 6 включены последовательно-встречно, и воз­никающие в них ЭДС направлены в противоположные стороны.

Когда нажатие на палец 8 такое, что якорь 1 нахо­дится в среднем положении, магнитные потоки в сердеч­никах 2 и 3 будут одинаковы, ЭДС вторичных обмоток равны, и напряжение на выходе отсутствует. Это состоя­ние КГ отвечает случаю точного согласования положений копировального пальца* § и фрезы 14 (рис. 10-7е).

При увеличении нажатия на палец, т.е. при появле­нии 'рассогласования —б (рис. 10-7,г), якорь 1 переме­щается к сердечнику 2, поток в котором возрастает, а ноток в сердечнике 3 уменьшается. При ослаблении на­жатия на палец, т.е. при рассогласовании +б-(рис. 10-7, д), якорь 1 смещается ближе к сердечнику 3, что вызыва­ет увеличение потока в этом сердечнике и уменьшение потока в сердечнике 2. Таким образом, на выходе транс­форматора появляется напряжение V_у, амплитуда и фа­за которого зависят от значения и знака рассогласова­ния б.

К станкам с непрерывным управлением относится копировально-фрезерный • полуавтомат модели 6441Б (см. рис. 10-4), на котором производится обработка как объемных поверхностей, так и плоских контуров. Копиро­вание выполняется по моделям или шаблонам, выпол­ненным в масштабе 1:1 из металла, дерева, гипса и т.п.

Принципиальная электрическая схема станка приве­дена на рис. 10-8. Шпиндель станка приводится во вра­щение от двухскоростного асинхронного двигателя ДШ мощностью 2,6 кВт при 1430/2850 об/мин. Частота вра­щения шпинделя регулируется ступенчато электромеха­ническим путем в диапазоне от 75 до 850 об/мин. Привод всех трех подач станка (горизонтальной, вертикальной и поперечной) выполнен от отдельных регулируемых двигателей постоянного тока (соответственно ДГП, ДВП и ДПП) по системе ЭМУ-Д, Мощность каждого двига­теля подачи равна 0,37 кВт при 1000 об/мин, В качестве генераторов для питания двигателей подач используются

Рис. 10-8. Схема управления электроприводами копировально-фрезер- ного станка 644Б.

два электромашинных усилителя поперечного поля ЭМУ1 и ЭМУ2 (0,5 кВт, 110 В) и генератор постоянного тока ГУ, Скорости подач регулируются плавно в диапазоне от 25 до 315 мм/мин.'

Рассмотрим работу системы управления при обработ­ке объемных изделий горизонтальными строчками. Ве­дущую подачу 5_В осуществляет 'двигатель ДГП, подклю­ченный к электромашинному усилителю Э.МУ2< Следя­щая подача 5_С обеспечивается двигателем ДШП, кото­рый подключен к электромашинному усилителю ЭМУ1, периодическая подача «_п— двигателем ДВП, получаю­щим питание от генератора ГУ.

Напряжение С/_у с выхода трансформатора КГ (см. рис. 10-7, б) подается на входной электронный усилитель

ВУ системы следящего управления двигателями подач. Усилитель БУ преобразует напряжение в три напря­жения: С/*.==/!!&—пропорциональное значению и знаку рассогласования; И^—к^йЬ/И — пропорциональное ско­рости изменения рассогласования; Иъ—къ I 6Л — пропор­циональное интегралу по времени от рассогласования. Эти напряжения по каналам 1—3 поступают на вход уси­лителя следящей подачи У СП.

В усилителе У СП все три напряжения суммируются и результирующее" напряжение подается на обмотки управ­ления 1-ОУ1 и 2-ОУ1 электромашинного усилителя ЭМУ1, которые включены встречно. Электродвижущая сила ЭМУ1 будет изменяться по значению и по направлению в зависимости от значения и знака выходного напряжения У СП, и двигатель ДПП будет перемещать шпиндельную бабку к изделию или от него, устраняя рассогласование.

Для управления ведущей подачей используются те же три напряжения V1, (Л и Уз, что и для следящей пода­чи. С выхода усилителя ВУ они по каналам Г—-У посту­пают в блок связи БС. В этот блок, кроме того, по каналу 6 подается напряжение которое определяет заданную максимальную скорость подачи, выбираемую по техно­логическим условиям обработки. От блока Б С результи­рующее напряжение по каналу 7 подводится к электрон­ному усилителю ведущей подачи УВП, выход которого, через реверсивный контактный мостик подключен к об­мотке управления ОУ2 электромашинного усилителя ЭМУ2. В процессе копирования в пределах горизонталь­ной строчки угловая скорость двигателя ДТП, а следо­вательно, и подача 5_В меняются только по значению, со­храняя неизменным свое направление.

Узлы управления следящей и ведущей подачами работают взаимосвязанно. При изменении скорости сле­дящей подачи скорость ведущей подачи изменяется так, чтобы результирующая скорость движения вдоль про­филя сохранялась неизменной и равной заданной.

Использевание в системе кроме управления в функ­ции рассогласования еще управления по скорости изме­нения рассогласования (дифференциального управления) и управления в функций времени рассогласования (ин­тегрального управления) позволяет системе быстрее ре­агировать на всякое изменение наклона профиля шабло­на. Такой способ .управления: значительно повышает точ­ность и качество обработки.

В конце прохода^ горизонтальной строчки от упора срабатывает путевой переключатель (на схеме не по­казан) , отключается двигатель ведущей подачи ДГП пос­редством отключения реле РВ {РН), включается двига­тель вертикальной подачи ДВП (замыкается контакт КЛ), и совершается периодическая подача з_и. Ее значе­ние устанавливается специальным реле времени, контро­лирующим продолжительность включения' двигателя ДВП. После отработки периодической подачи опять включается посредством реле РН (РВ) — ведущая по­дача, но уже в противоположном направлении и т. д.

Для работы вертикальными строчками с периодиче­ской горизонтальной подачей в схеме управления станка предварительно производятся соответствующие переклю­чения: двигатель ДВП присоединяется к электромашин­ному усилителю ЭМУ2, а двигатель ДГП — к генератору ГУ. При отработке плоских контуров по шаблону следя­щая и ведущая подачи осуществляются двигателями ДГП и ДВП, подключаемыми к электромашинным уси­лителям.

Глава одиннадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ

11-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Шлифовальные станки применяются для чистовой обработки деталей шлифовальными абразивными круга­ми, снимающими с поверхности детали тонкий слой ме­талла. На шлифовальных станках можно обрабатывать плоские, цилиндрические наружные и внутренние поверх­ности, шлифовать зубья шестерен, затачивать различные инструменты и т.д. Шлифовальные станки получили ши­рокое распространение во всех отраслях промышлен- 'ности в качестве станков общего и специального назна­чения.

Станки общего назначения делятся на следующие основные типы: а) круглошлифовальные; б) внутришли- фовальные; в) плоскошлифовальные; г) бесцентровые кругло- и внутришлифовальные. Специализированные шлифовальные станки предназначаются для получения

I

Рис, 11-1, Общий вид круглошлифовального станка модели 3151,

весьма чистых (гладких) поверхностей -^доводочные, отделочные станки и другие, либо для выполнения определенных операций над различными деталями — резьбошлифовальные, шлицешлифовальные и др.

С внедрением в практику новых методов получения заготовок с малыми припусками (ковка в штампах, литье в формы под давлением и др.) появилась возмож­ность обрабатывать такие заготовки сразу шлифованием, минуя обработку на других металлорежущих станках. Поэтому шлифовальные станки со временем могут ока­заться преобладающими среди других металлорежущих станков.

Круглошлифовальные станки предназначены для шлифования цилиндрических поверхностей тел враще­ния, пологих конических и торцевых поверхностей. В электромашиностроении на таких станках шлифуют валы электродвигателей. На рис. 11-1 изображен круглошли- фовальный станок, основными узлами которого являют­ся: станина 7; рабочий стол 2 с размещенными на нем передней 3 и задней 5 бабками; шлифовальная бабка 4, на шпинделе которой закрепляется шлифовальный круг 6. Обрабатываемая деталь устанавливается в центрах задней и передней бабки и закрепляется в патроне перед­ней бабки. Патрон получает вращение от электродвига­теля через плоскоременную передачу. Шлифовальный круг приводится во вращение от славного двигателя 7 через клиноременную передачу.

На рис. 11-2,а изображена схема процесса наружного шлифования на' круглошлифовальном станке. Шлифо­вальный круг 2 и обрабатываемая деталь 1 вращаются в разные стороны. Вращение детали создает круговую подачу Ощ, вращение шлифовального круга — главное движение —скорость резания V;;. Для обработки детали по длине, если она превышает ширину круга, стол станка с установленной на нем деталью совершает возвратно- поступательное движение (создает продольную подачу 51). Шлифовальный круг совершает поперечное периоди­ческое перемещение относительно детали — поперечную подачу 5₂ (подачу на глубину резания).

В ■ тяжелых круглошлифовальных станках при боль­ших размерах обрабатываемых деталей продольное пе­ремещение совершает шлифовальная бабка с кругом, а стол с деталью, закрепленной в передней и задней баб­ках, остается неподвижным,

Вну-тришлифовальные станки предназначены для: шли* фования внутренних цилиндрических, конических и; дру­гих поверхностей тел вращения (рис. 11-2,6:), Обычноу таких станков обрабатываемая деталь вращается вокруг оси шлифуемого отверстия, осуществляя круговую- пода­чу Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси,

■52

А

ШШШШ777Г'

•У7777777777Л

		V.К
■

Рис. 11-2. Схемы движений в шлифовальных станках.

создавая скорость резания Продольная-подача 51 по­лучается за счет возвратно-поступательного движения шлифовального круга или детали. Поперечная подача % производится путем периодического поперечного переме­щения шлифовальной бабки в конце каждого прохода; поверхности обрабатываемой детали.

Плоскошлифовальные станки предназначаются для* обработки наружных поверхностей- плоских деталей, По= форме стола, на котором закрепляются шлифуемые из­делия, эти станки подразделяются на станки с прямо­угольным и круглым столами, а по расположению; шли­фовального круга — на станки с горизонтальным и верк тикальным шпинделем.

На рис. 11-3 показан общий вид плоскошлифовально­го станка с прямоугольным 'столом. Его основные- узльш

станина 1, стойка 2, шлифовальная бабка 3, рабочий стол 4. Дисковый абразивный круг 5 укрепляется на конце шпинделя шлифовальной бабки. Шлифуемая деталь в зависимости от ее формы, размера и материала закреп­ляется непосредственно на столе станка, либо на специ­альной магнитной плите, устанавливаемой на столе.

столом.

В плоскошлифовальных станках, кроме главного дви­жения— вращения круга, различают следующие виды движений:

а) В станках с прямоугольным столом и при обработ­ке деталей периферией круга (см. рис. 11-2, в) стол с де­талью совершает возвратно-поступательное движение подача у_и, шлифовальная бабка (или стол,) — периоди­ческое перемещение на величину, несколько меньшую ширины круга, после каждого хода стола, а круг полу­чает вертикальное перемещение — подачу з₂ на глубину резания — после очередной обработки всей плоскости шлифования,

б) В станках с круглым столом при обработке дета­лей торцом круга (см. рис. 11-2, г) столу сообщается движение круговой подачи до_и, а кругу — вертикальное периодическое перемещение 5о.

11-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Шлифовальные станки относятся к точным станкам, поэтому конструкции их отдельных узлов и кинематиче­ские передачи должны быть максимально просты, что достигается широким применением индивидуального привода. В шлифовальных станках различают следую­щие виды электроприводов: главный привод (вращение шлифовального круга), привод вращения изделия, при­вод подачи, вспомогательные приводы и специальные электромеханические устройства.

В шлифовальных станках малых и средних размеров при мощности главного привода до 10 кВт враще­ние круга обычно осуществляется от односкорост- ных асинхронных короткозамкнутых двигателей. На круглошлифовальных станках при значительных разме­рах шлифовальных кругов (диаметр до 1000 мм, шири­на до 700 мм), применяют понижающие.ременные пере­дачи от двигателя к шпинделю и электрическое торможе­ние привода для уменьшения времени остановки.

На внутришлифовальных станках обработка ведется кругами небольших размеров, поэтому в них применяют ускоряющие передачи от двигателя к шпинделю или ис­пользуют специальные высокоскоростные асинхронные двигатели, встраиваемые в корпус шлифовальной бабки. Устройство, в котором короткозамкнутый двигатель и шлифовальный шпиндель конструктивно объединены в один узел, называют электрошпинделем. Часто­ты вращения таких двигателей 24 000—48 000 об/мин, а при малых диаметрах шлифовальных кругов (до 5—7*мм) доходят до 150 000—250 000 об/мин.

Статор двигателя электрошпинделя (рис. 11-4) наби­рается из листов электротехнической стали, в его пазах располагается двухполюсная обмотка, а ротор выполня­ется типа беличьей клетки либо в виде массивного сталь­ного цилиндра. Двигатели электрошпинделей питаются от специальных индукционных генераторов повышенной частоты типа ГИС (/_г=300-=-2000 Гц) или от статических преобразователей'частоты на тиристорах.

При работе шлифовальный круг постепенно изнаши­вается и диаметр его Ак уменьшается, что вызывает уменьшения скорости резания, так как Ок=яД_к«_к/(60Х X Ю00). м/с. Для получения хорошего качества шлифуе­мой поверхности и повышения производительности стан­ка необходимо пвддерживать скорость резания при из-

Рис. 11-4. Электрошпиндель типа Ш-24/2,2 горизонтального испол­нения.

носе круга постоянной. С этой целью в крупных шлифо­вальных станках устанавливают двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, угловая скорость ко­торых регулируется изменением потока возбуждения в диапазоне (2ч-3) : 1. Питание таких двигателей осуще­ствляется от полупроводниковых выпрямителей.

Для вращения обрабатываемого изделия на внутри- шлифовальных станках применяют асинхронные коротко- замкнутые двигатели одно- или многоскоростные. На тя­желых круглошлифовальных станках привод вращения изделия выполняется по системе Г—Д с диапазоном ре­гулирования скорости от (8-МО) : 1 до (20-*-25) : 1 и бо­лее. Получили распространение приводы с тиристорны- ми преобразователями переменного тока в постоянный, а также приводы с магнитными усилителями типа ПМУ на мощности 0,1—8 кВт. Особенностью нагрузки привода вращения изделия таких станков является большой мо­мент сопротивления при пуске (до 2М_НОм). .

Подача (возвратно-поступательное движение стола, продольное и поперечное перемещение шлифовальной бабки) на шлифовальных станках небольших размеров производится от гидропривода. Приводы подач тяжелых плоско- и круглошлифовальных станков выполняются от двигателя постоянного тока по системе ЭМУ—Д, ПМУ—Д или ТП—Д с диапазоном регулирования до (404-50) :1. Иногда для приводов продольных подач ис­пользуют многоскоростные асинхронные двигатели с многоступенчатой коробкой подач. Однако такой привод применяют редко, так как он не дает возможности плав­ного регулирования и не обеспечивает постоянства за­данной скорости (допустимая погрешность до 5%). Для вращения круглого стола плоскошлифовальных станков часто применяют асинхронные короткозамкнутые двига­тели.

Для вспомогательных приводов шлифовальных стан­ков (приводы насосов смазки и охлаждения, насосов гидропривода, быстрого перемещения шлифовальной баб­ки и др.) также применяются асинхронные короткозамк­нутые двигатели.

11-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Во всех шлифовальных станках главным движением является вращение шлифовального круга. Скорость ре­зания определяется окружной скоростью круга и обыч­но лежит в пределах от 30 до 50 м/с, но в некоторых случаях достигает 75 м/с. Толщина снимаемого слоя ме­талла при таких скоростях резания незначительна.

Мощность резания, кВт, определяется по фор­мулам:

при шлифовании периферией круга

Р_г^С_рь^*5Уй% N (11-1)

при шлифовании торцом круга

(11-2) • »

где С_р—коэффициент, характеризующий материал из­делия и твердость круга; к_и — окружная скорость дета­ли или скорость движения . стола, м/мин; I — глубина шлифования, мм; — подача в направлении оси шли­фовального круга (продольная или поперечная) в мил­лиметрах на один оборот детали или в Долях ширины круга н-а один двойной ход стола (см. рис. 11-2) ; й—• диаметр .шлифования, мм; Л — ширина шлифова­ния, мм,

Значения коэффициентов и показателей степени в формулах (11-1) и (11-2) приводятся в технологических сцравочниках. Скорость у_и, глубину шлифования. I и продольную подачу 51 выбирают в зависимости от вида шлифрвания.

После определения мощности резания при черновом. Р_г 1 и чистовом Р_г2 шлифовании и расчета. соответствую­щего машинного времени ^_ш\ и для обоих видов об­работки подсчитывают вспомогательное время Ш₀ и с учетом потерь в передачах строят нагрузочную диаграм­му шлифовального станка. Затем определяют эквива­лентную мощность двигателя по формуле, кВт:

(11-3)

Номинальную мощность двигателя, работающего в продолжительном режиме, выбирают по каталогу из условия Р_во*>Ръ,о на частоту вращения «номда да 60у_к('п/л1>к.

11-4. СПЕЦИАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ШЛИФОВАЛЬНЫХ

СТАНКОВ

На плоскошлифовальных станках для быстрого и на­дежного закрепления обрабатываемых деталей из стали и чугуна нашли широкое применение электромаг­нитные плиты и вращающиеся электро­магнитные столы. Удержание деталей на таких плитах и столах в процессе обработки производится си­лами магнитного поля, создаваемого чаще всего с по­мощью электромагнитов. Удельное тяговое ^усилие у со­временных электромагнитных плит составляет обычно 20— 1 ЗОН/см².

На рис. 11-5 схематически показано устройство элект­ромагнитной плиты для плоскошлифовального станка с прямоугольным столом. На плите 1 из малоуглеродистой стали располагаются сердечники 2 с надетыми на них катушками 3, которые соединяются последовательна' и подключаются к источнику постоянного тока. Плита 1 помещается в коробчатый корпус 4 из диамагнитного, материала. Этот- корпус закрепляется на столе станка. Сверху в корпус вставляется вторая стальная плита 5, имеющая поперечные вырезы с немагнитными, (напри­

мер, латунными) прокладками 6. Если на такую плиту установить деталь 7 и пропустить ток через катушки, то возникающее магнитное поле будет надежно притяги­вать шлифуемые изделия к плите. Перед снятием обра­ботанных деталей с плиты катушки электромагнита отключаются «т источника питания и замыкаются на

7 . 5

Рис. 11-5. Электромагнитная плита для плоскошлифовального станка.

разрядное сопротивление, магнитное поле исчезает, и детали освобождаются.

Плоскошлифовальныё станки с круглым столом обыч» но выполняются в виде полуавтоматов или автоматов с непрерывной обработкой изделий, закрепляемых на вра­щающемся электромагнитном столе. На рис. 11-6 пока­зана схема устройства такого стола с непрерывной по­дачей и снятием изделий. Во вращающейся части 2 электромагнитного стола, выполненной из магнито-мяг- кой стали, сделаны прорези 3 в радиальных направле­ниях и выточки 4 по окружности, заполненные проклад­ками из латуни. В неподвижной части 1 стола' устанав­ливается семь электромагнитов 6. Шесть из них расположены в зоне шлифования для закрепления обра­батываемых изделий 8, проходящих под кругом 5, а седьмой размещен в зоне съема деталей и создает маг­нитный поток противоположного направления. Обрабо­танные детали размагничиваются и легко отделяются от стола при помощи съемных щитков 7.

По условиям техники безопасности, а также во из­бежание порчи изделий в схемах управления станками с электромагнитным столом должны быть предусмотрены

Выход „ деталей.

Рис. 11-6. Поворотный электромагнитный стол с непрерывной загруз­кой деталей.

блокировки, обеспечивающие отключение и быструю остановку шлифовального круга при обрыве питания катушек электромагнитов. Электромагнитные плиты пи­таются постоянным током напряжением 24, 48, 110 и 220 В от полупроводниковых выпрямителей. Мощность, потребляемая катушками плиты, составляет обычно 100—300 Вт.

Детали, снятые с электромагнитных плит или столов, сохраняют остаточный магнетизм, что нежелательно. Для размагничивания таких деталей применяют специ­альные устройства:—дем агнитиз а торы. На рис. 11-7, а схематически показано устройство демагнитиза- тора для одиночных деталей. Магнитопровод 1 набира­ется из листовой стали. Полюсные башмаки 2 выполня­ются из магнитно-мягкой стали и разделяются немагнитной прокладкой 3. Катушки 4 включаются в сеть переменного тока 50 Гц. Деталь кладется на по­люсные башмаки, несколько раз перемещается взад и

вперед и под действием переменного магнитного поля размагничивается..

В плоскошлифовальных полуавтоматах, на которых, обрабатываются детали массового производства (напри­мер, кольца шарикоподшипников), применяется демаг- нитизатор, схема которого дана на рис. 11-7,6. По на­клонному лотку 1, выполненному из немагнитного м'ате-

Рис. 11-7. Схемы демагнетизаторов.

а — для одиночных деталей; б — с непрерывной подачей деталей.

риала, детали 3 перемещаются сверху вниз внутри ка­тушки 2, питаемой переменным током промышленной , частоты и размагничиваются.

На прецизионных шлифовальных станках использу­ют закрепляющие плиты с постоянными магнитами (магнитные плиты). Они не требуют источника пита­ния, имеют продолжительный срок службы, более на­дежны в эксплуатации, так как на них исключается воможность срыва деталей с поверхности плиты в слу­чае прекращения электропитания. Плита имеет корпус, внутри которого расположен пакет, набранный из по­стоянных магнитов, изготовленных из специальных сплавов и имеющих форму пластин. Магниты отделены прокладками из немагнитного материала. Пакет стянут латунными болтами. Деталь из ферромагнитного ма­териала, положенная на плиту, притягивается находя­щимися под ней магнитами. Для съема детали с плиты пакет сдвигают с помощью эксцентрика (вручную). При новом положении полюсов их магнитные потоки замы­каются, минуя деталь, и ее можно легко снять. Средняя .сила тяги плит составляет 60—70 Н/см².

Для повышения производительности и обеспечения высокой точности современные шлифовальные станки

всех типов снабжаются устройствами активного конт­роля— измерительными устройствами для авто­матического контроля размеров шлифуе­мых деталей в процессе их обработки и подачи соответ­ствующих команд в систему управления станком. По достижении требуемого размера детали станок автома­тически отключается. Рабочий не останавливает станок

фовании.

для проверки размеров обрабатываемого изделия. Он только снимает готовую деталь, устанавливает новую заготовку и пускает станок. В этом случае рабочий мо­жет следить за работой нескольких станков, что дает увеличение производительности труда, уменьшает воз­можность брака и облегчает обслуживание станков.

Простейшим измерительным устройством для авто­матического контроля размеров деталей в процессе об­работки на внутришлифовальных станках является про­бочный калибр 1 (рис. 11-8,а), который периодически подводится к обрабатываемой детали 2 (после каждого двойного хода шлифовального круга 3). Когда диаметр шлифуемого изделия достигнет заданного значения, ка­либр войдет в отверстие. При этом замыкаются контак­ты электрической цепи и подается команда на отвод шлифовальной бабки в исходное положение и остановку шпинделя станка. Обычно калибр состоит из двух про­бок разного диаметра: меньшая входит в шлифуемое отверстие после окончания черновой обработки, а боль­шая— после чистовой обработки. Это позволяет осуще­ствлять автоматический переход с чернового Шлифова­ния на чистовое и отключать привод при достижении заданного размера.

На плоскошлифовальных станках с непрерывной за­грузкой деталей применяются электроконтактные из­мерительные устройства для автоматической подналад- ки станка (рис. 11-8,6). Обработанные детали 9, за­крепленные на магнитном столе станка 10, после выхода из-под шлифовального круга измеряются по высоте. Если вследствие износа круга-высота изделия оказалась больше допустимой, детали 9 задевают за. наконечник 5, закрепленный в лапе 4. При этом рычаги 1 и 2 провора­чиваются вокруг оси 0, замыкаются контакты 6 и 7, и включается электромагнит подачи шлифовальной бабки. Круг опускается и дополнительно обработанные после этого детали не будут задевать наконечник 5. Пружина 8 прижмет рычаг 2 к упору 3, контакты 6 и 7 разомкнут­ся и отключат электромагнит подачи шлифовальной бабки.

Электроконтактные датчики (измеритель­ные головки) широко применяются на других шлифо­вальных станках для контроля размеров деталей. На рис. 11-9, а схематически показана конструкция одной из таких измерительных головок. Внутри корпуса 1, ус­танавливаемого на шлифовальной бабке станка, смон­тирован шток 2, который может перемещаться верти-' кально во втулках 5. На штоке закреплен хомутик 10. Шток заканчивается наконечником 3 с алмазным или твердосплавным зерном. Во время обработки изделия алмазное зерно опирается на шлифуемую поверхность и прижимается к ней пружиной 6. При уменьшении раз­мера детали вследствие снятия припуска шток опуска­ется вниз, и хомутик 10 нажимает на упор контактного рычага 7, который связан с корпусом (эта часть кор­пуса изготовлена из электроизоляционного материала) плоской пружиной 4 и витой пружиной 11. Верхний ко­нец контактного рычага отклоняется вправо и отходит от контактного винта 8. При дальнейшем уменьшении размера детали нижний конец рычага замыкается с кон­тактным винтом 9. Последовательное срабатывание

Рис. 11-9. Электроконтактное измерительное устройство,

контактов позволяет осуществить автоматический пере­ход с чернового шлифования на чистовое и последующий отвод круга. При установке новой детали шток подни­мается и рычаг 7 под действием пружины И прижима­ется к верхнему контактному винту 8. Настройка кон­тактных винтов^ 8 и 9 производится маховичками. М8 и М9, на которых имеются шкалы с делениями. Для ви­зуального наблюдения за размером обрабатываемой детали в отверстие 12 можно установить индикатор, на который будет воздействовать верхний конец штока 2.

Для того чтобы контакты датчика не подгорали, они включены в базовые цепи полупроводникового переклю­чателя, который управляет работой промежуточных ре­ле РП1 и РП2 (рис. 11-9,6). Когда контакт 8 измери­тельного устройства замкнут, то транзистор ПТ1 за­крыт, так как на его базу подается положительный потенциал. Транзистор ПТ2, на базу которого через дели­тель напряжения на резисторах РЗ—Я4 подается отри­цательный потенциал, открыт, и реле РП2 включено. По окончании чернового шлифования контакт 8 датчи­ка КД размыкается, транзистор ПТ1 открывается и ре­ле РП1 срабатывает, что вызывает переход с черновой подачи на чистовую. После окончания чистового шлифо­вания замыкается контакт 9, транзистор ПТ2 закрыва­ется, реле РП2 отключается и в схему управления по­ступает команда на отвод круга. Диоды Д1 и Д2 служат для защиты транзисторов ПТ1 и ПТ2 от импульсов на­пряжения, возникающих при отключении катушек реле РП1 и РП2.

11-5. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОШПИНДЕЛЯМИ С ПОМОЩЬЮ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Наиболее целесообразным способом регулирования угловой скорости асинхронного двигателя является час­тотное управление, осуществляемое изменением частоты и напряжения 0_и питающего двигатель. Этот способ позволяет обеспечить требуемый для внутришлифоваль- ных станков диапазон плавного регулирования частоты вращения шпинделя до (2ч-4) : 1 при сравнительно ма­лых потерях в двигателе. По конструктивным сообра­жениям современные электрошпиндели (ЭШ) допуска­ют регулирование частоты вращения только вниз от номинального значения. Для сохранения критического момента, снижающегося при значительном уменьшении частоты ^ в связи с возрастанием падения напряжения в активном сопротивлении статора двигателя, нужно по мере снижения частоты уменьшать напряжение И\ в меньшей степени, чем снизилась частота.

Для компенсации износа круга на внутришлифо- вальных станках требуется регулирование угловой ско­рости при неизменной мощности. С увеличением диа­метра шлифуемых отверстий увеличивается и Анл.кр, и для сохранения скорости резания приходится снижать частоту вращения ЭШ, а требуемый момент при этом возрастает. Все это вынуждает завышать установленную мощность двигателя. Выбор мощности ЭШ при регули­руемом приводе определяется мощностью шлифования Р_шл и диапазоном регулирования частоты вращения

I) — Мном [Итт- Номинальная мощность ЭШ для продол­жительного режима будет равна

Р — Р О. (11-4)

эш.ном шл \ /

Рис. 11-1.0. Асинхронный регулируемый электропривод с вентильным преобразователем частоты. .

а — структурная схема; б— принципиальная схема однофазного автономного инвертора; в — диаграмма изменения тока и напряжения в нагрузке.

777		АИ

изменением мощности Р_шл на 20—30% из-за колебаний припуска у различных деталей на черновую обработку.

Развитие силовой полупроводниковой техники при­вело к созданию статических преобразователей частоты (СПЧ), которые позволяют получать требуемое соотно­шение между напряжением и частотой питания ЭШ. Наиболее рациональным типом СПЧ для управления высокоскоростными асинхронными двигателями являет­ся тиристорный преобразователь частоты с промежу­точным звеном постоянного тока. На рис. 11-10, а при­ведена структурная схема асинхронного регулируемого электропривода с вентильным преобразователем часто­ты. Преобразователь состоит из трех основных узлов:

Мощность ЭШ для нерегулируемого привода выби­рают по режиму, черновой обработки, который харак­теризуется наибольшими усилиями резания. При этом возможна кратковременная перегрузка ЭШ, вызванная

тиристорного преобразователя 777, осуществляющего преобразование переменного тока с напряжением 11_с и частотой /о в постоянный ток при регулируемом напря­жении 11(1=уаг; автономного инвертора АИ, преобразу­ющего напряжение Ил в трехфазное переменное напря­жение регулируемой частоты схемы управления СУ, состоящей из блоков управления выпрямителем БУВ и инвертором БУИ, и блока задания частоты вращения двигателя БЗС.

Рассмотрим принцип действия АИ на примере одно­фазного инвертора, схема которого представлена на рис. 11-10,6. Тиристоры 77—Т4 служат ключами, по­средством которых сопротивление нагрузки 2_Н с разной полярностью подключается к напряжению У а. Тиристо­ры включаются схемой управления попарно (77, Т4 и Т2, ТЗ) с требуемой частотой ^_у=уаг. При этом на на­грузке появляется переменное напряжение «_н прямо­угольной формы с амплитудой, равной На-

Закрывание тиристоров осуществляется посредством коммутирующих конденсаторов С1, С2 (процесс закры­вания одних тиристоров и открывания других называет­ся коммутацией). Когда включены тиристоры 77 и Т4_Г то конденсаторы С1, С2 заряжаются до напряжения источника с полярностью, указанной на рисунке. При включении тиристоров Т2, ТЗ конденсаторы С1, С2 раз­ряжаются соответственно через тиристоры 77, Т2 и ТЗ, Т4. Ток в тиристорах 77 и Т4 уменьшается, и когда он будет равен нулю, последние закроются, и к нагрузке будет приложено напряжение обратной полярности че­рез открытые тиристоры Т2, ТЗ.

Таким образом, тиристоры инвертора осуществляют периодическое переключение постоянного ; напряжения На выпрямителя на нагрузку к которой принуди­тельно прикладываются импульсы переменного напря­жения прямоугольной формы (рис. 11-10, б), основная гармоническая которых составляет* выходное напряже­ние 11 _и поступающее на нагрузку. Частота Д этого напря­жения равна частоте выходных импульсов, выраба­тываемых блоком управления инвертором и подаваемых на управляющие электроды тиристоров Т1, Т4 и Т2, ТЗ, для открывания их в нужной последовательности.

Диоды Д1 — Д4 отделяют коммутирующие конден­саторы С1, С2 от нагрузки, не допуская их разряда на нее. Диоды Д5 — Д8 образуют так называемый «об­ратный» мост, через который пропускается реактивный ток нагрузки в те моменты времени, когда знаки тока ё„ и напряжения м_н не совпадают. Например, если были открыты тиристоры Т1, Т4 и ток в нагрузке проходил в направлении, показанном на рис. 11-10,6 стрелкой, то под действием ЭДС самоиндукции после закрывания 77, Т4 и открывания Т2, ТЗ ток нагрузки сохраняя свое на-

Рис. 11-11. Принципиальная схема силовой части трехфазного преоб­разователя частоты.

правление, будут проходить по цепи Дб->С₀->Д7 до момента перехода его через нуль (рис. 11-10, в). Кон­денсатор Со является приемником реактивной энергии.

Дроссели Ы и' Ь2 служат для ограничения тока раз­ряда конденсаторов С1 и С2 в моменты коммутации ти­ристоров по цепи через обратный мост, минуя закрывае­мый тиристор. Так, при выключении тиристоров 77 и Т4 конденсатор С1 дополнительно разряжается по цепи и по цепи Д1->2_п->-Д6-+Ы->-Т2, а кон­денсатор С2 — по цепи Т3^-Ь2-^Д8~^Д4 и по цепи ТЗ-^Ь2-^Д7->-1_ш-^Д4. Если исключить из схемы дроссе­ли Ы и Ь2, то коммутация тиристоров в этом инверто­ре станет невозможной.

На рис. 11-11 приведена принципиальная схема трех­фазного преобразователячрастоты. Силовая часть СПЧ состоит из однофазного управляемого выпрямителя, вы­полненного по двухполупериодной несимметричной мос­товой схеме с 1С-филътром (7-ф и Со). Напряжение на выходе выпрямителя регулируется изменением угла от­крывания тиристоров Т7 и Т8. Коммутация тиристо­ров — естественная, т. е. закрывание тиристора проис­ходит в момент прохождения анодного напряжения че­рез нуль. Автономный инвертор состоит: из шести тиристоров 77 — Т6, последовательно с которыми вклю­чены шесть силовых диодов Д1 — Д6, отделяющих ком­мутирующие конденсаторы С_к от нагрузки; шести не­управляемых вентилей Д10 — Д15, включенных по трех­фазной мостовой схеме и образующих мост обратного, тока; шести конденсаторов С_к и шести катушек индук­тивности' Ь_к, образующих цепи гашения тиристоров, и выходного трехфазного автотрансформатора АТ, пред­назначенного для получения нужного уровня выходного напряжения. Нагрузкой инвертора является асинхрон­ный двигатель Д.

Принцип действия данного СПЧ такой же, как и рассмотренного однофазного. Особенностью трехфазно­го инвертора является то, что одновременно открыты лишь два тиристора (77,. Т6; 77, Т2; Т2, ТЗ; ТЗ, Т4; Т4, Т5; Т5, Т1...). Порядок включения тиристоров соот­ветствует их номерам. Обмотки статора двигателя Д целесообразно соединять в треугольник, что позволяет повысить надежность инвертора за счет снижения тре­буемого выходного напряжения. Гашение открытого ти­ристора осуществляется током обратного направления, создаваемого колебательным перезарядом конденсато­ров С_к через дроссели Ь_к и проходящего через закры­ваемый и открываемый тиристоры, и обратным напря­жением при прохождении тока перезаряда после закры­вания тиристора через отсекающий диод Щ1 — Д6) и диод обратного моста, подключенных параллельно за­крываемому тиристору.

Напряжение на выходе СПЧ регулируется изменени­ем напряжения Ий на входе инвертора, а регулирование частоты — изменением частоты управляющих импульсов II _им,, подаваемых на тиристоры от схемы управления инвертором.

Номинальные данные одного из таких СПЧ: макси­мальная частота выходного напряжения /тах=2500 Гц, что соответствует частоте вращения щ—150 000 об/мин, двухполюсного ЭШ. Напряжение на выходе СПЧ, соот­ветствующее \тах, равно 220/127 В. Диапазон

регулирования скорости ОдаЗ: 1(150 ООО—48 ООО об/мин), номинальная выходная мощность преобразователя ЗкВ-А.

В тех случаях, когда не предъявляется высоких тре­бований к жесткости механических характеристик, поддержанию перегрузочной способности ЭШ и к каче­ству переходных процессов электропривода, а регули­рование скорости осуществляется в пределах (1,5-^2) : 1, применяют разомкнутые системы управления ЭШ. При диапазоне плавного регулирования скорости, большем (2^-3) : 1, необходимо использовать замкнутые системы автоматического управления для получения соответст­вующих характеристик со =/(М) и необходимой пере­грузочной способности ЭШ в зоне низких частот вра­щения.

Преобразователь частоты на тиристорах обладает высокими энергетическими показателями, прост в уп­равлении и имеет сравнительно малые габариты.

11-6. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА

В средних и крупных круглошлифовальных станках система электрического управления сочетается с гидрав­лической. Примером может служить круглошлифоваль- ный станок модели ЗА161. Этот станок предназначен- для наружного шлифования цилиндрических поверхнос­тей изделий длиной до 1000 мм и диаметром до 280 мм; наибольший диаметр шлифовального круга 600 мм.

На рис. 11-12 приведена схема управления электро­приводами станка. Привод шлифовального круга осу­ществляется от асинхронного короткозамкнутого двига­теля ДШ мощностью 7 кВт при 98 рад/с. Путем смены, шкивов клиноременной -передачи можно, получить два значения угловой скорости круга 111 и 127 рад/с. По­перечная подача шлифовальной бабки осуществляется как вручную (при наладочных работах), так и при по­мощи гидравлического устройства, управляемого с по­мощью электромагнитов (при автоматической работе).

Для вращения изделия применен комплектный элек­тропривод ПМУ5М с двигателем постоянного тока па­раллельного возбуждения ДИ типа ПБС-22 мощностью 0,85 кВт, угловая скорость которого плавно регулиру­ется в пределах от 35 до 250 рад/с изменением напря­жения, подводимого к якорю от силового магнитного

Рис, 11-12. Электрическая схема круглошлифовального станка моде-

усилителя МУ. Усилитель собран по трехфазйой мосто­вой схеме и имеет шесть рабочих обмоток пу_р и три об­мотки управления а>_у1, ш_у2 и щ₃. Рабочие обмотки усилителя включены последовательно с диодами Д1 —■ Д6, которые используются как для выпрямления пере-' менного тока, так и для осуществления внутренней по­ложительной обратной связи по току магнитного усили­теля. Обмотка ш_Уз служит для создания смещения в МУ.

ЧАЛ-Ч-Г

РП2 Г~1 РВ

^-Цм

ли ЗА161.

Ток в обмотке т_у\ обусловлен разностью задающего напряжения V₃, снимаемого с потенциометра ПЗ и на­пряжения обратной связи V₀,_с> снимаемого с якоря дви­гателя. По обмотке ш_у2 проходит ток /_у2, пропорцио­нальный току якоря двигателя /_я, поскольку вторичный ток трансформатора тока ТТ пропорционален рабочему току усилителя, равному /_р=0,815/_я. Магнитодвижущая сила обмотки Щг направлена согласно с МДС обмотки

Щи следовательно, обмотка осуществляет, положи­тельную обратную связь по току якоря двигателя. Ток Уу2 можно изменять резистором Я2. Угловая скорость двигатейя регулируется изменением 1!₃ путем переме­щения рукоятки потенциометра ЛЗ, которая связана также с движком резистора Р2.

Стол станка получает возвратно-поступательное дви­жение (продольную подачу) от гидропривода со ско­ростью от 100 до 600 мм/мин. Реверсирование стола производится в конце каждого хода переключением зо­лотника гидроцилиндра при помощи упоров, приверну­тых к столу. На задней бабке стола установлен прибор для правки шлифовального круга алмазом. Насос гид­росистемы станка приводится в движение двигателем ДГ мощностью 1,7 кВт при 93 рад/с; насос охлаждаю­щей жидкости ■ вращается двигателем ДН мощностью 0,125 кВт при 280 рад/с.

Перед пуском станка включается линейный выклю­чатель ВЛ. При этом получают напряжение трансфор­маторы Тр1 и Тр2 и срабатывает реле РОИ, контроли­рующее наличие тока в обмотке возбуждения двигателя изделия ОВДИ. Нажатием кнопки КнПГ включают контактор КГ, и получает питание двигатель ДГ. Когда давление масла в гидросистеме достигнет необходимого уровня, замыкается контакт реле давления РД, после чего кнопкой КнПШ включают контактор КШ, который главными контактами подает питание на двигатель- круга ДШ.

Схема управления позволяет Осуществить наладоч­ный и автоматический режимы работы станка. В н а­ладочном режиме выключатели ВИ, ВН и ВА1 устанавливаются в положение Ручн. упр. Включение . двигателя изделия ДИ производят нажатием кнопки КнПИ. При этом включается контактор КИ, якорь дви­гателя присоединяется к усилителю МУ, и двигатель быстро разгоняется. Замыкается контакт реле контроля скорости РКС- Для отключения двигателя ДИ нажима­ют кнопку КнС И, при этом .контактор КИ теряет пита­ние и включается контактор торможенйя КТ. Проис­ходит процес динамического торможения двигателя ДИ. При скорости, «близкой к нулю, реле РКС отключает контактор КТ.

Работа станка в автоматическом режиме происходит в такой последовательности: 1) «быстрый подвод гидроприводом шлифовальной бабки к изделию, включение двигателей ДИ и ДН; 2) шлифование при черновой подаче, затем переход на чистовую- подачу с работой «до упора»; 3) автоматический отвод шлифо­вальной бабки и выключение двигателей ДИ и ДН. . Для выполнения: данного режима переключатели ВИ, ВН и ВА1 устанавливаются в положение Авт. раб., а переключатель ВА2 — в положение Раб. до у,пора. Глав- ную рукоятку управления станком наклоняют на себя,, происходит быстрый подвод шлифовальной бабки до тех пор, пока кулачок механизма врезания круга-не нажмет на микропереключатель МП И, который подключает контакторы Жи и КН. Получают питание и начинают вращаться двигатели ДИ и ДН, а также включается гидропривод перемещения стола. Происходит обработка детали.

По окончании процесса чернового шлифования кула­чок механизма врезания круга нажимает на микропере­ключатель МПД, включается реле РП1 и получает пи­тание, электромагнит доводочной (чистовой'), подачи ЭмДП, воздействующий на золотник гидропривода по­дачи шлифовальной бабки. Скорость поступательного* движения бабки уменьшается. По. достижении, заданного размера нажимное устройство шлифовальной бабки че­рез рычаг 2 нажимает на микропереключатель МП О (см. узел а на рис. 11-12), получает питание, реле РП2 и своим контактом замыкает цепь электромагнита от­вода ЭмО, который, переключает гидропривод, шлифо­вальной бабки на быстрый отвод. При возвращении бабки в исходное положение размыкается контакт МПИ, теряют питание контакторы КИ и КН, отключая своими главными контактами двигатели изделия и насоса, ох­лаждения. - ,

Защита электрооборудования от к. з.. осуществляется предохранителями Пр1 — IIр5; защита двигателей ДШ,, ДГ и ДИ от длительных, перегрузок — тепловыми реле РТШ, РТР и РТИ.

На станке возможно применение прибора актив­ного контроля типа АК-3. В этом, случае переклю­чатель ВА2 устанавливается в положение Раб-., со скобой и управление циклом шлифования осуществляется в за­висимости от действительных размеров деталей. Прибор. АК-3 подключается к точкам; схемы АК, и так же как и при работе «до упора», дает две; команды — на. переклю­чение шлифовальной бабки на чистовую подачу и на быстрый отвод.

' Часто цикл работы круглошлифовальных станков включает в себя так называемое «выхаживание», т.е. шлифование с выключенной подачей. Продолжитель­ность выхаживания контролируется реле времени. В схе­ме управления в этом случае после замыкания контакта РП2 включается реле времени РВ, контакт которого вводится в цепь электромагнита ЭмО вместо контакта реле РП2 (указанные цепи обозначены на рис. 11-12 пунктирными линиями.

Глава двенадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ 12-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ

Агрегатными называются специальные многоинстру­ментальные станки, собираемые из стандартных (норма­лизованных) и специальных узлов или агрегатов. К стан­дартным узлам относятся силовые (шпиндельные) го­ловки, поворотные столы, станины, гидравлические устройства (гидропанели, гидроприводы) и др.

Агрегатные станки предназначаются для применения в условиях крупносерийного и массового производства для выполнения сверлильных, расточных, резьбофре- зерных и реже — фрезерных и других работ. На элект­ромашиностроительных заводах страны агрегатные станки применяются для обработки различных деталей электродвигателей: подшипниковых щитов, крышек, станин и т. п. Изделия на таких станках обрабатыва­ются одновременно многими инструментами с одной, двух или нескольких сторон в зависимости от конфигу­рации детали, которая устанавливается 'и закрепляется на столе станка. Поэтому агрегатные станки отличают­ся более высокой производительностью, чем универсаль­ные станки. При обработке изделий на агрегатных стан­ках сокращаются число рабочих и производственные площади при том же объеме продукции.

На рис. 12-1 показан общий, вид трехстороннего сверлильного многошпиндельного агрегатного станка с тремя силовыми головками 2. Две головки установлены горизонтально и совершают перемещения по направля­ющим станины /, третья головка расположена верти­кально и перемещается по колонне 4. Все головки име­ют одинаковое устройство и состоят из корпуса 2, шпин­дельной коробки 3, в которой размещаются рабочие шпиндели с режущим инструментом, и приводного элек­тродвигателя 7, Обрабатываемая заготовка закрепля-

станка.'

ется в приспособлении 5, которое устанавливается на подставке (столе) 6. При последовательной обработке нескольких заготовок вместо неподвижного приспособ­ления 5 применяют поворотный стол, на котором кре­пятся заготовки.

Силовые головки выполняются с механической или гидравлической системой подачи. В современных агре­гатных станках наибольшее распространений получили силовые головки^с гидравлическим приводом подачи. Гидравлические головки делятся на самодействующие и несамодействующие.

В самодействующих силовых головках гидронасос и гидропанель (распределительное устройство гидросис-

я са

о

м и

о о

■ч о

и «

м га о ч ■а о

-я

>.

щ

о

и

сч

я а

темы) встроены в головку и совершают вместе с ней поступательное движение при подаче головки. Резерву­аром для масла служит корпус головки. Кроме того, в таких головках шпиндели и, гидронасос- приводятся во вращение, от одного электродвигателя» поэтому подача режущего инструмента при невращающихея шпинделях не может быть произведена.

Общий вид самодействующей силовой головки, по­казан на рис. 12-2. С передней стенкой корпуса головки соединена болтами шпиндельная коробка 2, на кронш­тейне задней стенки установлен электродвигатель 6. В корпусе головки находятся гидронасос 5 и гидропа­нель 4, Через: вал 3 и зубчдтые шестерни шпиндельной коробки получают вращение шпиндели 1 с инструмен­тами. С нижней частью, корпуса головки жестко соеди­нен гидроцилиндр 7, шток поршня которого укреплен в станине станка. При подаче масла в левую полость ци­линдра геловка получает движение по направлению к детали 8, при подаче масла, в. правую полость — от де­тали.

Промышленность выпускает несколько типов само­действующих силовых головок с двигателями мощ­ностью от 1,1 до 22 кВт и усилием подачи от 10 до 100 кН. Максимальный ход головок'—от 250 до 1Ш0 мм.

В несамодействующих силовых головках гидрона­сос и гидропанель устанавливаются на станке вне си­ловой головки. Главный двигатель осуществляет только вращение шпинделей. Вращение насоса гидросистемы производится, от отдельного двигателя. Для масла, пре­дусматривается отдельный резервуар.

Несамодействующие соловки, широко применяются в агрегатных многопозиционных станках, имеющих не­сколько силовых! головок. В этом случае используется одна централизованная гидравлическая система, сокра­щается количество насосов и приводов к ним, но ус­ложняется система трубопроводов. - ■■

Нарезание резьбы, на агрегатных станках обычно производится, с. применением стандартных электромеха­нических разьбовых головок. Подача, такой головки осуществляется при помощи, винтового механизма, при­водимого во вращение от главного двигателя, чем дос­тигается. точное согласование движений: резания, и по­дачи. Реверсирование шпинделей и подачи осуществля­ется реверсированием двигателя;,

12-2. ЦИКЛЫ ДВИЖЕНИЯ СИЛОВЫХ ГОЛОВОК АГРЕГАТНЫХ

ч-

СТАНКОВ

В зависимости от назначения агрегатного станка и выполняемых на нем операций силовые головки могут совершать различные циклы движений. В наиболее распространенном цикле силовая головка с режущими Инструментами сначала быстро подводится к детали,

^>"| в-Пуск ; о - стоп

&) —— быстрое перемещение ' ¹ —Рабочая подача, а,

б)

Рабочая подача. з₂ >51

<| Работа на жестком упоре' В) 1 —

I 1-й. проход

~ ^ ^ 2~й проход

О-б-

3~й проход

г)

Рис. 12-3. Схемы циклов движений силовых головок агрегатных стан­ков,

затем скорость движения снижается, и происходит ра­бочая подача. После окончания обработки головка быстро отводится в исходное положение (рис. 12-3,а). Управление производится автоматически в функции пути с помощью конечных выключателей, устанавлива­емых на станине станка по ходу движения головки.

При обработке отверстий под болты кдмбинирован- ным инструментом вначале производится их сверление (или зенкерование) с нормальной рабочей подачей з₂, затем осуществляется автоматический переход на меньшую подачу 5_Ь при которой производится зенкеро­вание. Схема цикла движений головки для этого слу­чая показана на рис. 12-13,6.,

Для цековки торцевых поверхностей около рассвер­ленных отверстий в конце рабочего хода производится вращение инструмента без подачи — работа на жест­ком упоре (рис. 12-3,в). Силовая головка останавлива­ется, упираясь в специальный винт, установленный на

неподвижном кронштейне. Давление масла в гидро­системе повышается, и после выдержки времени, опре­деляемой настройкой реле давления, головка воз­вращается в исходном положение.

При сверлении глубоких отверстий необходимо пе­риодически выводить сверло из детали для удаления стружки и его охлаждения. Цикл движения силовой головки, соответствующий этому случаю, показан на рис. 12-3, г. По окончании сверления головка с инстру­ментами отводится в исходное положение. Возможны и и другие циклы движений силовых головок. Управле­ние циклами производится, как правило, при помощи средств электроавтоматики,

12-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ

Главный привод агрегатных станков осуществляет­ся, как правило, от асинхронных короткозамкнутых двигателей с внешним обдувом. Выбор мощности дви­гателя головки производится по наибольшей сум­марной мощности резания рабочих шпинделей с уче­том потерь в передачах

^Р=1.25^„ом,ШП. • (12-1)

где 1,25 — коэффициент, учитывающий возможные из­менения •режимов резания; Р_г — суммарная мощность резания всех шпинделей головки, кВт; т|ном^шп—КПД шпиндельной коробки при номинальной нагрузке.

Так как двигатель головки часто не отключается во время пауз, следует учитывать нагрузку его в эти периоды, которая определяется потерями холостого хода шпиндельной коробки, т.е. Р₀ = аР_г. Коэффи­циент а равен

а = 0,6 (а + Ь)« 0,6 (1 - 'П_Ном,_шп)/г]_н„, (12-2)

где а и Ь — коэффициенты постоянных и переменных потерь в двигателе (см. § 7-3).

Учитывая, что угловая скорость двигателя во время его работы не изменяется, можно определить эквива­лентную мощность по формуле

Р_0КВ. 1/4^0, ₍₁₂-₃₎

'рт'«

где ^о=^быстр, подв.-Ь^быстр, отв.Ч~^раб, на упоре-

При удачном предварительном выборе мощности двигателя должно выполняться соотношение Ркож^, Рэь-в- Кроме того, следует проверить двигатель по до­пустимой кратковременной перегрузке с учетом воз­можного снижения С_с на 10%

^дер = ^ном<1.4. (12-4)

Мощность на валу двигателя насоса гидросистемы, кВт, определяется производительностью насоса и не­обходимым давлением масла

. (12-5)

^нас ^т1п

где <2 — производительность насоса, м³/с; Н — давление масла в гидросистеме, Н/м²; г]_Нао, ^п — КПД насоса и передачи; к₃ — (1,2—1,3) —коэффициент запаса.

12-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТНОГО СТАНКА С САМОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ГОЛОВКОЙ

В качестве примера агрегатного станка с само­действующей силовой головкой рассмотрим односто­ронний горизонтальный агрегатный станок, предназна­ченный для глубокого сверления. В таких станках во избежание выхода из строя в процессе обработки свер­ла несколько раз выводятся из отверстий для охлаж­дения и удаления стружки охлаждающей жидкостью.

На рис. 12-4, а изображена схема автоматизации процесса глубокого сверления детали 1 с применением самодействующей сверлильной силовой головки 2. На корпусе головки укреплено три упора (Л, Б и В), кото­рые в определенных точках пути нажимают на тол­катели путевых переключателей ВК1—ВК.4. На стани­не станка укреплен упор Г, перемещающий рычаг Р, который нажимает на толкатель переключателя ВК5. Переключатели ВК1—ВК5 управляют перемещениями силовой головки. Последовательность работы переклю­чателей поясняется циклограммой работы станка, ко­торая показана на рис. 12-4, б. исходном положении нажаты переключатели ВК.1 и ВК2, а переключатель ВК5, расположенный на головке, находится в осво­божденном состоянии.

Электрическая схема станка приведена на рис. 12-5. Нажатием кнопки КнП включается контактор КЛ1

двигателя силовой головки Д1, начинают вращаться шпиндели и гидронасос. Воздействием на кнопку КнВ включается контактор КЛ2 двигателя насоса ох­лаждения Д2, при этом срабатывает промежуточное реле РП1 и получает питание электромагнит ЭмВ. Си­ловая головка быстро подводится к детали, освобож­дая переключатели ВК1 и ВК2, при этом контакт ВК1

Быстрый подвод(6П) 1~й проход

у —⁵⁴

ч\\\\\\\\ч\\ч\\ч\ч\ччччччччч\ччч\ччч-

Исходное^

положение

о-] \вкч

а)

\вн1 \вкг\ Шз

, 2'й- проход

_Б0 щщт

БО

БП

В

й<—I вкг

отключает цепь питания ЭмВ, а контакт ВК2 подго­тавливает цепь включения электромагнита ЭмН. При подходе сверла к обрабатываемому изделию происхо­дит переключение на гидропанели (на.схеме не пока­зано) и головка начинает перемещаться со скоростью рабочей подачи. В конце первого прохода упор А на­жимает на переключатель ВКЗ, включается реле РП2 и получает питание электромагнит ЭмН. Силовая головка быстро отводится назад. Размыкается контакт ВКЗ, но реле РП2 остается включенным через свой контакт, подготавливая цепь включения реле РПЗ. В исходном положении упором В нажимается перек­лючатель ВК2, теряет питание электромагнит ЭмН и включается реле РПЗ, которое своим размыкающим контактом отключает реле РП2, В этом же положении

быстрый, отвод (ВО)

БП

б)

Рис. 12-4. Схема автома­тизации процесса глубо­кого сверления.

~ - иг

ш

ГГ^П—^Ьг

\ КП1 ¹ г—. РТ9

КЛ2 ^кнв

0110 ф но га

Пр2

ВК2 9

головки замыкается контакт ВК1, включается электро- магнит ЭмВ, и головка вновь движется вперед. Осу­ществляется второй прохЪд, при котором опять под действием упора А замыкается контакт ВКЗ, но ре­ле РП2 не включается, так как размыкающий контакт РПЗ разомкнут.

В процессе второго прохода упор А нажимает на переключатель ВК4, размыкающий контакт которого

КнС кип , КЛ _ -_РТ1

9 ВКЗ 9
ВКЧ-	РП2
РПЬ	9
ВКЧ	ВК2
9
— -г РПЗ

РПЧ-

Рис. 12-5. Электрическая схема управления агрегатным станком для глубокого сверления.

отключает реле РПЗ, а замыкающий включает реле РП4. В конце второго прохода упором Б нажимается переключатель ВКЗ, включается реле РГ/2 и головка быстро отводится назад. В исходном положении вновь размыкается контакт ВК2, включается реле РПЗ, от­ключается реле РП2 и электромагнит ЭмН и включа­ется ЭмВ. Совершается третий Проход головки, в те­чение которого упоры 2 раза нажимают на переклю­чатель ВКЗ и 1 раз — на ВК4, но реле РПЗ и РП4 остаются включенными.

В конце сверления от упора Г срабатывает перек­лючатель ВК5, размыкающий контакт которого отклю­чает контакторы КЛ2 и реле РП1 — РП4, а замыкаю­щий — включает электромагнит ЭмН. Происходит тре­тий и последний в цикле быстрый отвод головки в исходное положение, в котором нажимаются переклю­чатели ВК2 и ВК1, но движение головки вперед не может произойти, так как реле РП1 отключено. После установки очередной детали и нажатия кнопки КнВ осуществляется новый цикл работы силовой головки и т. д.

При нажатии кнопки КнН в любом промежуточном положении головки отключаются все реле и контактор КЛ2, включается электромагнит ЭмН, и силовая го­ловка быстро отводится в исх'одное положение.

Глава тринадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ

СТАНОЧНЫХ ЛИНИИ

13-1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНОЧНЫХ

ЛИНИЙ

При обработке' сложных деталей на универсальных и специальных станках затрачивается много вспомо­гательного времени на установку и закрепление заго­товки, на измерения в процессе обработки, на снятие обработанной детали и транспортировку ее на другой станок. Стремление повысить производительность тру­да . путем сокращения вспомогательного времени, а также применения обработки деталей одновременно с разных' сторон и внедрения средств активного контро­ля за ходом обработки, привело к созданию автома­тических станочных линий.

Автоматические линии в основном комплектуются из агрегатных¹ станков, имеющих силовые головки с набором различных режущих инструментов для вы­полнения сверлильных, расточных, фрезерных и резь­бонарезных работ. Наряду с агрегатными станками в автоматических линиях используются универсальные и специальные станки, например токарные, фрезерные, шлифовальные и другие быстро переналаживаемые станки, которые встраиваются в линии в порядке опе­раций технологического процесса обработки деталей. На этих станках производятся операции отрезки, про­резки канавок, снятия фасок и др.

Станки автоматических линий снабжаются загру­зочными приспособлениями, а также транспортирую­щими и зажимными устройствами, с помощью которых обрабатываемые детали перемещаются с одной позиции на другую и закрепляются. Отдельные станки и меха­нические узлы, составляющие автоматическую линию, объединяются в единую систему с помощью электро­автоматики. Таким образом, обрабатываемые детали автоматически транспортируются вдоль линии станков и постепенно проходят все операции механической об­работки.

Для передачи заготовок от станка к станку на ав­томатических линиях применяют разного рода транс­портирующие средства. Простейшими транспортными устройствами являются лотки, склизы, трубки, по ко­торым заготовки передвигаются под действием силы тяжести или инерции, как, например, в линиях для об­работки шарикоподшипников. Более крупные заготов­ки передвигаются принудительно, посредством раз­личных транспортеров: шаговых с собачками, цепных барабанных и др.

По способу осуществления транспортных устройств различают автоматические линии с жесткими и гибки­ми межагрегатными (транспортными) связями. При жесткой связи автоматическое "перемещение обраба­тываемых изделий от одной позиции к другой произ­водится общим транспортным устройством с точно ус­тановленным шагом и паузой, которая зависит от наи­более длительного времени цикла обработки изделия на одной из рабочих, позиций линии, а шаг определя­ется расстоянием между позициями. Достоинством ли­ний с жесткой транспортной связью является сравни­тельно короткое, время прохождения обрабатываемого изделия с позиции на позицию, а недостатком — прек­ращение работы всей линии при неисправности какого- либо устройства.

На рис. 13-1 показана схема механизмов неболь­шой автоматической линии с жесткой межагрегат­ной связью между станками. С загрузочной позиции 1 шагающим транспортером 2 изделия перемещаются к станкам 4, которые производят обработку. Заканчива­ется линия разгрузочной позицией 5. Имеется на линии еще поворотное устройство 3 (поворотный стол, кан­тователь), которым осуществляется поворот детали на 90 и 180° во время обработки остальных! деталей на позициях.

При гибкой транспортной связи каждый станок работает в собственном ритме, а транспортные уст-

ч

ройства между станками выполняются в виде лотков, непрерывно движущихся транспортеров и т.* п. На рис. 13-2 показана схема автоматической линии, со­стоящей из трех станков, соединенных транспортирую­щими устройствами, и двух межоперационных бунке­ров-накопителей. Из элеватора 1 через лоток обраба­тываемые изделия подаются к станку 3, далее транс-

Рис. 13-2. Автоматическая линия с гибкой транспортной связью.

портером 0 перемещаются в бункер-накопитель 2, от­куда поступают на станок 4. Затем транспортер 7 на­правляет их & бункер 8, из которого изделия подаются на станок 5. Наличие бункеров-накопителей позволяет продолжать работать станкам, расположенным после них, при остановке станков перед ними.

Кроме металлорежущих' станков и транспортных устройств в состав, автоматических линий в зависимо­сти от их назначения' могут входить следующие агре­гаты; фиксирующие и зажймные устройства, контроль­ные и сортировочные автоматы, агрегаты для сварки, упаковочные агрегаты и т. д.

В электромашиностроении автоматические линии применяются для обработки валов, станин, подшипни­ковых щитов, для Пропитки статоров I и роторов, для сборки и испытания электрических машин. В данной отрасли автоматические линии были впервые примене­ны для обработки двигателей единой серии А и АО 6-го и 7-го габаритов. На рис. 13-3 показана автоматическая линия для изготовления коллекторных пластин. Мед­

ные полосы укладываются в загрузочное устройство 8, из которого механизм прдачи 7 толкает полосу 6 в пресс на шаг, равщый длине коллекторной пластины. На чеканочном прессе Ь производится правка полосы, вырубка контура Пластины и Отрубка "ее от полосы. Отрубленная пластина при помощи передающего ме­ханизма 4 подается на транспортер 1, который пере­мещает ее к горизонтально-фрезерному станку 2. На станке производится фрезерование шлица в петушке коллекторной пластины. При этом установка пластины в тиски станка, выем обработанной детали с после­дующей установкой в зажим транспортера произво­дится при помощи робота-манипулятора. Далее в ван« не 12 пластина покрывается флюсом, а в ванне 11 производится лужение шлица. Готовые пластины ос­вобождаются толкателем 9 из зажимов 3 и падают в бункер. Электроимпульсный счетчик 10 показывает количество обработанных пластин. Продолжитель­ность цикла линии 7 с.

13-2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ

Управление работой агрегатов автоматической Линии производится средствами релейно-контактной или бес­контактной электроавтоматики. Это позволяет доста­точно просто объединить в единую систему производ­ственные машины, расположенные на значительном расстоянии и различно ориентированные относительно друг друга. Такое объединение посредством механиче­ского или гидравлического управления обычно оказы­вается более сложным или невозможным.

Управление автоматическими линиями в основном сводится к управлению поступательными и вращатель­ными перемещениями подвижных элементов станков, транспортеров и других узлов, происходящими в оп­ределенной последовательности. В задачу системы уп­равления входит согласование действий отдельных агрегатов линии, выполняемое, как правило, средства­ми электроавтоматики. Четкая и надежная работа всех механизмов автоматической линии возможна только при хорошо продуманной системе управления и при использовании высококачественного оборудо­вания.

Для создания возвратно-поступательных движений на автоматических линиях применяется обычно гидро­привод. Для получения вращательных движений, свя­занных с обработкой деталей, в автоматических ли­ниях используются короткозамкнутые асинхронные двигатели.

Электрическая система управления автоматической линией должна обеспечить: 1) централизацию управ­ления и контроля; 2) заданную последовательность движений механизмов; 3) возможность переналадки при изменении технологического процесса; 4) работу линии в автоматическом, полуавтоматическом и нала­дочном режимах; 5) возможность широкого использо­вания компактных' слаботочных электроаппаратов, стандартных блоков и узлов питания.

В качестве основного принципа для построения схем управления автоматическими станочными линиями при­меняется управление в функции пути. Такое управление позволяет в любой момент контролировать взаимное положение деталей и инструмента и являет­ся наиболее надежным. Оно строится обычно так, что­бы команда на последующие действия подавалась тог­да, когда предыдущее действие уже закончено. От­дельные станки или силовые головки линии работают по определенному замкнутому циклу управления. При управлении в функции пути подача команд на начало последующих операций производится с помощью путе­вых переключателей. Воздействие на переключатели осуществляется различными упорами или кулачками, которые устанавливаются на подвижных органах стан­ков. У транспортных¹ устройств подачу команды иногда осуществляет деталь, коммутируя посредством путевых выключателей или иных датчиков положения (пути) либо непосредственно замыкая ту или иную цепь уп­равления.

В некоторых случаях на автоматических линиях ис­пользуются и другие принципы управления — принципы нагрузки, времени, скорости и размеров обрабатывае­мый деталей. Управление в функции нагрузки применяется там, где необходимо контролировать уси­лия, возникающие после завершения движений, на­пример в зажимных устройствах. Датчиками усилия в этом случае служат токовые реле или реле давления. Управление в функции времени необходимо в тех' случаях,. когда работа тех или иных агрегатов линии происходит без подачи инструмента, например при зачистных операциях, закалке деталей и др. Дат­чиками здесь являются различные реле времени. У п - р'явление в функции скорости применяется при электрическом торможении электроприводов, и датчиками служат реле контроля скорости. Управле­ние .в функции размеров обрабатываемых де­талей (активный контроль) все больше применяется в новейших автоматических линиях, так как позволяет непосредственно контролировать ход - технологических

операций и осуществлять автоматическую подналадку. станков. .

В линиях с гибкими транспортными связями элект­рические сх'емы управления связывают между собой только смежные станки и транспортные участки между ними. В этом случае каждый станок электрически бло­кируется с транспортными участками, расположенны­ми до и после данного станка; в свою очередь каждый тра'нспортный участок бло­кируется со станками, нахо­дящимися по обеим сторо­нам этого участка. Работа станков и механизмов линии происходит не в жестком ритме. Ритм каждого стан­ка определяется продолжи­тельностью операций, вы­полняемых на нем, а беспе­ребойная работа всех стан­ков линии обеспечивается благодаря накоплению де­талей на транспортных уча­стках или в промежуточных бункерах.

Рис. 13-4. Схема автомати­зации участка линии, с гиб­кой транспортной связью.

На рис. 13-4 приведена простейшая схема автома­тизации меж агр егатного транспортного участка ли­нии с гибкой связью. Агре­гаты А1 и А2 соединены между собой наклонным склизом, на котором могут создаваться межоперационные заделы. Во время нор­мальной работы агрегатов деталь, двигаясь по склизу от агрегата А1 к агрегату А2, замыкает контакты низкого напряжения НВК (вместо НВК может быть установлен, например, фотодатчик). Включается реле РП1, которое управляет электронным реле времени ЭРВ. Но так как деталь уходит с НВК, то реле РП1 отключается, и реле РВ не'успевает сработать. Если же агрегат А2 остано­вится, то склиз будет заполняться, контакты НВК ос­танутся замкнутыми, реле ЭРВ сработает, его размыка­ющий контакт отключит цепь управления агрегата А1, и тот также остановится. При возобновлении работы агрегата А2 контакты НВК освободятся, и агрегат А1

вновь может быть пущен в работу (автоматически или оператором).

Станки линии с жесткой транспортной связью рабо­тают в едином ритме. Поэтому, между отдельными стан­ками, транспортерами и зажимными механизмами линии должны существовать взаимные связи и блокировки, ко­торые обеспечивали бы четкое взаимодействие всех ме­ханизмов в определенной последовательности и правиль­ность выполнения команд. Промежуток времени между подачей двух соседних команд называется тактом ли­нии. За время такта производится одна операция по обработке или транспортировке деталей. Совокупность тактов, необходимых для обработки детали, называется ц и к л о м линии.

На практике широкое распространение получил цикл, состоящий из следующих пяти основных тактов: 1) пе­ремещения находящихся на линии деталей транспорте­ром на последующие позиции, при этом новая деталь пере­мещается с загрузочной на первую рабочую позицию, а обработанная деталь снимается с последней позиции; 2) фиксации деталей и их зажима; 3) ускоренного подво­да всех силовых головок (шпиндельных бабок, суппор­тов и т.п.) с режущими инструментами с последующим переключением на рабочую подачу и обработка деталей;

быстрого отвода в исходное положение по окончании обработки (каждой головки независимо от остальных);

расфиксации и освобождения (отжима) всех деталей.

Различают следующие режимы работы линий: 1) ав­томатический режим с непрерывным повторением циклов; 2) полуавтоматический режим работы одиночными цик­лами; 3) специальные или частные режимы с исключени­ем из автоматической работы отдельных станков; 4) на­ладочный режим. Переход на тот или иной режим работы производится переключателями схемы управления, ко­торые устанавливаются на центральном пульте.

При автоматическом режиме оператор да­ет команду на первый цикл, т. е. пускает линию, а затем циклы повторяются автоматически. Такой режим харак­терен для случая автоматической загруз.ки деталей на линию и снятия их с линии, хотя возможен и при ручном выполнении этих операций, если продолжительность цик­ла линии достаточна для их осуществления.

На рис. 13-5,а показана схема управления пуском линии на автоматическую работу, во время которой кон­такты ПР-1 и ПР-2 переключателя режимов работы ли­нии ПР замкнуты. Все механизмы линии при пуске долж­ны находиться в исходном положении, поэтому реле РИЛ включено, и его контакт замкнут (в цепь катушки реле РИЛ, не показанной на схеме, включены контакты дат­чиков исходных положений всех станков). Замкнуты, контакты переключателей режимов работы станков 1ПР, 2ПР и реле контроля РК1 и РК2, а также включены кон­такторы К1 и К.2 постоянно работающих двигателей аг-

Рис. 13-5. Схема управления пуском и остановкой линии.

регатов — гидронасосов, насосов охлаждения и смазки, вращения инструментов и др. При выполнении перечис­ленных выше условий горит сигнальная лампа ЛС, На­жатием кнопки Пуск КУ1 включается реле цикла РЦ и подается команда (на схеме это не показано) на пуск транспортера. Получает питание реле автоматической работы РАР, которое предназначено для устранения воз­можности самовключения механизмов линии при подаче напряжения на схему управления. После начала цикла контакты РИЛ размыкаются, лампа ЛС гаснет. По окон­чании цикла, когда линия приходит в исходное положе­ние, снова включается реле РИЛ, и поскольку реле РЦ остается включенным, то образуется посредством РИЛ и РЦ команда (на схеме этого не показано) на повторный пуск транспортера, т. е. на начало нового цикла и т. д, Если загрузка деталей на линию производится вруч­ную, то применяется полуавтоматический ре­жим работы, при котором для повторения цикла

оператору нужно подать команду. В этом случае кон­такт ПР-2 разомкнут. Пуск линии производится опера­тором каждый раз после загрузки детали и окончания цикла линии нажатием кнопки Пуск КУ1. Для умень­шения непроизводительного времени и для облегчения труда оператора при полуавтоматическом режиме вво­дят запоминание команды на пуск линии, так называе­мый предварительный пуск линии, например по схеме на

рис. 13-5,6. Рабочий, произведя загрузку де­тали и не дожидаясь окончания цикла, нажи­мает кнопку Пуск КУ1. При этом включается и становится на самопита­ние реле РПВ. После окончания цикла работы линии включается реле исходного положения РИЛ, затем получает пи­тание реле РЦ, и цикл ра­боты Повторяется. Во время отработки одного из первых движений на линии контактом реле РД1 отключается реле РВИ (затем контакт РД1 вновь замыкается). От­мена команды на автоматический выпуск линии произ­водится нажатием кнопки КУ2.

В наладочном режиме все механизмы линии управ­ляются от отдельных кнопок или переключателей и ра­ботают в толчковом режиме. Этот режим применяется при наладке линий, регулировке срабатывания датчи­ков, смене и настройке режущих инструментов и др. Кроме того, с помощью наладочных кнопок приводятся • в исходное положение все механизмы линии после ава­рийных остановок для дальнейшего возобновления ав­томатической работы линии.

Рис. 13-6. Схема переключения режимов работы автоматичес­кой, линии.

На рис. 13-6 показана схема переключения режимов работы автоматической линии. Переход из одного режи­ма в другой производится переключателем режимов ПР. При этом аппараты управления в наладочном режиме получают питание от отдельной цепи через толчковые

кнопки КУ1—КУ4. Каждая толчковая кнопка управляет включением только одной исполнительной "цепи Р1, Р2 и т.д. Для того чтобы избежать возникновения ложных цепей при замыкании контактов РП1 и РП2, что привело бы к одновременному включению различных исполни­тельных аппаратов, можно использовать: а) размыкаю­щий контакт наладочной кнопки КУ1 (показано в цепи реле Р1) \ б) контакты отдельных реле автоматической работы РАР (цепь Р2); в) диодную развязку (цепь ре­ле РЗ); г) двухобмоточные реле (реле Р4).

Специальные режимы работы автомати­ческих линий применяют при выходе одного или не­скольких станков линии из строя. В таких случаях линия может продолжать работать в автоматическом режиме, а пропущенные операции выполняются на отдельных станках.

В схеме управления должны быть предусмотрены два вида выполнения останова линии: предвари­тельный останов, при котором отключение линии происходит после окончания цикла (для автоматическо­го режима работы линии), и аварийный, вызываю­щий немедленную остановку агрегатов линии на любом этапе ее работы (см. рис. 13-5,а). Предварительный ос­танов осуществляется нажатием кнопки КУ2. При этом отключается реле РЦ, и после отработки цикла линия останавливается. Аварийный останов производится кноп­кой КУЗ. В этом случае теряет питание также реле авто­матической работы РАР, и отключаются все аппараты связи. Повторный автоматический пуск возможен лишь после того, как все механизмы линии будут приведены в исходное положение.

13-3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Электрооборудование автоматических линий состоит из большого количества двигателей, электромагнитов, контакторов и магнитных пускателей, кнопок и перек­лючателей управления, путевых выключателей, различ­ных реле: времени, контроля давления и скорости, бло­кировочных, промежуточных и др. Перечисленные эле­менты электрооборудования устанавливаются на станках для их привода и обеспечения различных технологиче- ческих операций и вне станков для приведения в дейст* вие транспортных устройств, для переключения станков с одного режима на другой и т, п. Для четкой и беспе­ребойной работы всех механизмов автоматической ли­нии необходимо, чтобы электрические двигатели и ап­параты были надежны и имели большой срок службы. Рассмотрим технические особенности современного элек­трооборудования, специально спроектированного приме­нительно к условиям монтажа и эксплуатации автома­тических станочных линий.

Электродвигатели. В автоматических _ линиях глав­ным образом применяются асинхронные короткозамк- нутые двигатели защищенного и закрытого обдуваемого исполнения мощностью от 0,6 до 40 кВт, которые непо­средственно включаются в силовую сеть с помощью кон­такторов. В некоторых случаях используются многоско­ростные асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока применяются редко, так как обычно приводы станков линий не требуют плавного регулирования скорости. С освоением, выпуска асинхронных двигателей новой серии 4А появилась возможность применять в станках автоматических линий встраиваемые двигатели типа 4АВ и двигатели типа 4АЕ со встроенным электро­магнитным тормозом.

Электромагниты. В схемах управления линиями элек­тромагниты толкающего или тянущего действия пред­назначаются для осуществления быстрых прямолиней­ный перемещений элементов гидро- и пневмооборудова- ния (гидрозолотников, тормозных колодок и т.д.). Широкое распространение получили: 1) однофазные длинноходовые электромагниты управления серии ЭД переменного тока с втягивающими катушками на Оком— = 110, 127, 220, 380 и 500 В, имеют длину хода якоря от 10 до 40 мм, развивают усилие от 4 до 250 Н, выпуска­ются десяти типоразмеров (ЭД02, ЭДОЗ,..., ЭД11); 2) однофазные короткоходовые электромагниты управ­ления серии МТ рассчитаны для включения в цепь пе­ременного тока напряжением от 36 до 500 В, имеют дли­ну хода якоря от 5 до 15 мм, развивают усилие от 4 до 150 Н, серия состоит из восьми типоразмеров (МТ22, МТ32,..., МТ92); ■ 3) короткоходовые электромагниты управления постоянного тока серии ЭУ рассчитаны для включения на о_М=12, 24 и 48 В, с ходом якоря от 5 до 15 мм и Тяговым усилием от 4 до 100 Н, серия состоит из восьми габаритов (ЭУ20, ЭУЗО,..., ЭУ90). Все указан­ные типы электромагнитов предназначены для работы с ПВ=100%, но допускают работу в режиме ПВ=40%,

Выпускаются электромагниты с ПВ=15% при продол­жительности одного цикла не более 10 мин.

В связи с внедрением в схемах управления линиями малогабаритной аппаратуры проводной связи более це­лесообразным является использование электромагнитов постоянного тока, которые имеют ряд преимуществ: ис­ключается гудение магнитной системы, отсутствуют пус­ковые токи и перегрев катушек при неполном втягивании якоря, отличаются более высокой надежностью и долго­вечностью.

Кнопки управления. В автоматических линиях они служат для выдачи команд на включение илиютключение различных электрических аппаратов, получения кратко­временных команд при работе станков в наладочном ре­жиме. Для легкого доступа к аварийным кнопкам они выполняются с нажимными штифтами в виде «грибка». Все кнопки управления, используемые в автоматической линии, должны иметь поясняющие надписи над нажим­ным штифтами, например: ПУСК, СТОП, ЗАЖИМ, ОТЖИМ, ВПЕРЕД, НАЗАД и т. д. Промышленность вы­пускает кнопки серии КЕ и кнопочные посты управле­ния серии ПКЕ. Указанные аппараты допускают комму­тацию в электрических цепях управления напряжением до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока при номинальном токе 6 А.

Путевые и конечные выключатели широко применя­ются в линиях для контроля различных перемещений в станках и транспортных устройствах, для подачи команд на загрузку и разгрузку станков и выдачи команд управ­ления с перемещающихся механизмов. Путевые выклю­чатели обычно устанавливают на неподвижных узлах станков или механизмов, а воздействие на их штифт или рычаг осуществляется движущимся упором механизма, когда он достигает определенной точки пути. При пере­мещении штока (рычага) происходит переключение кон­тактов, а после отхода упора пружина возвращает кон­тактную систему в исходное положение.

"Промышленность выпускает контактные выключатели серии ВПК-2000 на две цепи и ВПК-4000 на три- и че­тыре цепи с размыкающими и замыкающими контакта­ми мостикового типа, способных коммутировать электри­ческие цепи управления переменного тока напряжением» до 500 В при /ном<6 А и постоянного тока напряжением 220 В при /ном<^4 А, Каждая из серий состоит из девяти

типоисполнений, отличающихся по роду защиты от воз­действия окружающей среды и виду приводного эле­мента.

Помимо указанных переключателей в станкостроении широкое распространение получили микропереключате­ли серий МП-1000'и МП-2000, отличающиеся высокой коммутационной способностью при небольших габаритах' (/ном—4 А при 500 В переменного тока и /н_ОМ=2,5 А при 220 В постоянного тока)., высокой износостойкостью и надежностью в работе (до 10 млн. механических вклю­чений и до 1,6 млн. коммутаций), различным исполне­нием по способу присоединения проводов. Микропере­ключатели могут устанавливаться на подвижных и не­подвижных частях станков.

В настоящее время для автоматических линий нахо­дят все большее применение бесконтактные путевые вы­ключатели (см. ниже) типов БВК.-24, БСП-11 и другие, у которых отсутствуют подвижные контактные элемен­ты, что значительно уменьшает износ, увеличивает срок службы выключателя и позволяет ему работать при больших скоростях переключения.

Командоаппараты (переключатели управления) в автоматических линиях предназначаются для переключе­ний в цепях управления при выборе режимов работы и для непосредственного включения различных маломощ­ных токоприемников (приводных механизмов, электро­магнитных муфт и др.) в наладочных режимах. Различа­ют переключатели управления с перекидными ручками — тумблеры и крестовые переключатели и с вращающими* ся рукоятками типа УП-5100. Последние позволяют коммутировать большое количество электрических цепей, одновременно заменяя воздействие на несколько кнопок в различных комбинациях. В настоящее время выпуска­ются пакетно-кулачковые переключатели серии ПКУ2, представляющие собой пакет однотипных пластмассовых секций с контактной системой каждая. Подвижные кон­такты секций приводятся в действие кулачками, наса­женными на общий вал. Число коммутируемых цепей до 12, число коммутационных положений рукоятки 4. Но­минальный ток переключателя 6 А при напряжении 500 В Переменного тока и до 220 В постоянного тока.

Бесконтактные логические элементы. С ростом про­изводительности агрегатных станков и автоматических линий возрастает число контакто-срабатываний в час и

частота включений, увеличивается механический и элек­трический износ релейно-контактных аппаратов, что огра­ничивает их надежность. Кроме того, все контактные ап­параты нуждаются в систематическом надзоре и регули­ровке. Неисправность аппаратуры приводит к дорого­стоящему простою линии, иногда к длительному, так как часто бывает трудно обнаружить такую неисправность,

В последние -годы в схемах электроавтомати­ки станков стали приме­няться бесконтактные электрические аппараты, у которых нет.движущих­ся частей и контактов, поэтому они имеют боль­ший срок службы, кото­рый не зависит от нагруз­ки.. Указанные элементы не требуют регулировки и постоянного надзора в процессе эксплуатации.

Отечественная про­мышленность выпускает различные бесконтактные аппараты (магнитные и полупроводниковые реле, путевые переключатели и др.), которые подобно релейно-контактным ап­паратам могут находить­ся в одном из двух про­тивоположных состояний Включено или Выклю­чено, что соответствует логическим понятиям ДА или НЕТ. При таком представлении работы реле со­стояния их входных и выходных цепей удобно описывать цифрами 1 и 0. Для контактных реле цифра 1 означает, что данная цепь замкнута (сигнал равен единице), циф­ра 0 — цепь разомкнута (сигнал равен 0). Аналогично, если какой-либо контакт замкнут, его состояние харак­теризуется цифрой 1, если" разомкнут — цифрой 0.

Логический элемент

Релеино-контакт- ный эквивалент

ж)

Рис. 13-7. Основные логические элементы и их релейные эквива­ленты.

а, а_г_ а^ X

з)

Для бесконтактных аппаратов и элементов наличие напряжения на входе или выходе указывается цифрой 1, а отсутствие его — цифрой 0,

Бесконтактные устройства, применяемые для реали­зации логических функций в системах управления, назы­вают бесконтактными логическими элементами (БЛЭ). Эти элементы получают наименование, по выполняемым ими логическим функциям. Элемент, у которого при по­даче сигнала а на вход появляется сигнал х—а на вы­ходе, называется повторителем (рис. 13-7,а). Такой ЛЭ служит в схеме управления для задержки на такт управ­ляющего сигнала. Действие повторителя аналогично включению реле X контактом а в релейной схеме (рис. 13-7, б).

Если при подаче сигнала а на вход ЛЭ сигнал х на его выходе исчезает, то такой ЛЭ называют инвертором или элементом НЕ. Его логическую функцию в этом слу­чае обозначают х—а, где черточка над буквой а обозна­чает операцию отрицания (инверсии). Условное обозна­чение элемента НЕ и эквивалентная ему релейно-кон- тактная схема показаны на рис. 1.3-7, в и г.

Логические элементы'могут иметь несколько входов: два, три и более. Если сигнал на выходе такого элемента появляется при подаче сигнала на любой один из его входов, то элемент реализует логическую функцию ИЛИ, которая запишется в виде х=а\-\-а₂. На рис. 13-7,(3 и е даны обозначения элемента ИЛИ и эквивалентная релей- но-контактная схема.

Логический элемент, сигнал на выходе которого появ­ляется лишь при наличии сигналов на^чвсех его входах, выполняет логическую функцию И, которая выражается формулой х=аг а₂-а_г. Обозначение элемента И и схе­ма его релейно-контактного эквивалента показаны на рис. 13-7, ж и з. Катушка реле X получит питание толь­ко при одновременном замыкании контактов а_и а2 и а₃, принадлежащих трем различным аппаратам.

Посредством элементов И, ИЛИ, НЕ, являющихся основными, могут быть собраны бесконтактные схемы автоматического управления, заменяющие любые релей- но-контактные. Это вытекает из того, что все релейные схемы составляются из различных сочетаний последова­тельных и параллельных соединений замыкающих и раз­мыкающих контактов и катушек реле. Комбинацией эле­ментов одного вида или сочетанием свойств элементов И, ИЛИ, НЕ в одном элементе можно реализовать и другие функциональные зависимости, а также получать многофункциональные ЛЭ с несколькими выходами.

Логические бесконтактные элементы могут быть вы­полнены на электронных лампах, полупроводниковых диодах и транзисторах, на магнитных, и ферритовых сер­дечниках. В схемах управления станками и станочными линиями наибольшее применение нашли транзисторные логические элементы серии «Логика-Т».

Мощность выходных цепей транзисторных логических элементов не превышает 100—150 мВт, поэтому для управления исполнительными устройствами (контакто­рами, электромагнитами и др.)' дополнительно при­меняют транзисторные выходные усилители Т-300.

В качестве выходного узла логических устройств управления элементами автоматики, вплоть до осуществ­ления частых пусков и остановок двигателей переменного тока мощностью до 1,1 кВт, используются также магни- тоуправляемые герметизированные контакторы КМГ13 и КМГ14 (первые изготовляются открытыми, вторые — в кожухе). Контакторы КМГ14 унифицированы по габа­ритным и установочным размерам с бесконтактными эле­ментами «Логика-Т», что расширяет номенклатуру ло­гических элементов и позволяет осуществлять их сов­местную установку в блоках комплектных . устройств. Герметизация контактов обеспечивает независимость их работы от условий внешней среды (повышенная влаж­ность, пыль и др.)',' что повышает надежность контакти­рования и исключает необходимость ухода за контакта­ми в процессе эксплуатации.

В настоящее время в отечественном станкостроении для решения различных задач автоматического управле­ния начинают применяться новые логические элементы серий И и М, выполненные на базе интегральных микро­схем, и комплектные управляющие" устройства с про­граммируемой логикой (командоаппараты) серии УЛГТ. Подобные системы используют на сверлильных, расточ­ных и других станках.

Элементы управления серии «Логика-И» предназна­чены для применения в системах управления электропри­водами, в устройствах сигнализации, измерения и защи­ты. Элементы по своему назначению делятся на следую­щие группы:

логические, выполняющие функции НЕ, 4И (цифра, перед обозначением логической функции указывает чис­ло входов) и др., имеющие обозначения И-101, И-102,... ..., И-119;

функциональные (И-201, И-202,..., И-206), предна­значены для связи реле, датчиков с логическими элемен­тами;

времени (И-301), предназначен для получения за­держки выходного сигнала относительно входного в пре­делах от 0,01 до 10 с.

выходные усилители (И-401, И-402,..., И-406), пред­назначены для связи элементов серии «Логика-И» с ап­паратами управления (реле, пускатели, контакторы ит, д.).

Элементы (модули) матричной логики серии М пред­назначены для построения логических схем автоматики станков, автоматических линий и других промышленных механизмов. Модули выполнены на микроэлектронной элементной базе (микросхемы серии К511) и герконных реле, используемых в качестве входной и выходной раз­вязки. Конструктивно представляют собой печатные пла­ты, набираемые в кассеты типа БУК-МЭК и БУК-Б. Си­стема состоит из следующих модулей:

модуля согласования МС1 (входная развязка); модуля согласования МС2 (выходная развязка); модуля логики МЛ1 (реализация операции И); модуля логики МЛ2 (реализация операции ИЛИ); модуля временной задержки МВ1 (реализация вы­держки времени до 6 с) и др.

Использование модулей серии М в схемах управле­ния станками позволяет уменьшить габариты и повы­сить надежность комплектных устройств по сравнению с контактным эквивалентом, снизить расход цветных ме­таллов, монтажного и обмоточного проводов.

Универсальные устройства управления с программи­руемой логикой серии УЛП (программируемые командо- аппараты) предназначены для замены существующего релейно-контактного оборудования систем управления с разветвленной логикой. Устройства УЛП состоят из кас­сет входов, кассет выходов, кассет управления, блока пи­тания, пультов контроля и записи программы.

Принцип работы устройств УЛП заключается в по­следовательном опросе входных сигналов, их логической обработке и выдаче сигналов в выходные устройства (каналы) по программе, записанной в постоянной памя­ти. Пульт записи посылает информацию в устройство памяти как в ручном, так и в автоматическом (с перфо­ленты) режиме, а также" позволяет записать программу на перфоленту, Пульт контроля позволяет контролиро­вать информацию на шинах УЛП, а также выполнить любую команду из списка команд в непрерывном или одиночном режиме.

В основу работы УЛП положен программный принцип управления в отличие от аппаратного с неизменной ло­гикой, применяемого в существующих релейно-контакт- ных схемах автоматики. Основное преимущество УЛП заключается в том, что они позволяют легко изменять логику работы оборудования, не требуя при этом пере­монтажа электрооборудования. В этом случае достаточ­но лишь изменить программу, заменив программоноси­тель (перфоленту) или записав новую программу в устройство постоянной памяти.

Бесконтактные путевые переключатели. Наряду с ЛЭ в схемах управления станками применяются преобразо­ватели пути, работающие без механического воздействия со стороны движущегося упора. Широкое распростране­ние получили бесконтактные переключатели щелевого ти­па с транзисторными усилителями, работающими в гене­раторном режиме. На рис. 13-8, а показан общий вид такого переключателя типа БВК.-24. Его магнитопровод, размещенный в корпусе 4, состоит" из двух ферритовых сердечников 1 и 2 с воздушным зазором шириной 5—6 мм между ними. В сердечнике 1 размещается первичная об­мотка т_к и обмотка положительной обратной связи ш>_п,с, в сердечнике 2 — обмотка отрицательной обратной связи Доо.с- Такой магнитопровод исключает влияние внешних магнитных полей. Катушки обратной связи включены по­следовательно-встречно. В качестве переключающего эле­мента используется алюминиевый лепесток (пластинка) 3 толщиной до 3 мм, который может перемещаться в щели (в воздушном зазоре) магнитной системы датчика. -

Если лепесток находится вне сердечника, то разность напряжений, индуктируемых в обмотках да_п>с и ш₀,₀₎ бу­дет положительной, транзистор ПТ1 закрыт и генерация незатухающих колебаний в контуре да_к—СЗ (схема на рис. 13-8, б) не возникает. При введении лепестка в щель датчика связь между катушками ш_к и т₀,_с ослабевает (поэтому лепесток еще называют экраном), на базу транзистора ПТ1 подается отрицательное напряжение и он открывается. В контуре —СЗ возникает генерация и появляется переменный тОк, который индуктирует ЭДС в катушке ш_п,с в цепи базы транзистора. На переходе

эмиттер — база происходит детектирование переменной составляющей коллекторного тока и реле РП срабаты­вает.

Возникновение и срыв генерации происходят за 3—4 периода несущей частоты 2,5—3 кГц, т. е. время сраба­тывания датчика составляет (1—2) • 10~³ с, погрешность срабатывания равна 1—1,3 мм при колебаниях напряже-

СЗ

-2 ЧВ

СЧ.

сг

гн ^ПТ1 ЛЪ

ш.

,.С1

'п,с,

—	/		Т—
		1
и	75			а-)

^ио,с

дг Н<Ь

К2 ,

Я1 -СШЗ-

Рис. 13-8. Бесконтактный путевой переключатель типа БВК-24.

ния питания от 22 до 26 В. Переключатель БВК-24 отли­чается высокой надежностью, большой допустимой час­тотой срабатывания и быстродействием.

В станкостроении применяют также бесконтактные путевые переключатели БСП и БРП с датчиком в виде трансформатора с двумя вторичными обмотками, разомк­нутым магнитопроводом и подвижным якорем. Погреш- ность срабатывания переключателя БСП составляет ±0,2 мм.

13-4. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТЕРАМИ, ПОВОРОТНЫМИ СТОЛАМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ КЛЮЧАМИ

Транспортеры автоматических линий приводятся в действие от электро- или гидропривода, Для получения

возвратнр-поступательного движения транспортера с электроприводом используют кулисный механизм. Не­достаток этой системы состоит в том, что возможно сме­щение детали на позиции, так как во время ее закреп­ления транспортер возвращается -в исходное положение. Такие транспортеры применяются лишь на линиях с ма­лым числом позиции, небольшим шагом и невысокой точностью обработки. Транспортер с гидроприводом обеспечивает более высокую точность остановки детали, так как шток гидроцилиндра в конце пути упирается в жесткий упор и дальнейшее движение прекращается.

При обработке детали с нескольких сторон на разных станках ее необходимо поворачивать. Для поворота де­талей в вертикальной плоскости применяют поворотные барабаны (кантователи), а в горизонтальной — поворот­ные столы. Эти механизмы разделяют линии на участки, которые обычно снабжаются отдельными транспортера­ми. Поворотные столы и барабаны приводятся в движе­ние в основном гидроприводами.

Для четкой работы отдельных агрегатов автоматиче­ской линии необходима связь цепей управления станков с цепями управления транспортеров. Эта взаимная связь осуществляется путем подачи однотипных команд (электрических сигналов) , поступающих от всех станков линии к транспортному устройству и, наоборот, от транс­портного устройства ко всем станкам линии. К числу необходимых 'и обязательных команд относятся: а) команды, поступающие от станков к транспортным устройствам (контроль исходного положения подвижных узлов станка; переключение станков на автоматический режим работы; окончание работы станков); б) команды, получаемые от транспортного устройства (переключение станков с наладки на автоматический режим и наоборот; включение и отключение двигателе^, вращающих инст­рументы; окончание работы транспортера и разрешение на включение станков в работу).

На рис, 13-9 изображен узел схемы, предназначен­ной для управления перемещениями транспортера одно­го из участков автоматической линии. Для согласования работы транспортера со станками служат реле РП1— РП9, которые контролируют окончание загрузочных опе­раций на станках. Катушки этих реле включены в схемы управления станками. Пуск транспортера Вперед возмо­жен только тогда, когда все силовые головки находятся в

исходном состоянии, детали расфиксированы и разжаты, при этом контакты реле РП1—РП9 замыкаются и вклю­чается электромагнит хода Вперед Эм1. После отработ- ки траиспортером заданного перемещения нажимается путевой переключатель ВК2, отключается электромаг­нит Эм1, включается промежуточное реле РП10 и элек­тромагнит хода Назад Эм2. Реле РП10 становится на са-

8К2 _РП1

(р рпго

РПЗ

ВК1

9

-^<Х-Ч7

3м1

{Н

Эм 2

РПЮ

Рис. 13-9. Узел схемы управления движением транспортера линии.

мопитание. По окончании зажатия и фиксации деталей на всех позициях размыкаются контакты реле РП1— • РП9. В конце движения транспортера Назад размыкает­ся контакт путевого выключателя ВК1 и отключается электромагнит Эм2. По окончании цикла, когда все си­ловые головки придут в исходное положение, детали расфиксируются и разомкнутся, вновь сработают реле РП1—РП9 и включится Эм1 и т. д. В случае полуавто­матического режима работы линии по окончании движе­ния транспортера Назад отключится реле цикла РЦ и повторения цикла не произойдет, пока не будет подана соответствующая команда, включающая реле РЦ.

Последовательность действий отдельных элементов автоматической линии иллюстрируется схемой, приве­денной на рис. 13-10, где показаны циклограммы рабо­ты одного из станков линии и транспортера (рис. 13-10, а), а также упрощенная схема управления приводом транс­портера (рис. 13-10,6) с электрическим, двигателем и кулисным механизмом. Назначение конечных выключа­телей: ВКР — контроль исходного положения силовых головок (контакт ВКР условно изображает контакты со­ответствующих конечных выключателей ВК1 всех сило­вых головок станка участка); ВКТ1 — контроль исход­

ного положения транспортера; ВКТ2— контроль окон­чания перемещения транспортера Вперед (при этом кон­такт ВКТ2 замыкается); ВКО— контроль отжатия всех обрабатываемых деталей (контакт ВКО условно изобра-

■ Циклы работы-, транспортера станка

Рис. 13-10. Схема управления участком автоматической линии.

жает контакты соответствующих конечных выключате­лей всех станков); ВКК—контроль окончания обра­ботки деталей на всех станках (контакт ВКК условно изображает контакты соответствующих конечных вы­ключателей ВКЗ всех станков). С помощью переключа­теля ПУ можно избрать автоматический или полуавто- магический режим работы линии. Реле РПС, катушка которого включена в схему пуска и останова линии, ис­полняет команду Предварительный стоп линии. При вклю­чении этого реле в процессе работы линии (но при стоя­щем транспорте) цикл линии полностью завершится, но повторное включение линии (ручное или автоматическое) будет невозможно, пока не будет отключено реле РПС.

Пусть линия работает в автоматическом режиме. Ес­ли все силовые головки находятся в исходном положе­нии (замкнут контакт ВКГ) и все обрабатываемые де­тали отжаты (замкнут контакт ВКО), то при нажатии на кнопку КнП включаются реле РП1, и срабатывает контактор КТ. Получает питание двигатель ЦТ, и при этом освобождается от нажатия выключатель &КТ1, контакт которого замыкается. В конечном положении транспортера замыкается контакт ВКТ2, и получает пи­тание реле РПЗ, замыкающие контакты которого шунти­руют контакт ВКТ2 и включают электромагнит зажима ЭмЗ, условно изображающий электромагниты зажима всех станков. После окончания зажима деталей размы­кается контакт ВКО, и реле давления РДТ дает коман­ду на начало работы силовых головок. Двигатель ДТ продолжает оставаться включенным, вращаясь в преж­нем направлении, а транспортер кулисным механизмом перемещается Назад. При достижении исходного поло­жения размыкается контакт выключателя ВКТ1, а так как размыкающий контакт РПЗ разомкнут,- то Теряет питание контактор КТ, отключая двигатель ДТ и реле РПЗ. Замыкающий контакт реле РПЗ обесточивает ка­тушку электромагнита ЭмЗ. По окончании процесса об­работки деталей на всех станках замыкается контакт ВКК. Включается и становится на самопитание реле РП4. После возвращения силовых головок в исходное положение и отжатия деталей на всех станках замыка­ются контакты выключателей ВКГ и ВКО. Без воздей­ствия на кнопку КнП вновь получает питание контактор транспортера КТ, включается двигатель ДТ и цикл ра­боты линии автоматически повторяется. '

Для получения полуавтоматического режима работы переключатель ПУ переводят в положение П. После на­жатия кнопки КнП включается реле РП1, затем РП2, и транспортер пускается в ход. В конце хода Вперед включается реле РПЗ, а реле РП2 отключается. В даль­нейшем схема управления двигателем транспортера ра­ботает до окончания цикла так же, как и в автоматиче­ском режиме. Но после возвращения транспортера в ис­ходное положение работа линии не возобновится до тех пор, пока оператор вновь не нажмет кнопку КнП и не включится реле РП1. Оператор может нажать кнопку КнП еще в процессе работы линии (но при стоящем транспортере). Эту команду запомнит реле РП2, й по

окончании цикла произойдет автоматическое его повто­рение.

Как отмечалось выше, для поворота деталей служат поворотные столы и барабаны. Загрузка деталей на эти механизмы производится транспортером при его движе­нии вперед. По возвращении транспортера в исходное положение стол с деталью поворачивается на рабочую позицию. На рис. 13-11, б изображена схема управления поворотным столом. В исходном положении стола нажат путевой переключатель ВКИС, В конце хода Вперед транспортер упором нажимает на путевой выключатель ВКТ (рис. 13-11,а), срабатывает реле РТ и замыкает свои контакты. После возвращения транспортера в ис­ходное положение срабатывает путевой выключатель ВКИТ, включая реле поворота стола РПС. Происходит поворот стола, т. е. перемещение деталей на одну По­зицию, во время которого специальный переключатель ВКС отключает реле РТ. После окончания поворота стола размыкается контакт переключателя исходного положения ВКИС и реле РПС теряет питание. При но­вом движении транспортера вперед цикл работы стола будет повторяться.

13-5. УПРАВЛЕНИЕ СТАНКАМИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Как специальные, так и универсальные станки авто­матических линий обычно имеют самостоятельные схе­мы управления, построенные в основном по принципу пу­ти. Электрические схемы управления станками, так же

~ 380В

Рис. 13-12. Принципиальная схема силовой цепи автоматической линии.

как и схемы линий, должны обеспечивать следующие ре­жимы работы: автоматический (в линии), полуавтома­тический (вне-линии) и наладочный. Выбор того или иного режима работы .производится переключателем, установленным на пульте управления станка.

В автоматическом режиме в схему стан­ка от механизмов линии подаются команды на пуск, пе­реключение скорости движения и останова станка. При полуавтоматическом р е ж и м е станок исключа­ется из работы линии, управление им производится с от­дельного пульта, и он может быть использован для об­

работки деталей параллельно с другими станками ли­нии.

Каждый станок подает в схему управления линией команды, свидетельствующие о его режиме работы, кон­тактами переключателей режимов ЛР, а свидетельст­вующие об исходном положении подвижных элементов замыкающим контактом ре­ле РИЛ (см. рис. 13-5).

пли КЛЧ- Г-1

7ГЯ1Г..

Рис. 13-13. Схема управления ступенчатым пуском постоянно работающих двигателей.

Схемы силовых цепей

автоматических линий дол- ^ ] ' /??

жны иметь аппараты цент- " СрНН

рализованного управления ^КМ1 ^ 01

и защиты, которые позволя­ли бы включать и отклю­чать все станки и механиз­мы.

На рис. 13-12 изображе­на схема силовой цепи авто­матических линий. Подача напряжения на схему про­изводится включением от руки вводного автомата ВАВ. Питание к отдельным станкам подается через ав­томатические выключатели ВА1, ВА2 и т.д. Включение главного контактора КГ после включения автомата ВАУ можно произвести только с центрального пуль­та управления линии нажа­тием кнопки КУ1, а отклю­чение — нажатием кнопки КУ2, расположенной на том же пульте, или кнопками КУЗ,...,КУп, которые раз­мещены на вспомогательных пультах. Трансформатор Тр подключается к силовой цепи через автоматический вы­ключатель ВАГ совместно с электродвигателем гидрав­лики. Напряжение 12 В применяется для питания цепей управления механизмами линии, а напряжение 24 В — для сигнальных ламп, установленных на центральном пульте.

В автоматических линиях работает большое количест­

во двигателей, которые включены постоянно, и управле­ние ими не связано с циклом линии. Сюда относятся двигатели насосов охлаждения» и смазки, гидронасосов, транспортеров для удаления стружки, а иногда и двига­тели привода инструментов. При значительной суммар­ной мощности таких двигателей для уменьшения пуско­вых токов и падения напряжения в цеховой сети приме­няют ступенчатый пуск их по группам с автоматическим управлением от пульс-пары (рис. 13-13).

Пуск двигателей производится оператором нажатием на кнопку КнУ (рис, 13-13, а). При этом включается ре­ле РВ2 и своим контактом замыкает цепь катушки реле РВ1, которое срабатывает и размыкает контакт в цепи реле РВ2, Но якорь реле РВ2 отпадает не сразу, а с вы­держкой времени, так как напряжение на катушке этого реле уменьшается постепенно за счет разряда конденса­тора С2. Точно так лее с выдержкой времени будет от­ключаться реле РВ1, Таким образом, реле РВ1 и РВ2 образуют пульс-пару — поочередно включаются и отклю­чаются с выдержкой времени при отключении, величина которой зависит от - параметров цепочек —С1 и Р2—С2.

При включении реле РВ2 включается и становится на самопитание контактор КЛ1 (рис. 13-13,6), вследствие чего пускается первая группа двигателей. При отключе­нии реле РВ2 включается контактор КЛ2, и пускается вторая группа двигателей, затем включается контактор КЛЗ и т. п. Срабатывание последнего контактора (в данном примере КЛ5) отключает пульс-пару от сети,

13-6. БЛОКИРОВКИ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ , И СИГНАЛИЗАЦИЯ НА СТАНОЧНЫХ ЛИНИЯХ

Для правильного выполнения заданной последова­тельности движений, обусловленных технологическим процессом, -и исключения возможности поломок долж­ны осуществляться определенная связь и блокировки между отдельными станками линии, транспортирующи­ми и зажимными- устройствами. Наиболее приемлемой и гибкой является электрическая связь благодаря ком­пактности аппаратуры, дистанционному управлению, легкости замены аппаратов и др.

Различают блокировки рабочего цикла (цикловые), действующие только в автоматических режимах, и нала­дочные. В отличие от командных связей цикловые бло­кировки не приводят непосредственно к каким-либо дей­ствиям или движениям, а только запрещают или разреша­ют их. Например, блокировочные связи делают возможным: 1) подвод силовых головок лишь в том слу­чае, когда обрабатываемая деталь зафиксирована и за­жата; 2) отжатие деталей только после отхода силовых головок в исходное положение; 3) пуск транспортера 'лишь при-условии отжатия деталей и вывода фиксирую­щих шпилек; 4) поворот стола только при нахождении транспортера в исходном положении и т. д.

Наибольшую эффективность дают блокировки при осуществлении их в функции прямых показателей кон­тролируемых объектов или параметров. С этой целью чаще всего используются путевые переключатели и реле давления. Первые контролируют положение подвижных узлов отдельных механизмов линии, а вторые срабаты­вают, когда силовые головки с гидроприводом встречают препятствие на пути своего движения или когда достиг­нут заданный уровень давления в зажимном устройстве.

Наладочные блокировки применяются для обеспечения безопасности при наладке станков линии и предотвращения различных поломок механизмов.вслед­ствие неправильных действий оператора. Они осуществ­ляются включением в наладочные цепи последовательно с кнопками управления контактов других аппаратов, что позволяет выводить или, наоборот, вводить в работу любой станок линии или группу станков в любом соче­тании.

Для облегчения труда оператора по наблюдению за состоянием линии, предупреждению и нахождению неис­правностей, которые могли бы привести к поломкам ин­струмента или аварийному останову, в схемах управле­ния линиями применяются различные устройства авто­матического контроля. Эти устройства состоят из датчи­ков, преобразующих изменения контролируемых пара- -метров в электрические сигналы, которые через усилите­ли воздействуют на аппаратуру управления. Многочис­ленные устройства контроля по своему назначению можно разделить на три основные группы: контролирующие темп работы линии и начало цикла; размеры обрабаты­ваемых деталей; целость и износ инструмента.

Контроль темпа работы применяют в слож­ных линиях (рис. 13-14, а). В автоматическом режиме

контакт реле РАР замкнут. С началом цикла линии , замыкается контакт реле РД1, включая реле времени РВТ, выдержка времени которого превышает время цик­ла линии. Если хотя бы один агрегат за установленное время не возвращается в исходное пол&жение, то реле РВТ срабатывает, отключает линию и дает сигнал о за­держке темпа. При возвращении всех агрегатов в исход­ное положение в установ­ленное время это реле от­ключается контактом ре­ле РИЛ.

Очень часто в авто­матических линиях стан­ки одной группы начина­ют цикл одновременно. Однако если какой-либо станок остался в исход­ном положении, то может получиться брак в обра- ботк'е деталей. Поэтому применяют контроль на­чала цикла в функции • времени (рис. 13-14,6). В исходном положении агрегатов замкнуты кон­такты переключателей КИ1, КИЗ... и контакт- реле РАР. При подаче команды на начало цикла срабатывает реле РЦ и своим контактом подключает ре­ле РНЦ, которое становится на самопитание и включает электронное реле времени РВЭ, дающее при включении выдержку времени в несколько секунд. Если какой-либо станок остался в исходном положении, то будет замкнут соответствующий этому станку контакт КИ, останется включенным и реле"РНЦ. Реле РВЭ сработает, подавая сигнал на включение реле контроля РК1, РК2..., что при­водит к запрещению начала следующего цикла работы линии (см. рис. 13-5, а).

Рис. 13-14. Схема контроля темпа (а) и начала цикла (б)

В станочных линиях различают два вида автоматиче­ского контроля размеров: пассивный и активный. При пассивном контроле в случае отклонения раз­меров от заданных значений происходит прекращение об­работки, и отдельные агрегаты или вся линия останавли­

ваются. При активном контроле сначала пода­ется команда на автоматическую подналадку инструмента в связи с его износом, а когда нужный раз­мер будет достигнут, подается команда на прекращение подналадки.

В обоих случаях контроля чаще всего применяют электроконтактные датчики размеров (электроконтакт­ные головки), Для увеличения срока службы таких дат­чиков ток в цепи их контактов должен быть мал, поэто­му они включаются в схему через полупроводниковые усилители (см. схему на рис. 11-9,б).

Режущие инструменты, число которых на станочных линиях исчисляется сотнями, в процессе обработки де­талей изнашиваются, могут ломаться, во избежание брака надо следить за их состоянием и своевременно менять. Для облегчения работы операторов_; применяет­ся автоматический контроль износа и це­лости инструмента. Инструменты, имеющие примерно одинаковую стойкость, разбиваются на группы, и конт­роль за их износом производится путем подсчета числа циклов, отработанных этими инструментами. Когда чис­ло циклов достигнет установленного значения, специаль­ный прибор подает в схему управления сигнал на смену соответствующих инструментов.

Контроль целости инструмента производится посред­ством автоматического ощупывания инструмента специ­альными щупами в конце каждого цикла обработки.

В схемах управления автоматическими линиями, ко­торые могут состоять из десятков станков и механизмов, применяется большое количество различных электриче­ских аппаратов, и в случае возникновения неисправно­стей приходится тратить гораздо больше времени на их нахождение, нежели на устранение этих неисправностей. Для облегчения наблюдения за работой механизмов, а также для ускорения отыскания причин и мест неис­правностей на автоматических линиях широко приме­няются сигнальные устройства. Наибольшее распростра­нение в схемах управления линиями получила световая сигнализация с помощью сигнальных ламп различной мощности и габаритов, которые устанавливаются на пультах и в шкафах управления. Звуковая сигнализация в станочных линиях применяется реже. В качестве сиг­нальных устройств в таких случаях применяют, электри­ческие сирены или гудки, извещающие о начале работы

линии, о нарушениях, связанных с опасностью для об­служивающего персонала, и т. п.

По своему назначению сигнализация подразделяет­ся на два вида: извести тельную — для наблюде­ния за состоянием и положением механизмов линии и аварийно-предупредительную, сигнализирую­щую о срабатывании различных контрольных устройств.

При световой сигнализа­ции о состоянии контро­лируемого объекта наи­более удобным является использование мигания сигнальных ламп при срабатывании контроль­ных устройств. В данное случае -световое состоя­ние ламп будет означать: горение вполнакала — целость нити накала лам­пы: полный накал — нор­мальное состояние конт­ролируемого объекта; ми-, гание — аварийное - со­стояние.

Рис. 13-15. Схема сигнализации о выполненных движениях.

В станках, выполня­ющих большое число дви­жений за один цикл, на­пример при . глубоком сверлении, недостаточно знать, в каком положении находятся подвиж­ные элементы станка в момент останова линии. В этом случае оператор должен знать, какие движения соверша­лись. Схема сигнализации о выполненных движениях по­казана на рис. 13-5. После подачи команды на первое движение (например, на быстрый подвод БП) замыка­ется контакт К1, и загорается вполнакала сигнальная лампа ЛС1. После окончания этого движения подается команда на следующее движение (предположим, на чер­новую подачу ЧП), одновременно замыкаются контак­ты К2, и лампа ЛС1 включается на полное напряжение, а лампа ЛС2 загорается вполнакала. Когда закончится второе движение, то замкнутся контакты КЗ (команда на доводочную подачу ДП), и лампа ЛС2 'загорится яр­ко, а лампа ЛСЗ—вполнакала и т.д. Электроаппараты контроля Д7, К2 и т. д. в данной схеме остаются

включенными до конца цикла, поэтому после останова линии ярко горящие лампы, будут указывать закончен­ные движения, а горящие вполнакала —■ незаконченные. Проверка исправности'сигнальных ламп производится нажатием кнопки КУ, которая одновременно подает пол­ное напряжение на все лампы через диоды Д1—ДЗ,

Глава четырнадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ОБРАБОТКИ

14-1. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Электроэрозионная обработка стали, твердых спла­вов и других токопроводящих материалов является од­ной 'из разновидностей электротехнологйн — методов размерной обработки, в основу которых положено ис­пользование термического, химического или комбиниро­ванного действия электрического тока. Она применяется в тех случаях, когда обработка материалов обычными механическими способами резания связана с большими трудностями, а подчас и вообще невозможна.'

Электроэрозибнная обработка основана на эффекте полезного съема металла с обрабатываемой заготовки в результате теплового воздействия коротких во време­ни униполярных импульсов электрической энергии. Эта энергия выделяется в канале электрического разряда между поверхностью заготовки (детали) и электродом— инструментом, погруженным в жидкую среду (керосин, соляровые или машинные масла, дистиллированную и техническую воду). Следующие друг за другом через промежуток элект_[род— заготовка импульсные разряды с амплитудой тока в сотни и тысячи ампер выплавляют и испаряют микропорции материала заготовки. Капли и пары расплавленного материала благодаря избыточ­ному давлению в области разряда выбрасываются за ее пределы и застывают в рабочей жидкости в виде мелких частиц, не осаждаясь на электроде-инструменте. Послед­ний, таким образом, получает возможность внедряться в заготовку. Весьма ценно то, что рри электроэрозионной обработке отсутствует необходимость в инструментах более твердых, чем обрабатываемый материал. Любые материалы могут быть обработаны электродами-инстру­ментами из меди, латуни, алюминия, чугуна и графити- рованного материала, изготовленными на обычных ме­таллорежущих станках. Электрод-инструмент при элек­троэрозионной обработке служит для подведения импульсов электрической энергии к определенным уча­сткам заготовки. Механического воздействия на деталь он не оказывает. Операции, выполняемые тадим спосо­бом, получили название копировально-прошивочных.

Различают два вида электроэрозионной обработки: электроимпульсную, при которой используется дуговая форма электрического разряда, и электроискровую, для которой типична искровая форма разряда. Цри элект­роискровой обработке импульсами (с энергией импульса от сотых долей до единиц джоулей и продол­жительностью 0^-4 с) большой частоты (до десят­ков и сотен килогерц) деталь, как правило, является анодом (так называемая прякая полярность). Элект­роимпульсная обработка производится более широкими импульсами (с энергией от единиц до Не­скольких десятков джоулей и /_И>Ю^-4 с) меньшей час­тоты (до сотен и тысяч герц) и обычно при обратной полярности, когда деталь является катодом.

Производительность электроэрозионной обработки — количество снимаемого с детали металла в единицу вре­мени и износ электрода-инструмента зависят от мощно­сти, частоты и длительности импульсов, их полярности и формы, состава рабочей жидкости, материала дета­ли и инструмента. Поэтому для каждого конкретного случая обработки имеется "свой оптимальный режим, т.е. наилучшее сочетание упомянутых факторов.

Электроэрозионная обработка используется при про­изводстве деталей электрических машин для прошива­ния отверстий (круглых и сложного профиля), прореза- ния канавок, пазов и шлицев, изготовления матриц штам­пов, обработки полостей пресс-форм, изготовления и профилирования твердосплавных резцов, шлифования плоскостей постоянных магнитов и т. д. Электроимпульс­ная обработка производительнее и экономически вы­годнее электроискровой благодаря использованию более мощных импульсов. В свою очередь электроискровая обработка позволяет получить более высокую точность и чистоту поверхности.

Электроэрозионные станки. Электроэрозионная об­работка производится на станках, которые делятся на копировально-прошивочные, шлифовальные, разрезные и специальные. Наибольшее распространение получили копировально-прошивочные станки, которые могут быть в обычном исполнении, повышенной точности и преци­зионными. К станкам этой группы относятся, такие, на­пример, как тяжелый электроимпульсный станок модели 4726, потребляющий мощность 60 кВт, на котором мож­но обрабатывать детали массой до 9800 кг (ковочные штампы, пресс-формы и всевозможные детали сложного профиля) с наибольшей производительностью до 10 см³/мин при четвертом классе чистоты поверхности (по стали). Электроискровой станок повышенной точ­ности модели 183 имеет мощность 7 кВт и предназначен для деталей массой до 250 кг при производительности до 0,02 г/мин в режиме обработки с чистотой поверхно­сти пятого класса (по стали). Прецизионный электро­эрозионный станок модели 150 мощностью 0,8 кВт слу­жит для получения малых отверстий с точностью рас­положения их центров ±0,003 мм.

На рис. 14-1 показан универсальный станок модели 183. Его основные узлы: основание 1 со стойкой 10; ван­на 2 с рабочей жидкостью; продольный суппорт 8 с по­воротным кругом, перемещающийся по направляющим 9 стойки; поперечный суппорт с рабочей головкой 7, который может перемещаться по направляющим 6, за­крепленным на поворотном круге; электрододержатель 5; стол 3, укрепленный на жестком угловом кронштей­не 4 стойки (между столом и кронштейном проложена изоляционная плита); панель управления 11. Механизм подачи с электроприводом, находящийся в рабочей го­ловке, обеспечивает движение подачи электрода-инст­румента по продольной оси головки. На столе станка могут устанавливаться детали с размерами до 1100Х Х400Х 120 мм.

После закрепления детали на столе производят на­стройку положения электрода-инструмента при помощи маховичков. Затем ванну с жидкостью поднимают, пока деталь не погрузится полностью в жидкость. Далее включают ток и опускают электрод-инструмент до по­явления первых искровых разрядов. Дальнейшая обра­ботка по направлению подачи электрода происходит автоматически под наблюдением по приборам.

На станке модели 183 могут выполняться разнооб­разные Операции, в том числе перечисленные выше, включая шлифование (с применением приспособлений' к станку). - ^

Генераторы импульсов. Для нормального хода про­цесса размерной электроэрозионной обработки необхо­димо, чтобы через промежуток между электро­дом-инструментом и деталью проходил стабильно под­держиваемый импульсный ток и. предупреждался бы

переход импульсного разряда в непрерывный дуговой разряд. Формирование импульсов тока осуществляется с помощью специальных генераторов импульсов. В на­стоящее время применяют многочисленные схемы та­ких генераторов, отличающихся друг от друга по прин­ципу действия и по производимому ими технологическо­му эффекту. ■

-1=3- /р

1^Э л>

Я

Рис. 14-2. Принципиальные схемы генераторов импульсов электро­эрозионных станков.

ипт

1д

д

Рассмотрим некоторые типичные варианты генерато­ров импульсов, принципиальные схемы которых приве­дены на рис. 14-2.

В релаксационном генераторе типа КС (рис. 14-2, а) от источника постоянного тока ИПТ с напряжением 100—250 В через токоограничивающее сопротивление Я конденсатор С запасает некоторое количество энергии. Напряжение на конденсаторе повышается до и_пр, при котором происходит пробой промежутка между электро­де м - и н ст р у м е нто м Э и Деталью Д. Запасенная в конден­саторе энергия выделяется в промежутке Э — Д в виде импульса тока г'_и. По мере разряда конденсатора напря­жение на нем падает и через некоторое время становит­ся меньше значения, при котором может поддержи­ваться проводящее состояние промежутка Э— Д. Ток („ быстро уменьшается, а затем прекращается. Сразу же .начинается заряд конденсатора, и описанный процесс

повторяется с определенной частотой, зависящей от па­раметров схемы. Регулирование частоты следования и параметров импульсов осуществляется путем изменения емкости конденсатора С (подключением разных конден­саторов). Генератор КС дает импульсы большой часто­ты (до 200 Гц) и скважности. Скважность <7 импульса— отношение интервала времени между соседними импуль­сами ко времени существования импульса. Большой скважностью обычно считают значения 30—10><7>5 (типично для электроискровой обработки), малой — ^<.Ъ (типично для электроимпульсной обработки). Средняя мощность генераторов типа РС —от 0,05 до 10 кВт. Основные их достоинства — простота и надеж­ность.

На рис. 14-2,6 приведена принципиальная схема ма­шинного 'генератора импульсов типа МГИ. Импульс энергии подается на промежуток Э — Д через токоог- раничивающее сопротивление Р от специального индук­торного генератора МГИ на частоту 400 Гц со щеточным коммутатором для получения униполярного напряже­ния на выходе генератора. Генераторы такого типа дают мощные, импульсы (десятки киловатт) с малой скваж­ностью и применяются для режимов черновой обработ­ки. Другие конструкции машинных индукторных генера­торов типа МГИ рассчитаны на более высокие частоты.

В настоящее время распространение получили также широкодиапазонные генераторы импульсов на транзи­сторах (рис. 14-2,в). Задающий частоту импульсов ге­нератор ЗГ через промежуточный усилитель ПУ отпи­рает на заданное время силовой транзисторный блок СБ (большое число транзисторов здесь включено па­раллельно; они работают в режиме ключа). Блок СБ присоединен к источнику питания ИП (выпрямителю) с напряжением 50—60 В. Одновременно поджигающий блок ПБ выдает короткий импульс напряжения ампли­тудой 150—300 В (поджигающий импульс), который пробивает промежуток Э — Д. Теперь по промежутку

— Д по цепи от источника питания ИП через блок СБ и разделительный диод ДР проходит импульс тока заданной формы, амплитуды и длительности. Широко­диапазонные транзисторные генераторы импульсов типа ШГИ обеспечивают среднюю мощность на выходе до

кВт при частотах от 0,1 до 440 кГц при любой требуе­мой скважности-импульсов.

Автоматические регуляторы. В процессе электроэро­зионной обработки по мере удаления материала обраба­тываемой детали и износа электрода-инструмента про­исходит увеличение промежутка Э — Д. Поэтому необ­ходимо непрерывное сближение электрода с деталью. Оно обеспечивается при помощи автоматического регу­лятора подачи электрода, поддерживающего определен­ную величину промежутка Э — Д, соответствующую заданному режиму обра­ботки.

На рис. 14-3, а пока­зана электрическая схе­ма простейшего автома­тического регулятора с так называемым непо­средственным включени­ем (без усилителя). Для привода подачи электро­да-инструмента использу­ется двигатель постоян­ного тока с независимым возбуждением. Якорь дви­гателя Д включен в диа­гональ моста, плечи ко­торого образованы по­тенциометром /?рег, ТОКО- ограничивающим рези­стором Я генератора им­пульсов типа ЯС и раз­рядным промежутком Э — Д. Обмотка возбуждения двигателя ОВД питается от источника постоянного тока генератора импульсов. Двигатель Д — специального исполнения обладает вы­сокой чувствительностью к изменению напряжения и тока якоря. Напряжение и ток трогания двигателя не более 3 В и 0,16 А.

О^^-О (Г)

Рис. 14-3. Электрические схемы автоматических регуляторов элект­роэрозионных станков.

Контролируемым параметром для регулятора явля­ется среднее напряжение на промежутке Э—Д. Если режим обработки соответствует заданному, то мост сба­лансирован и двигатель неподвижен. Когда среднее на­пряжение на промежутке Э — Д отклоняется от задан­ного в ту или иную сторону, на якоре двигателя появляется напряжение .соответствующей полярности, двигатель начинает вращаться, перемещая при помощи

ходового винта электрод-инструмент в нужном направ­лении. Заданное среднее напряжение устанавливается потенциометром У?_рег.

С целью повышения чувствительности регулятора применяют схемы питания якоря двигателя подачи элек­трода через промежуточный усилитель (электромашин­ный, транзисторный или тиристорный), на входе кото­рого производится измерение отклонения контролируе­мого параметра от заданного значения.

Для примера на рис. 14-3, 6 приведена схема регуля­тора с электромашинным промежуточным усилителем. В данном случае в качестве генератора импульсов ис­пользован машинный генератор МГИ. Промежуточный усилитель представляет'собой небольшой генератор по­стоянного тока Г с двумя обмотками возбуждения ОВ1 и ОВ2, приводимый во вращение асинхронным двига­телем Д1 с короткозамкнутым -ротором. Генератор Г питает якорь двигателя Д подачи электрода-инстру­мента. ' * .

Обмотка ОВ1 включена через потенциометр на падение напряжения в токоограничивающем резисторе /?, пропорциональное току через промежуток Э — Д. Обмотка ОВ2 включена через потенциометр К2 на на­пряжение этого промежутка. При этом МДС обмоток направлены встречно. В нормальном (заданном) режи­ме обработки результирующая МДС Р_г генератора Г равна нулю. Если промежуток Э — Д увеличится, то соответственно . возрастет напряжение на нем, а ток уменьшится. В результате появится МДС Г_г<0, генера­тор возбудится, что приведет к троганию двигателя Д и перемещению электрода-инструмента в сторону умень­шения промежутка Э — Д. При /⁷г>0 движение элект­рода-инструмента будет совершаться в-противополож­ном направлении.

Электрические схемы. Основными элементами элект­рической части электроэрозионного станка являются генератор импульсов, автоматический регулятор подачи, вспомогательные электроприводьк подъема ванны, пере­мещения рабочей головки и других узлов станка, уст­ройства для регулирования режимов обработки, конт­роля и защиты.

На рис. 14-4 приведена электрическая схема копиро- вально-прошивочного электроэрозионного станка общего назначения модели 18М2. Мощность, потребляемая стан-

_ Пр1 КГ О—ЁЭ-

ВКП <?

—о^;. г—

ВКО Я! ——-0-4-

Г .		1
				7

А)

Рис. 14-4. Электрическая схема станка модели 18М2.

ком, не более 7 кВ-А, Объем рабочей жидкости (соля­ровое масло) 250 л.

Двигатель Д1 перемещения ванны с рабочей жид­костью асинхронный, с короткозамкнутым ротором. К сети 380'В двигатель подключается реверсивными контакторами КП и КО. О наличии напряжения сети сигнализирует лампа ЛС1. Для подъема ванны двига­тель Д1 включается кнопкой КнП, для ее опускания— кнопкой КнО. Конечные выключатели ВКП и В КО ог­раничивают предельные положения ванны. На схеме обозначены: КРС1 и КРС2 — контактные разъемные соединения (Ш — штырь, Г — гнездо).

Питание КС-генераторов импульсов ГИ осуществля­ется от источника постоянного тока (генератора или вы­прямителя) с выходным напряжением 220 В (на схеме не показан).

Установка рабочей частоты импульсов производится кнопками с защелкой КнР1 КнР5, которые подклю­чают конденсаторы С/ — С5 к промежутку электрод — деталь (Э — Д). При этом каждому конденсатору бу­дет соответствовать определенный токоограничивающий резистор Р1 — Р5. Конденсатор С6 и резистор Р6 вклю­чены постоянно. Таким образом, можно задать шесть режимов обработки по'частоте. Для самого тонкого ре­жима применяют комбинацию С6, Р6 при выключен­ных кнопках КнР1 — КнР5.

Автоматический регулятор подачи электродов с дви­гателем Д выполнен по рассмотренной выше схеме (рис. 14-3,а). Задание среднего напряжения на промежутке Э — Д осуществляется при помощи потенциометра Р7. Для контроля служит вольтметр V при правом положе­нии переключателя Я. В левом положении переключа­теля контролируется напряжение питания генерато­ра ГИ.

Работа схемы происходит следующим образом. Для подъема ванны нажимается кнопка КнП, включаются контактор КП и двигатель Д1. Ванна поднимается. По достижении ею требуемого положения кнопку КнП от­пускают, и ванна останавливается. В рабочем положе­нии ванны -контакт конечного выключателя ВКР зам­кнется, поэтому будет подано напряжение на цепь ка­тушки контактора КГ. Если предварительно был включен источник питания постоянного тока 220 В, то после нажатия на кнопку КнГ включится контактор КГ и присоединит Г И к источнику питания. При этом вклю­чится реле напряжения РН и загорится сигнальная лам­па ЛС2, контакт РН заблокирует кнопку КнГ. На об­мотку возбуждения ОВД двигателя Д будет поддано на­пряжение 220 В.

Поскольку электрод Э отведен от детали Д, на якорь двигателя Д через ползунок потенциометра Р7 подается часть напряжения источника питания, и двигатель пере­мещает электрод по направлению к поверхности детали. Когда электрод приблизится к детали настолько, что произойдет пробой промежутка Э—Д, начнется рабочий процесс электроэрозионной обработки при автоматичес­ком поддерживании регулятором заданного режима. Нажатие на кнопку реверса КнРП прерывает рабочий процесс, так как один конец обмотки якоря двигателя Д переключается с отрицательного электрода на положи­тельный полюс источника, двигатель реверсируется и отводит электрод от детали.

Электрические схемы многих электроэрозионных станков других моделей подобны рассмотренной. Напри­мер, схема станка модели 183, показанного на рис. 14-1, отличается по существу лишь наличием еще одного двигателя перемещения продольного суппорта. В ряде случаев в электрической схеме предусматривается под­ключение разных генераторов импульсов для, расшире­ния технологических возможностей станка.

14-2. УСТАНОВКИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Этот вид обработки металлов и твердых материалов основан на использовании упругих колебаний со сверх­звуковой частотой — ультразвуковых- колебаний. Для промышленных ультразвуковых станков и установок обычно характерны частоты 16—30 кГц.

Можно назвать две разновидности ультразвуковой обработки: размерную обработку на станках с приме­нением инструментов и очистку в ваннах с жидкой средой.

Основным рабочим механизмом ультразвукового станка служит акустический узел, назначение которо­го—приведение рабочего торца инструмента в колеба­тельное движение. Упрощенная схема устройства аку­стического узла представлена на рис. 14-5. ■

Акустический узел (головка) получает энергию от генератора электрических колебаний" в качестве кото­рого применяется обычно ламповый генератор (см. § 1-4). Главным элементом акустического узла является пьезоэлектрический или магнитострикционный преобра­зователь энергии электрических колебаний в энергию механических упругих колебаний — вибратор. На рис.

14-5 изображен магнито­стрикционный вибратор 3, в обмотку 2 которого подает­ся ток ультразвуковой час­тоты. Колебания вибрато­ра, который попеременно" удлиняется и укорачивается с ультразвуковой частотой в направлении магнитного поля обмотки, усиливаются концентратором 7 (акусти­ческим волноводом), присо­единенным к торцу вибра­тора. К концентратору кре­пится стальной инструмент 8 так, чтобы между его тор­цом и обрабатываемой де­талью 9 оставался зазор. Вибратор помещается в эбонитовый кожух 5, охлаж­даемый по трубкам 4 и 6 водой.

При обработке отверстия инструмент 8 должен иметь форму заданного сечения отверстия. В пространство между торцом инструмента и обрабатываемой поверх­ностью детали из сопла 1 подается жидкость, в которой взвешены абразивные зерна. От колеблющегося торца инструмента зерна абразива приобретают большую скорость, ударяются о поверхность детали и выбивают из нее мельчайшую стружку. По мере снятия слоей ма­териала происходит автоматическая подача инструмен­та. Абразивная жидкость подается в зону обработки под давлением и вымывает отходы обработки.

Рис. 14-5. Акустический узел ультразвукового станка.

Промышленностью выпускаются различные ультра­звуковые станки, например прошивочные станки моде­лей 4770, 4773А, универсальный станок модели 100А и др. С помощью ультразвуковой технологии можно вы-

поднять такие операции, как прошивка, долбление, сверление, резание, шлифование и т.д.

Ультразвуковые ванны применяют для очистки по­верхностей металлических деталей от продуктов корро­зии, пленок окислов, минеральных масел и т.п. Работа ультразвуковой ванны основана на использовании эф­фекта местных гидравлических ударов, возникающих в

жидкости под воздействием ультразвука. Устройство ультразвуковой ванны схематически. показано на рис. 14-6. Обрабатываемая деталь 7 погружается (подвеши­вается) в бачок 4, заполненный жидкой моющей сре­дой 6, внутри которой от излучающего элемента 3 (ди­афрагмы) распространяются волны ультразвуковых колебаний 5. Диафрагма соединена с магнитострикци- онным вибратором 2, Бачок установлен на подставке 1.

Аппаратура ультразвуковых установок сравнительно дорога, поэтому экономически целесообразно применять ультразвуковую очистку небольших по размеру деталей только в условиях массового производства.

Глава пятнадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ

15-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ СТАНКАМИ

Понятием программное управление станками охва­тывают обычно такие способы автоматизации станков, которые обеспечивают управление работой станка по заранее подготовленным программам, причем одну про­грамму можно легко заменять другой без трудоемкой переналадки станка. Носителями программы в этих слу­чаях служат наборы переключателей, бумажные пер­фокарты и перфоленты, магнитные ленты и т. п.

Применение программного управления дает значи­тельный экономический эффект, особенно в мелко- и среднесерийном производстве, и позволяет высвободить большое число универсальных станков и высококвали­фицированных рабочих. На станках с программным управлением автоматически в нужной последователь­ности' осуществляются поступательные и вращательные движения рабочих органов: вращение шпинделя с за­данными скоростями в течение определенных интерва­лов времени, точная установка рабочих органов на за­данные позиции, рабочие подачи на заданных участках пути, вспомогательные перемещения суппортов, столов, поворот на определенный угол револьверных головок ит. д.

Совокупность автоматических устройств, реализу­ющих программное управление станком, называют системой программного управления (СПУ). При этом различают системы циклового и числового программно­го управления.

Системы циклового программного управления (СЦПУ) _:—это наиболее простые СПУ. В таких систе­мах для цикла обработки детали программируют по­следовательность и направления движений рабочих ор­ганов станка, т.е. ускоренных перемещений и движений подачи, используемых при обработке данной детали, скорости подач и главного движения. Перемещения рабочих органов, необходимые для получения заданных геометрических размеров обрабатываемой детали, уста­

навливают, передвигая вручную упоры, нажимающие на путевые переключатели. Программа, в СЦПУ обычно задается при помощи различных устройств типа ште­керных панелей, наборов переключателей или кнопок, многопозиционных барабанов и т. п. Системы такого ро­да используют для токарно-револьверных, некоторых фрезерных, токарных и других станков.

& е

V

■Ф-

4

Ф -Ф

X

Ах 2

Рис. 15-1. Виды обработки при использовании позиционных (а), пря­моугольных (б) и контурных (в) систем ЧПУ.

Х-]

х_г йх₃

а)

Для систем числового программного управления (СЧПУ) применяют числовое задание программы, т.е.. в форме совокупности чисел,, характеризующих после­довательность и необходимые перемещения рабочих ор­ганов станка, а также скорости этих перемещений. Про­грамму тем или иным способом записывают на про­граммоносителе— бумажной перфорированной ленте, перфокарте или на магнитной ленте. Все СЧПУ делят на три группы; позиционные, прямоугольные и контур­ные системы.

Позиционные системы предназначены для установки (позиционирования) инструмента (или детали) в опре­деленной последовательности в заданные положения — позиции, характеризуемые их координатами на плоско­сти или в пространстве. Подобные системы используют на сверлильных, расточных и других станках.

Предположим, что на координатно-сверлильном стан­ке требуется обработать отверстия детали, показанные на рис. 15-1, а. Каждое отверстие в программе задано двумя числами—координатами его центра относитель­но .базовых координатных осей х и у, например отвер­стие 1 — координатами х\, у\. Если после обработки от­верстия 1 нужно переместить инструмент в позицию 2, то пррграммой задаются координаты х₂, у₂ или прира­щения'координат Ах₂, Дг/2- Перемещения по каждой из координат могут отрабатываться одновременно или по­следовательно с одинаковыми или различными скоро­стями. Траектория движения инструмента из позиции 1 в позиции 2, 3 и т.д. может быть любой; важно, чтобы инструмент с заданной точностью был перемещен на новую позицию.

Системы с прямоугольным формообразованием (пря­моугольные) используются при обработке деталей сту­пенчатой формы, например валов на токарном станке (рис. 15-1,6). Здесь также программируют отдельные заданные точки плоскости 1, 2, 3, ..., 8, но продольная и поперечная подачи разделены во времени, т. е. вклю­чаются последовательно. Такие системы обеспечивают и позиционирование как частный случай. Применяют их -на расточных, токарных, фрезерных станках.

Очевидно, что упомянутые выше системы циклового управления выполняют по существу те же функ­ции, что и прямоугольные системы числового управ­ления.

В системах с криволинейным формообразованием . (контурных) программируется не только перемещение по каждой координате, но и закон_ перемещения. Систе­мы используют на токарных и фрезерных станках для обработки фасонных поверхностей. Например, при то­карной обработке тел вращения (рис. 15-1, в) подача 5 резца в каждый момент времени получается сложением продольной §пр и поперечной «поп подач." Контурные си­стемы выполняют также функции прямоугольных и по­зиционных систем.

Таблица 15-1

Составление программы обработки плоского кулачка

Относительное расположение фрезы и кулачка	ч	А!;	■ ■
1	. 2	3	4

Кулачок -Фреза.

Сущность способа числового задания программы применительно к контурной системе рассмотрим на про­стейшем примере обработки фрезой профиля плоского кулачка (см. рисунки в первом столбце табл. 15-1). Траектория движения фрезы представляется в виде ря­да последовательных положений ее (опорных точек). Каждое из этих положений характеризуется расстояни­ем между осью фрезы и осью'кулачка. Сам кулачок при обработке поворачивается вокруг своей оси. В проме­жутках между опорными точками 'фреза может переме­щаться по траектории, несколько отличной от заданной. Однако, выбрав соответствующее число опорных точек, можно свести это отличие до минимума, обеспечиваю­щего необходимую точность. ¹

Существует несколько способов записи программы. Самый простой из них — запись на "движущемся с по­стоянной скоростью программоносителе: в виде цепоч­ки отверстий — на перфоленте или намагниченных штри­хов — на магнитной ленте. Каждая из таких отметок на ленте соответствует определенному" перемещению инст­румента, в рассматриваемом случае — перемещению оси., фрезы. Этот способ называют записью программы в уни­тарном коде.

Пользуясь чертежом кулачка и зная диаметр фрезы, будем находить расстояния Ь^ между осями кулачка и фрезы при повороте кулачка на один и тот же угол, до­пустим, на 2° (за исходное примем положение, когда оси фрезы и кулачка лежат на одной горизонтали). За­тем определим приращения А/,- расстояний между ося­ми фрезы и кулачка за время поворота кулачка на угол 2°: К1\ — Ь\—Ьо, А/г=^2—и т.д. Таким образом, бу­дут найдены все опорные точки траектории фрезы, и ре­зультаты расчета представятся во втором И третьем столбцах табл. 15-1. Выбрав достаточно малую элемен­тарную единицу перемещения, например 0,01 мм, и раз­делив на нее величины А/,, получим ряд чисел Л^, кото­рые заносим в четвертый столбец таблицы. Совокупность чисел NI и представляет собой программу работы стан­ка, записанную в числовом виде — в данном случае в унитарном коде.

Далее программа переносится, например на бумаж­ную ленту. На каждом 1-й участке ленты, соответству­ющем при ее движении повороту кулачка на угол 2°, по одной дорожке ленты пробиваются отверстия. Число их равно А/у. Каждое отверстие в процессе работы станка будет вызывать перемещение фрезы в данном случае на 0,01 мм. Частота следования отверстий на ленте опре­деляет скорость перемещения фрезы. Если направление движения должно измениться на противоположное, то используется пробивка отверстий на второй дорожке ленты.

Если, например, обработка кулачка производится пу­тем одновременного перемещения фрезы по двум коор- динам х и у, а сам кулачок остается неподвижным, то принцип записи Программы сохраняется тем же. Нов этом случае используются уже четыре дорожки ленты, две для координаты х, две других для координаты у. На каждом 1-м участке ленты, т. е. для интервала вре­мени Д^, пробивается Ы_Х1 и отверстий, соответству­ющих перемещениям Ах,- и Ау\.

Очевидно, по рассмотренному принципу можно со­ставить программы' для позиционных и прямоугольных систем ЧПУ, исходя из расстояний Ь_х и Ь_у, отсчитывае­мых от некоторого начала координат' или их прираще­ний А1_Х и Му по отношению к начальной точке с коор­динатами 1_х0 и Ьу₀,

"Унитарный код отличается простотой и удобен для непосредственного управления приводами станка. Одна­ко он имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при записи в этом коде может потребовать­ся перфолента очень большой длины. Используя в ка-

| ' '"У

честве программоносителя магнитную ленту с записан­ными на ней штрихами (импульсами)—аналогами от­верстий на перфоленте, удается получить несравненно более плотную запись. Программа, записанная в уни­тарном коде, относится к типу так называемых декоди­рованных программ.

В настоящее время, как правило, применяют при за­писи программы на перфоленту или перфокарту специ­альные числовые коды, позволяющие существенно сокра­тить длину программоносителя. Такие программы назы­ваются кодированными.

Таким образом, при числовом представлении про­граммы она рассчитывается и задается в форме отдель­ных, определенным образом закодированных сигна­лов — команд. Программа определяется числом сигна­лов и изменением этого числа с течением времени по ме­ре перемещения рабочих органов станка. Переналадка станка с обработки одной детали на обработку другой заключается лишь в смене программоносителя, на кото­ром записана нужная программа.

В общем виде структурная схема управления стан­ком с числовым программным управлением (ЧПУ) по­казана на рис. 15-2. В этой схеме: УП— узел програм­мы; У У — узел управления; МП—исполнительные при­воды; РО—рабочие органы станка; УАК — узел актив­ного контроля (обратная связь). Программа ' работы станка, заданная в числовом виде, поступает в УП. В этом узле для реализации заданной программы коман­ды, записанные на программоносителе, должны быть

«прочитаны». С этой целью УП снабжается специаль­ными считывающими устройствами, которые в зависи­мости от способа записи программы представляют собой набор щупов, фотоэлементов или .магнитных головок. По мере выполнения команд программоноситель должен непрерывно или периодически перемещаться относи­тельно считывающего устройства.

В считывающем устройстве все воспринятые коман­ды (т. е. информация, необходимая для выполнения стан­ком заданного технологического процесса) преобразует­ся в электрические импульсы, которые направляются в узел управления УУ, где происходит расшифровка ко­манд, если те были кодированными. Кроме того, при не­обходимости производится пополнение и уточнение команд программы, их переработка, а также преобразо­вание в такую форму, которая была бы пригодна для управления исполнительными приводами ИП. Послед­ние осуществляют движения рабочих органов РО стан­ка согласно заданной программе.

В замкнутых СЧПУ результаты измерения факти­ческого выполнения программы при помощи узла актив­ного контроля УАК преобразуются в электрические сиг­налы, направляемые в УУ. Здесь сигналы, поступаю­щие из УП и УАК, сравниваются, т.е. заданная программа сопоставляется с фактической, которая от­рабатывается станком. На основании такого сравнения узел управления, воздействуя на ИП, стремится устра­нить возникающие расхождения между заданной и фак­тической программами.

В разомкнутых СЧПУ обратная связь, т.е. элемент УАК, отсутствует. Поэтому разомкнутые системы в прин­ципе дают меньшую точность обработки деталей по сравнению с замкнутыми системами. Однако их боль­шое достоинство — простота.

15-2. СИСТЕМЫ ЦИКЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Цикл обработки детали состоит из совокупности ос­новных и вспомогательных движений, повторяющихся при обработке каждой аналогичной детали. Его можно разделить на несколько этапов, на каждом из которых осуществляются определенные перемещения рабочих ор­ганов при заданных режимах обработки. Для каждого этапа требуется в общем случае своя схема управления электроприводами станка. Она включает в себя аппа­раты и приводы, одни из которых работают на всех эта­пах, а другие — на некоторых из них или толькб на дан­ном _этапе (например, путевые переключатели, приводы поперечной или продольной подачи, приводы ускоренных перемещений и т.д.). Если на станке могут осуществ­ляться различные виды и циклы обработки, то соответ­ственно должно быть обеспечено получение необходимого числа отдельных схем, удовлетворяющих всем воз­можным случаям. Программирование при цикловом уп­равлении производится путем предварительного выбора таких сочетаний отдельных схем, которые потребуются для данного цикла обработки. Специальное устройство вводит эти схемы в работу в нужной последовательно­сти.

В цикловых системах размеры-, как правило, контро­лируются малогабаритными путевыми- переключателя­ми, на которые воздействуют расставляемые в нужных местах упоры. Путевые переключатели объединяются в - блоки для каждого вида перемещения (продольного, по­перечного, вертикального, кругового и т.п.). Применяют также и путевые командоаппараты.

Приводы главного движения и подач в станках с цик­ловым управлением обычно выполняются от асинхрон­ных двигателей с короткозамкнутым ротором (иногда многоскоростных для главного движения) со ступенча­тым регулированием^угловой скорости. Управление по­дачами осуществляется при помощи электромагнитных муфт, включаемых контакторами.

Рассмотрим один из наиболее распространенных спо­собов циклового программирования, основанный на ис­пользовании штекерных коммутаторов для предвари­тельного набора программы и шагового искателя теле­фонного типа для ее поэтапного ввода.

Схема панели штекерного коммутатора приведена на рис. 15-3. Коммутатор состоит из горизонтальных и вертикальных цепей и гнезд, каждое из которых имеет по две половинки, присоединенные соответственно к го­ризонтальной и вертикальной цепям. Эти цепи можно соединить между собой, вставив в гнездо штырь (ште­кер). В вертикальные цепи включены катушки проме­жуточных реле РП1—РП15, горизонтальные цепи соеди­нены с контактами шагового искателя ШИ, по .которым перемещается его щетка. Вставляя штыри в соответст­вующие гнезда, выбирают нужную последовательность включения тех или иных промежуточных реле по этапам цикла. Первому этапу отвечает позиция 1 щетки искате­ля, второму — позиция 2 и т.д. Щетка автоматически передвигается на следующую позицию после окончания каждого этапа. Промежуточные реле РП1—РП15 при их включении в определенной комбинации своими кон­тактами собирают необходимую на каждом этапе схе­му управления.

Реле РП1—РП15 сгруппированы по их назначению. В качестве примера на рис. 15-3 показан вариант управ­ления токарным станком- Станок имеет продольное и поперечное рабочие и ускоренные перемещения суппор­та (выбор направления и вида перемещения — при по­мощи реле РП1—РП4 и РП5—РП8); возможно пере­ключение с рабочей подачи на медленную (реле РП9, РШО и РП11, РП12); шпиндель имеет две ступени уг­ловой скорости (реле РП13, РП14). Указанной на ри­сунке расстановкой штырей в гнезда запрограммирован следующий цикл: 1) быстрый продольный подвод суп­порта к детали; 2) включение 1-й скорости шпинделяи переключение на рабочую продольную подачу; 3) пере­ключение на медленную подачу в конце перехода; 4) от­ключение продольной подачи и быстрый поперечный от- ^вод суппорта; 5) отключение поперечного движения и быстрый продольный отвод суппорта; 6) отключение продольного движения и быстрое поперечное перемеще­ние суппорта; 7) переход на медленную поперечную по­дачу; 8) отключение поперечного перемещения в исход­ном положении.

Все включения и переключения подач и ускоренных перемещений, реверсирование этих движений обычно осуществляются в кинематических цепях станка при по­мощи электромагнитных муфт и электромагнитов. Для повышения точности остановки иногда применяют тор­мозные электромагнитные муфты.

Работа программного устройства начинается после подачи напряжения на его схему. На каждом этапе в конце его срабатывает соответствующий путевой пере­ключатель, своим контактом он включает электромагнит шагового искателя, и щетка искателя делает «шаг», пе­ремещаясь на следующую позицию. В конце цикла на позиции 8 щетки включается реле окончания цикла РП15 и отключает всю схему управления станком, а

Рабочее Ускоренное Рабочее Ускоренное мая шпинделя

вперед,' ,Вперед Вперед Вперед „Рабоч. " " '1~я 2,-я

Назад назад Назад Назад Медл. медл.

рт рпг рпз рпч рп5 Рпв рт- рпв рпэ рпю рпи ртг ртз рпп ршб

п

Х-л

х_ л

пцхлл

в

а

-О

}"2

-с:

а

ЩИ

и-

3

-С*>| Ч)| -(•>1 -С>|

+

-I-

+

+

+

+

+

3

!& 5 я*

Г±>

+ -о

Ч»>|

+

+■

+

+

+

+

+

+

■<>13

+

+

+

+

+

Д_Г'

+

+

+

+

+

+

1®1

■<•>1

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

<>цА

-К

+

+

■+

+

+

+

+

+

А

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+--1--1--4-4-1--1- + + +--

+ ¹ + 4- 4 -+-

+

+

+

+

+

+

+

Рис. 15-3, Схема программного устройства со штекерным коммутатором и шаговым искателем.

щетка шагового искателя возвращается в позицию 1. Программное устройство готово к работе в следующем цикле. -

Для упрощения задания программы используют на­кладные перфокарты. Их накладывают на панель ште­керного 'коммутатора, а штыри вставляют в гнезда че­рез отверстия в перфокарте. Отверстия в перфокартах пробивают специальным дыроколом или вручную про­бойником.

Вместо штекерных коммутаторов в ряде случаев ус­танавливают панели из рядов переключателей или кно­пок с фиксацией. Назначение горизонтальных и верти­кальных рядов переключателей или кнопок аналогично назначению рядов штекерного коммутатора.

Для поэтапного ввода программы применяют также счетные схемы из контактных реле. Иногда используют барабаны с переставными кулачками, установленными на поверхности барабана и воздействующими на микро­переключатели, а также ряд других устройств. Все боль­шее распространение получают программируемые бес­контактные командоаппараты серии УЛП (см. § 13-3),

13-3. ЭЯЕХТРОПРЦВОДЫ СТАНКОВ С ЧПУ

Электроприводы главного движения станков с ЧПУ выполняются обычно с электромеханическим регулиро­ванием скорости, т. е. с несколькими механическими сту­пенями, переключаемыми при помощи электромагнитных муфт и ступенчатым или бесступенчатым электрическим регулированием в пределах каждой ступени.

Электроприводы подачи станков с ЧПУ можно раз­делить на' четыре группы: приводы со 'ступенчатым ме­ханическим регулированием скорости, с бесступенчатым электрическим регулированием в широком диапазоне, следящие и следяще-регулируемые, с шаговыми двига­телями. Первые три группы приводов используются в системах с «обратной связью по положению рабочего ор­гана, т. е. в замкнутых системах.

Электропривод подачи со" ступенчатым механичес­ким регулированием (рис. 15-4, а) используют, как пра­вило, в позиционных и прямоугольных системах ЧПУ с обратной связью. Для переключения скоростей подачи применяют электромагнитные муфты. Движение рабочей подачи начинается после включения от СЧПУ электро­магнитной муфты Эм1. Асинхронный двигатель с корот- козамкнутым ротором Д приводит во вращение ходовой винт ХВ, и стол С (или суппорт, шпиндельную бабку и т.п.) начинает поступательное перемещение. При этом от датчика положения ДП по каналу обратной связи ОС в СЧПУ поступают сигналы о пройденном пути. При под-

Рис. 15-4. Схемы приводов подачи станков с ЧПУ.

ходе стола к конечному (по программе) положению СЧПУ выдает команду на отключение муфты Эм1 и на включение электромагнитной муфты Эм2, что вызывает переход на медленное доводочное перемещение стола. По достижении столом заданного положения, следует сигнал от СЧПУ на отключение муфты Эм2, и стол С ос­танавливается. В такой схеме часто, используют элек­трическое или электромеханическое торможение для по-- вышения точности остановки.

Если для привода подачи в позиционной или прямо­угольной системе ЧПУ применен двигатель Д с широ­ким диапазоном регулирования угловой скорости благо­даря питанию его от управляемого преобразователя Я, то схема привода будет иметь вид, показанный на рис. 15-4,6.

По той же схеме в принципе выполняются следящие и следяще-регулируемые»приводы подачи, применяемые в контурных системах ЧПУ. При наличии следящего привода СЧПУ подает на преобразователь Я, а значит, и на двигатель Д сигнал, который определяется задан­ной скоростью подачи и разностью между заданными фактическим перемещением. Такая система привода не только отрабатывает заданное полное перемещение ра­бочего органа станка (стола С в данном примере), но и воспроизводит любой заданный закон изменения этого перемещения во времени. Следяще-регулируемый привод отличается от следящего тем, что при определенном зна­чении перемещения начинает работать как обычный ре­гулируемый привод, обеспечивая заданную скорость по­дачи. на оставшейся чаети общего перемещения.

На рис. 15-4, в показана схема шагового привода подачи. В этом случае в качестве двигателя Д исполь­зуется так называемый шаговый двигатель. От обычных двигателей он отличается тем, что при получении от СЧПУ через блок управления БУ командного импульса поворачивает свой вал на некоторый малый угол — шаг. Число импульсов определяет значение перемещения, а их частота — скорость подачи. Развиваемый шаговым двигателем момент часто недостаточен для перемеще­ния подвижного элемента станка. Поэтому шаговый дви­гатель работает в подобных случаях совместно с гидро­усилителем момента ГУ, который представляет собой мощный гидродвигатель. Шаговый двигатель воздейст­вует на золотниковое устройство гидродвигателя. Как правило, системы с шаговыми двигателями выполняют­ся без-обратной связи по положению, т.е. разомкнуты­ми. Они используются для станков с любыми СЧПУ.

Для следящих приводов станков с ЧПУ большое зна­чение имеет быстродействие двигателя. Оно 'оценивает­ся отношением вращающего момента М, развиваемого двигателем, к моменту инерции / якоря (ротора) двига­теля. Разработан ряд конструкций специальных двига­телей постоянного, тока, у которых это отношение намно­го больше, чем у двигателей обычного исполнения. На­пример, высокомоментный двигатель серии ПБВ (рис.

15-5) выполнен с возбуждением от постоянных феррито- вых магнитов (Ы и 5), что резко уменьшает потери в двигателе и позволяет значительно сократить его раз­меры и массу. Двигатель обычно изготовляют со встро­енным тахогенератором, а в некоторых конструкциях предусматривают установку тормоза, который авто­матически фиксирует ротор при снятии питания. Таки-

	V//////,:///////;
1	7%		1
3			5
1		/ \	1'

и) 6)

Рис. 15-5. Высокомоментный двигатель с ферритовыми магнитами.

а — схема магнитной сисуемы двигателя; б — сопоставление по габаритам вы- сокомоментного двигателя 2 с двигателем электромагнитного возбуждения I [при одинаковых моментах двигателей (30 Н-м) в угловых скоростях (100 рад/с)]. ¹

ми двигателями оснащены комплектные тиристорные приводы ЭТЗС16 на мощности от 0,75 до 5,5 кВт при уг­ловой скорости 100 рад/с.

У двигателя с гладким (беспазовым) якорем (рис. 15-6,а) обмотка якоря, который имеет малый диаметр, уложена в несколько слоев на поверхность якоря и за­лита эпоксидной смолой с ферромагнитным наполните­лем. Каждый слой обмотки стянут лентой из стеклотка­ни. Благодаря отсутствию зубцов на якоре магнитный поток двигателя увеличен вдвое по сравнению с двига­телем обычного исполнения. Двигатель имеет увеличен­ный зазор, что уменьшает индуктивность якорной обмот­ки и, следовательно, ускоряет протекание переходных процессов нарастания и спадания тока в цепи якоря. Та­кая конструкция позволяет облегчить работу коллекто­ра и улучшить охлаждение якоря. Это дало возможность повысить максимальный вращающий момент двигателя примерно в 4 раза и уменьшить момент инерции более чем в 10 раз по сравнению с двигателями обычного ис­полнения. Для возбуждения двигателей с*гладким яко­рем применены постоянные магниты с особо высокими

значениями остаточной магнитной индукции. Питание якоря осуществляется от тиристорного преобразовате­ля. Двигатели такой конструкции серии ПГТ (со встро­енными тахогене раторами) выпускаются на мощности от 90 Вт до 9 кВт, напряжения до 220 В и номинальную угловую скорость 300 рад/с.

Двигатель с печатным якорем (рис. 15-6,6) имеет в одном из исполнений ротор 1 в виде диска из изоляци-

/2 б) ■ * Рис. 15-6. Двигатели с гладким (а) и печатным (о) якорем.

онного материала, покрытого с обеих сторон тонким слоем металла. На этом покрытии при изготовлении ро­тора была отпечатана особой краской схема 2 провод­ников якоря и затем вытравлен весь металл, оставший­ся непокрытым. Постоянные магниты 3, создающие по­ток возбуждения двигателя, укреплены в подшипниковых щитах 4. Щетки 5 непосредственно скользят по про­водникам якоря, которые таким образом одновременно служат коллекторными пластинами. Благодаря такой конструкции момент инерции ротора и индуктивность обмотки якоря очень малы. Двигатели с печатным дис­ковым якорем выпускаются на мощности до нескольких десятков ватт, при 6 и 12 В и угловой скорости 300— 350 рад/с. Разработаны также двигатели серии ПЯ с пе­чатным цилиндрическим якорем (ротор двигателя пред­ставляет собой полый цилиндр из изоляционного мате­риала).-Такие двигатели выпускаются на мощности от 1 до 10 кВт при угловой скорости 300—360 рад/с и на­пряжении 110 В. Двигатели с печатным якорем также питаются от тиристорных преобразователей.

^: На рис. 15-7 показано устройство трехфазного ин­дукторного реактивного шагового двигателя. В корпусе

1 двигателя помещен шихтованный статор, имеющий шесть полюсных выступов 4 с зубцами 2, и реактивный зубчатый ротор 3. Три обмотки управления двигателя находятся на полюсных выступах статора. Каждая из обмоток состоит из катушек, расположенных на четырех полюсных выступах, попарно противоположных. Обмот­ки управления в определенной последовательности под­ключаются к источнику постоянного тока. Между собой обмотки -управле­ния сдвинуты на один по­люсный выступ, так что каждый полюсный выступ-' статора охватывается ка­тушками смежных обмо­ток управления. В поло­жении ротора, когда его зубцы соосны с зубцами' одной диаметрально рас­положенной пары полюс­ных выступов статора, они смещены на +7з зуб- цового, деления относи­тельно зубцов второй па­ры полюсных . выступов

и на —7з зубцового деления относительно третьей пары полюсных выступов. Поэтому каждому переключению обмоток управления, когда ось результирующего маг­нитного потока статора поворачивается на '/з зубцового деления, соответствует поворот ротора также на 7з зуб­цового деления, т. е. на один шаг. Направление поворо­та зависит от очередности переключения обмоток. Если же включать попеременно то одну обмотку, то две об­мотки сразу, шаг уменьшается вдвое.

Рис. 15-7. Шаговый двигатель типа ШД-4.

Шаговые двигатели могут работать при их подклю­чении к источнику, импульсов с частотой до 8000 Гц и более. При больших частотах шагов прерывистость дви­жения полностью сглаживается. Наибольшую частоту, при (Которой шаговый двигатель, начиная работать, не пропускает ни одного шага, называют частотой приеми­стости двигателя. Например, двигатель ШД-4 имеет ча­стоту приемистости 800 Гц и наибольшую частоту 1200 Гц. Он предназначен для работы с напряжением 27 В- и развивает момент 0,25 II-м при наибольшей ча­

стоте. Подобные двигатели работают с гидроусилителя­ми, которые развивают йомент до 12—100 Н-м, а число отрабатываемых импульсов доходит до 1200 в секунду.

Выпускаются также силовые четырехфазные шаговые двигатели с максимальным моментом до 110 Н-м, не требующие применения гидроусилителей. Но частота приемистости у таких двигателей не более 200—450 Гц.

Рис. 15-8. Шариковые винтовые пары.

Включение обмоток шагового двигателя производит­ся при помощи специального устройства — блока управ­ления. Такой блок состоит из распределителя импульсов и усилителей мощности. Получая информацию от СЧПУ в виде сигналов унитарного кода, распределитель им­пульсов вырабатывает т-фазную систему прямоуголь­ных управляющих импульсов напряжения, где т — чис­ло фаз шагового двигателя, и распределяет эти импуль­сы в нужной последовательности по обмоткам шагового двигателя. При этом управляющие импульсы перед по­ступлением в обмотки двигателя предварительно усили­ваются транзисторными нли.тнристорными усилителями мощности.

В станках с числовым управлением передача движе­ния от двигателя к рабочему органу осуществляется, как правило, при помощи пары винт-гайка. Для повы­шения точности такой передачи (а эта точность особен­но необходима для разомкнутых систем с шаговыми двигателями) применяют шариковые винтовые пары ;(рис. 15-8). В конструкции, показанной на рис. 15-8, а, : ходовой винт 3 и гайка 2 имеют совпадающие полукруг­лые винтовые канавки, заполненные по всей длине стальными шариками 4. Эти шарики передают движе­ние от винта к гайке. На шариковой гайке расположена трубка возврата 1, по которой шарики перекатываются ет конца гайки к началу. В такой паре трение скольже- нля заменено трением, качения, что значительно повы­шает КПД пары и устраняет зазоры. Другой, более эф­фективной, является конструкция, показанная на рис. 15-8,6. Здесь на винте 1 помещены две шариковые гай­ки 2 и 4, между которыми расположена сильная пру­жина 3: Она создает предварительный натяг между вин­том и гайкой, полностью устраняя зазор в винтовой паре.

15-4. СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Процесс изготовления детали на станке с числовым программным управлением включает в себя подготовку программы, ввод ее в систему управления станком и,

Рис. 15-9. Схемы числового программного управления.

наконец, отработку программы на станке. Организация этого процесса может быть построена по двум основным схемам, показанным на рис. 15-9.

По первой схеме (рис. 15-9, а) данные чертежа Ч де­тали и технологии Т ее обработки вводят в ЭВМ — циф­ровую электронно-вычислительную машину (цифровую ЭВМ), которая выдает кодированную программу на пер­фоленте ПЛ. В этой программе зафиксированы коорди­наты опорных точек обрабатываемого контура деталии все другие необходимые команды. Перфолента ПЛ по­ступает в так называемый интерполятор И (специализи­рованное вычислительной устройство). По заданным ко­ординатам опорных точек и заданному закону движе­ния в промежутках между опорными точками интерпо­лятор заменяет любой контур детали отрезками прямых или дуг окружности и производит определение коорди­нат многочисленных промежуточных точек (в настоя­щее время вместо интерполяторов широко применяют также, малые универсальные электронные вычислитель­ные машины — мини-ЭВМ). После этого выработанная интерполятором и декодированная (расшифрованная) программа записывается на магнитную ленту МЛ. Она и вводится в СЧПУ станка, которая выдает управляю­щие сигналы приводам подач станка ПП_Х, ПП*, ПП_г.

Вторая схема (рис. 15-9,6) относится к станкам с вы­сокой степенью автоматизации. Здесь полученная от ЭВМ кодированная программа на перфоленте.непосред­ственно вводится в СЧПУ станка. После интерполятора (или мини-ЭВМ), которые входят в данном случаев СЧПУ станка, сигналы декодированной программы без промежуточной записи на магнитную ленту подаются на приводы подачи ПП_Х, ПЩ, ПП_г.

Запись и считывание программ. Принципы составле­ния программы для станка с числовым управлением и формы записи ее в декодированном виде (р унитарном коде)- на перфоленте или магнитной ленте были рас­смотрены в § 15-1. В общем случае программа переме­щений рабочих органов станка, выданная цифровой ЭВМ или рассчитанная вручную, представляется на пер­фоленте или в отдельных случаях на перфокарте в том или ином числовом коде. ■ .

Наиболее прост двоичный код, который имеет два знака: 1 и 0. При записи чисел на перфоленте в этом коде на месте каждого знака 1 пробивается отверстие. На месте знака 0 ленту не пробивают. В двоичной си­стеме счисления любое число выражается комбинацией только двух цифр 0 и 1 (так как число 2 представляет собой единицу следующего разряда). Например, деся­тичное число 201 в двоичной системе выразится как

201 = 128 + 64 + 0 + 0 + 8 + 0 + 0 + 1 = 1-2⁷ + + 1-2⁶ + 0.2⁵ + 0.2⁴ + 1-2³ + 0-2^а +

+ 0-2' + 1-2° =-■= 11001001.

Недостаток двоичной системы по сравнению с деся­тичной— примерно втрое большее количество знаков. Поэтому на практике применяют обычно двоично-деся­тичные коды, например код 8—4—2—1. В этом коде

цифры имеют двоичное обозначение, а все число запи­сывается как десятичное. Каждую' цифру десятичной системы при этом можно выразить в двоичном обозна­чении четырьмя знаками,, т. е. на перфоленте для про­бивки отверстий используются четыре дорожки. Так, на пятидорожечной ленте (рис. 15-10) пробивка на 1-й до-

Дорожки.

Число 4 X -

I

5 Ч 3 г 1 | ) | | )

Г~1
_

Направление 10³ 10² 10¹ 10°

У

Напрабление

Направление одижения ленты

■Вспомога тель­ные команды

Ч г 1

Чи сло А у

Конец кадра ВДЦЭ

Число 6 коде

Рис. 15-10. Участок перфоленты с записью программы в коде 8-4-2-1.

рожке задает цифру 1, на 2-й—2, на 3-й—4 и на 4-й — 8. Таким образом, осуществляя в каждой строке ленты от одной до четырех пробивок, можно задать в строке любое число от 1 до 9. Подобным образом, используя необходимое число строк, можно- задать любую число­вую величину перемещения рабочего органа.

Признак адреса

Каждому участку технологического цикла в програм­ме отводится определенная совокупность строк перфо­ленты—кадр. Кроме перемещений на ленте или карте отмечаются соответствующими пробивками: направле­ние движения рабочего органа, скорость, различные

вспомогательные , команды. Для выделения участков цикла и «адресов» команд используется 5-я дорожка. Например, для программы, представленной на рис. 15-10, пробивка на 5-й дорожке в сочетании с пробивкой на 1-й дорожке этой же строки соответствует началу уча^- стка, на котором рабочий орган станка совершает дви­жение вдоль оси х (адрес — «координата х»), пробивка на 5-й дорожке в сочетании с пробивкой на 2-й дорожке соответствует началу участка с движением вдоль оси у (адрес — «координата у») и т.д. На строке, следую­щей за признаком адреса, задается направление пере­мещения, например пробивка на 1-й дорожке — движе­ние «вперед», на 2-й дорожке — движение «назад». Пе­ремещение задается на следующих строках кадра, на­пример, на рис. 15-10 задано число:

Дл: = 8761 = 8-10³ + 7-10² + 6 • 10¹ + 1 • 10°.

Конец участка фиксируется пробивкой на 5-й дорож­ке при отсутствии других Пробивок в строке. Пробивки на 5-й дорожке в сочетании с пробивками на 3-й или 4-й дорожках отвечают вспомогательным командам.

В настоящее время для СЧПУ станков наиболее рас­пространенным является международный код 150-7Ы1: (рис. 15-11). Для записи применяется восьмидорожечная перфолента шириной 25,4 мм. Здесь адресом совместно с подадресным числом-задают перемещение по х, у, г, вид траектории (прямая, дуга окружности), скорость подачи и другие технологические и вспомогательные команды. Цифры представляются в коде 8—4—2—1.

Для записи на пяти- или восьмидорожечной теле­графной перфоленте используют автоматические перфо­раторы ПЛ-80, управляемые цифровой ЭВМ, или руч­ные перфораторы с клавишной системой, как у пишу­щей машинки. Оператор, читая таблицу с программой, нажимает на клавиши и пробивает отверстия. В случае ошибки отверстия заклеивают.

Считывание программы, записанной на перфоленте (или перфокарте), производится обычно при помощи контактного или фотоэлектрического устройства. В кон­тактном устройстве (рис. 15-12, а) лента 4 перемещает­ся по металлической контактной пластине 3. Когда щет­ка 1 попадает в отверстие 2 перфоленты, цепь тока за­мыкается, срабатывает контактное или бесконтактное реле, и в интерполятор поступает соответствующий сиг-

/50		-7Ш
0		е®	в
1	в	©в	а @
2	в	•в	9 ф
3		••	• во
ч	в		в в
5		@в	а в •
6		• •	«в®
7	©	©®
<9	в
9		в®	• • •
			9
+		в	• а #9
	»	в . в	• ев в а а а • ® в
Г		*	© а
)	о	•	© а 9
/	©	в
		о %
			а
			в
			с
			о
ВЕЬ	аз	9®	ф в о в • а
В5	<9
ИТ			Ц 9 @
5Р			®
ЬР			® а ®
СР	в		ф

б)

/50		7
А	в	в ©
В	•	а ф
С	в®	а в®
В	©	а ©
Е	Ф»	• в •
Р		• в»
Б	•	»©э®
н	»	в*
/	®в	©в ®
0	ев	в» 9
к	©	©а © ®
1	9»	®в®
М	Ф	#а • в
М	®
О	®@
Р	«	о •
а	О®	о в ®
к		9 © ©
6'	®	в в в ®
т	• ©	ф а ф
и	©	© ® ® ©
1/	в	• «во
и/	©в	® в @©ф
X'	© ©
У	в
2	©	®@ ® ®

а)

• • ••

® •

• • •

а во • •»•

• в • в « • •в в в.» •• ев» 9 • •• в

е» • вв» е

• • о

с** •

«

« «• «в ©в • • •• а •

® «в «••• в в *в« © в® в •

э* •• в в® ••• в ••• в

ев»« • • ••• •

•••• в евеа в ввва «

в««* « • •» • «

•• •

•• а в •• • •

в» «

Рис. 15-11. Программирование в коде 130-7Ы1. а — обозначение кода; б — запись на перфоленте (два кадра).

нал. В бесконтактном устройстве (рис. 15-12,6) свет лампы 5 через линзы 4 и отверстие 3 в перфоленте 2 ос­вещает фоторезистор 1. При этом сопротивление фото- резисТора резко уменьшается, и включенное в его цепь реле срабатывает. Перфолента протягивается через счи­тывающее устройство обычным путем перемотки с од-

ной кассеты на другую. Перфокарты накладывают на барабан или подают из специального бункера. Количе­ство щеток или фоторезисторов в считывающем устрой­стве определяется числом дорожек перфоленты или пер­фокарты.

Преобразованная интерполятором (декодированная) Программа ДЛЯ КОНТурНЫХ СЧПУ записывается на маг-

К у сил а - йя телю

6

Рис. 15-12. Схемы считывающих устройств.

нитной ленте при помощи кольцевой магнитной головки (рис. 15-12, в)*либо в виде последовательности команд­ных импульсов, т. е." в унитарном коде, либо в форме так называемой фазовой записи синусоидальных или им­пульсных напряжений. При фазовой записи угол сдвига фаз управляющего напряжения относительно некоторо­го опорного напряжения задает величину и направле­ние перемещения рабочего органа станка.

Когда через обмотку 1 записывающей магнитной го­ловки проходит импульс постоянного тока, на ферро­магнитном слое 2 ленты 3 возникают штрихи 4 попереч­ного намагничивания. При пропускании тока через об­мотку 5 на ленте появляется импульс противоположной полярности.

При воспроизведении записи на магнитной ленте пос­ледняя протягивается под считывающей магнитной го­ловкой (рис. 15-12,г). Когда под головкой в зоне зазо­ра проходит штрих записи, магнитный поток в сердеч-

Рис. 15-13. Функциональные схемы импульсной (а) и фазовой (б) СЧПУ.

нике головки резко изменяется, что вызывает появление в обмотке 6 головки импульса ЭДС, которая далее уси­ливается и используется для управления.

Каждая магнитная головка предназначена для запи­си или считывания команд на одной дорожке магнитной ленты. При записи в унитарном коде обычно отводят по две дорожки для каждой координаты. При фазовой за­писи для каждой координаты предусматривается своя до­рожка и, кроме того, еще одна дорожка используется для записи вспомогательных команд. Таким образом, в за­писывающем или считывающем устройстве устанавлива­ется блок магнитных головок, количество которых опре­деляется числом используемых дорожек магнитной ленты.

Контурные СЧПУ с записью программы на магнит­ной ленте. Как отмечалось ранее, такие СЧПУ работа­ют по декодированным программам. Запись в унитар­ном коде используется для станков с шаговыми двига­телями, фазовая запись — для станков со следящими приводами.

Функциональная схема СЧПУ с программой в уни­тарном коде (такие системы называют импульсными) показана на рис. 15-13, а (для одной координаты х). В этой системе магнитные головки МГ_Х+, МГ_Х- считы­вают с магнитной ленты записанные на ней импульсы и направляют их в усилители У_х+, Ух- и далее в кольце­вой электронный коммутатор ККх- Коммутатор распре-, деляет импульсы по обмоткам шагового двигателя ШД_Х (в данном случде трехфазного), при этом каждый уп­равляющий импульс предварительно усиливается усили­телем мощности УМ_Х. В ответ на каждый поступивший импульс шаговый двигатель отрабатывает элементар­ное перемещение — шаг. Число импульсов определяет перемещение, а частота их следования — скорость пода­чи. Системы управления по двум другим координатам у и г построены аналогично.

Функциональная схема СЧПУ с фазовой записью программы (фазовой СЧПУ) изображена на рис. 15-13, б (также для одной координаты х). На четырех до­рожках магнитной ленты нанесены записи синусоидаль­ных напряжений. Они соответственно считываются маг­нитными головками МГ_Х, МГ_У, МГ₂ и МГ_0П- Напряже­ние задающего сигнала для координаты х подается от головки МГ_Х на усилитель У_х и после него в так назы­ваемый фазовый детектор ФД_Х. Сдвиг фазы Дф₃,_ж сину­соиды задающего сигнала относительно опорного на­пряжения при записи, как отмечалось выше, определя­ет требуемое перемещение. Одновременно головкой МГоц считывается напряжение опорного сигнала, кото­рое через усилитель У₀а подается на входные обмотки датчика обратной связи по перемещению — так называ­емого вращающегося трансформатора ВТр_х. С выход­ных обмоток ВТр_х снимается синусоидальное напряже­ние, сдвиг фазы которого Дфф,_ж по отношению к опорно­му напряжению пропорционален углу поворота ротора ВТр_х, т.е. фактическому перемещению рабочего органа станка по координате х (вращающийся трансформа­тор — микромашина переменного тока, на статоре и ро­торе которой расположены по две взаимно перпендику­лярные обмотки: входные — на статоре и выходные — на роторе). Напряжение с выходных обмоток ВТр_х подается на второй вход фазового детектора ФД_Х.

Таким образом, на входы фазового детектора данной координаты поступают два синусоидальных сигнала; один из них определяет заданное перемещение значени­ем угла Дф₃₎ж, другой — фактическое перемещение зна­чением Афф,_ж. В ФД_Х эти сигналы сравниваются, и в за­висимости от значения и знака разности 6;с=Лфз,А-—Лфф,* вырабатываются сигналы управления для привода пере­мещения по координате х. Привод выполнен с питанием двигателя Д_х от преобразователя П_х. Получая сигнал б*, привод перемещает рабочий орган так, чтобы рас­согласование между заданным и фактическим положени­ями рабочего органа исчезло. Аналогично выполнены и работают узлы СЧПУ для других координат.

Недостатки СЧПУ с записью на магнитной ленте: нельзя исправить или изменить изготовленную програм­му; велик расход магнитной ленты при больших пере­мещениях, поэтому все более расширяется применение СЧПУ, в которые вс/гроены интерполяторы или мини- ЭВМ, т.е. по схеме на рис. 15-9,6, когда программа вво­дится в СЧПУ в кодированном виде на перфоленте.

Позиционные и прямоугольные СЧПУ с кодирован­ными программами. В этих системах программа вводит­ься в кодированном виде с записью на перфоленте или перфокарте. Интерполяторы для Таких систем не нуж­ны. Вместо них используются различного рода счетные устройства, сумматоры и регистры для хранения чисел. Как правило, все эти устройства выполнены на основе триггерных ячеек с полупроводниковыми приборами.

По принципу работы различают позиционные и пря­моугольные СЧПУ с датчиками обратной связи, т. е. замкнутые и разомкнутые.

Замкнутые системы имеют датчик обратной связи, преобразующий перемещения рабочего органа либо в форме последовательности импульсов, каждый из кото­рых отвечает элементарному перемещению (шагу), ли­бо в форме числового кода. Принцип действия одного

из наиболее распространенных датчиков обратной свя­зи иллюстрируется на рис. 15-14. Диск 1 датчика меха­нически соединен с подвижным узлом станка. Диск (ме­таллический) имеет радиальные прорези. При его вра­щении поток света от лампы 2, падающий на фотоэле­мент 3, периодически прерывается. Поэтому от фотоэле-

Рис. 15-14. Фотоэлектри- Рис. 15-15. Графики изменения скорости ческий датчик обратной подачи при работе станков с позицион- связи. ными и прямоугольными СЧПУ.

мёнта в систему управления поступают импульсы тока, которые и используются в качестве сигналов обратной связи.

В управляющем устройстве сист'ёмы есть -узел срав­нения, в котором сравнивается число заданных элемен­тарных шагов с числом фактически отработанных. Ког­да-заданное перемещение будет отработано, система вы­даст команду на останов исполнительному приводу.

Скорости и направления перемещений задаются от­дельными командами. Кроме того, обычно применяется снижение скорости цодачи при подходе.рабочего органа к заданной точке. На рис. 15-15 приведены графики ско­рости V в зависимости от перемещения х. Показан слу­чай, когда координата х_н начального положения рабо­чего органа меньше, чей заданного конечного положе­ния х_к. Привод включается в точке х_и. Он разгоняется до заданной скорости о_р, затем следует движение с этой скоростью; за Ал^я^Ю мм до конечного заданного по­ложения скорость снижается до значения а затем за Ах₂ — до «ползучей» скорости у₂. Величину о₂ подбира­ют экспериментально при наладке станка так, чтобы по­грешность за счет тормозного пути Ах_т не превышала допустимую.

В разомкнутых позиционных и прямоугольных СЧПУ используются шаговые двигатели. Здесь управляющее устройство имеет счетчик, который считает импульсы, подаваемые на- двигатель. Когда счетчик переполняется (т.е. отсчитано заданное число импульсов), подача им­пульсов прекращается, и двигатель останавливается.

Системы числового программного управления изго­товляют на специализированных заводах. Конструктив­но они выполняются из уни­фицированных узлов в виде д Д отдельных пультов управле- ⁰ ния. В позиционных систе­мах наибольшее распростра­нение получили пульты уп­равления «Координата С-70» (рис. 15-16)—для сверлильных станков, «Ко­ордината Р-69» — для ко- ординатно-расточных стан­ков, «Размер 2М» — для тяжелых станков и др.

Пульты управления кон­турных систем для токар­ных, фрезерных' и ряда других станков разделяются на две группы: 1) без встро­енного интерполятора с де­кодированной программой на магнитной ленте — например пульт «Контур 4МИ» для станков с шаговыми двигателями ШД-4; 2) со встроенным интерполятором и кодированной программой на перфоленте — например: пульт «Контур ЗП» для станков с шаговыми двигателями ШД-4; пульт Н332 для станков со следящим приводом, выполненный на элементах «Урал-10» и интегральных схемах «Логика-2»; пульт Н551 на интегральных схемах (по принципу спе­циализированной вычислительной машины), предназ­наченный для станков с шаговыми двигателями ШД-5 и др. '

15-5. МНОГООПЕРАЦИОННЫЕ СТАНКИ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Рис. 15-16. Пульт управления СЧПУ.

В последние годы все большее распространение по­лучают станки с автоматизированной сменой инструмен­

та— многооперационные станки (обрабаты­вающие центры). Сменой инструмента управляет СЧПУ по соответствующей рабочей программе.

Подобные станки выполняются с револьверными головками либо с инструментальными ма-

Рис. 15-17. Инструментальная револьверная головка многоопераци­онного станка.

газинами. На рис. 15-17 показан узел многоопераци­онного станка для токарной и фрезерно-сверлильной об­работки деталей типа тел вращения. Обрабатываемая деталь закрепляется в шпинделе 3. Две револьверные головки с инструментами для токарной обработки (го­ловка 2) и фрезерно-сверлильной обработки (головка 5) расположены на шниндельной бабке 4, которая может поворачиваться на 360° вокруг вертикальной оси. Бабка 4 установлена на е^ле 1, обеспечивающем движение продольной и поперечной подачи.

Станки с инструментальными магазинами оснащают­ся автооператорами, при помощи которых нужный инст­

румент извлекается из магазина и устанавливается в ра-. бочее положение в шпинделе станка, а ранее использо­ванный инструмент возвращается ^! на свое место в магазине.

Качественно новым решением в автоматизации про­цессов металлообработки явилось создание машин ново­го технологического класса — универсальных автоном­ных манипуляторов с программным управлением — п р о- мышленных роботов.

Промышленный робот представляет собой механи­ческую руку, т. е. техническое устройство, предназначен­ное для автоматического воспроизведения двигательных функций верхней конечности человека. Промышленные роботы могут иметь до десяти степеней свободы и спо-

еобны осуществлять большое число операций по захва­ту, перемещению и установке деталей. Роботы могут быть выполнены как стационарными, так и подвижными. Ис­полнительным элементом робота является захват. У под­вижных роботов в исполнительную часть входит также механизм перемещения робота. Все подвижные элемен­ты робота снабжены отдельными приводами (электри­ческими, гидравлическими, пневматическими). Управле-

.2 5

а) ^

Рис, 15-19. Компоновки участков с роботами.

□ □□□□

ние движениями робота осуществляется от систем-ьгцик- лового или числового программного управления.,

Применение промышленных роботов позволяет за­менить ими производственных рабочих на циклически' повторяющихся тяжелых и однообразных операциях, стимулирует переход на прогрессивные методы поточного производства и создает предпосылки для коренного ре; ' шения проблем автоматизации как отдельных производ­ственных операций, так и производства в целом.

На рис. 15-18 схематически изображен один из вари- 'антов стационарного промышленного робота. На непод­вижном ~ основании /установлен стол 2 со стойкой 3. Стол может поворачиваться вокруг оси 0-0. По стойке перемещается вдоль оси 0-0 каретка 4, несущая руку робота 5. В свою очередь, рука может двигаться по ка­ретке вдоль оси 01-01. Кисть 6 руки с захватом 7 пово­рачивается относительно самой руки в двух направлени­ях: вокруг осей 0г01 и 02-02. Открытие и закрытие захвата обеспечивается путем перемещения его подвиж­ных, губок. Таким образом, не считая перемещения губок захвата, показанный на рисунке робот имеет пять степе­ней свободы.

На рис. 15-19 показаны возможные компоновки стан­ков 2 с роботом 1 и накопителями 3. Стационарный ро­бот можно поставить для обслуживания' одного (рис. 15-19, а) или нескольких станков (рис. 15-19,6), под­вижной робот может перемещаться вдоль фронта стан­ков (рис. 15-19,в). Во всех этих случаях реализуется участок, на котором полностью автоматизированы все основные и вспомогательные операции. Свяйав подобно­го рода участки системами транспортировки деталей, можно получить автоматические линии и цеха.

Промышленные роботы применяют также в кузнечно- прессовом производстве, в литейных цехах, в электросва­рочных, гальванических и окрасочных установках, в сборочных цехах и т. д. .

Глава шестнадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН

16-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН

Основной недостаток обработки металлов резанием состоит в том, что значительное количество металла ухо­дит в стружку. При обработке металлов давлением (ков­ке, горячей и холодной штамповке, прессовании, прокат­ке, волочении, гибке) снижаются отходы металла, улуч­шаются механические свойства обрабатываемых деталей, повышается производительность. Обработка _ метал­лов и материалов давлением производится как в горя­чем, так и в холодном состоянии. Особенно экономичен второй способ, поскольку при этом исключаются затраты на предварительный подогрев металла, .сокращается время обработки, отсутствуют потери на угар металла.

Все кузнечно-прессовые машины разделяются на не­сколько основных групп: молоты, прессы, кривошипные машины, кузкечно-штамповочные автоматы для горячей и холодной высадки.

Молоты. Кузнечные молоты предназначены для де­формации металла ударами падающих частей. На моло­тах выполняются все технологические операции свобод­ной ковки (осадка, вытяжка, прошивка, рубка и т. д.), а также горячей штамповки. Наибольшее распростране­ние получили механические молоты с электрическим при­водом, применяемые главным образом в массовом про­изводстве, когда требуется изготовление большого коли­чества мелких несложных деталей.

В механических молотах ударное действие осущест­вляется с помощью фрикционного или кривошипного ме­ханизма, приводимого в движение электродвигателем. Соответственно различают два вида механических моло­тов: фрикционные и кривошипные.

В промышленности находят применение фрикционные молоты с так называемой доской, на конце которой за­крепляется ударная баба. Вертикальные возвратно-по­ступательные движения доске сообщаются фрикционным механизмом, который при включении двигателя молота Поднимает ее вверх. При отключении двигателя в верх­ней точке подъема доска освобождается, и баба подает вниз, нанося удар по заготовке. Такие молоты изготов­ляются с массой падающих частей 200—3000 кг и Широ­ко применяются для горячей штамповки.

В кривошипных молотах между кривошипно-шатун- ным механизмом электропривода и механизмом молота помещается эластичное устройство в виде рессор, пру­жин или резиновых буферов. Кривошипные молоты при­меняются для свободной ковки мелких изделий, когда требуется большое количество легких ударов, следующих непрерывно один за другим. Масса падающих частей та­ких молотов колеблется от 25 до 250 кг, частота ударов 200—500 в минуту.

Прессы. Отличие прессов от молотов заключается в том, что деформация металла на прессах производится постепенным давлением, а не ударом, поэтому не требу­ется больших и сложных фундаментов, исключаются,со­трясения грунта и зданий. На прессах выполняются опе­рации свободной ковки, горячей и холодной штамповки. Прессы разделяют на два основных вида: гидравличес­кие, в которых используется в качестве рабочей жидкос­ти вода под давлением до 20—30 МПа, а в тяжелых прес­сах — до 50—60 МПа, и механические с электроприво­дом.

В механических прессах движение от двигателя к пол­зуну передается кривошипно-шатунным механизмом, эк­сцентриками, фрикционной или реечной передачей и т. п. На рис. 16-1 изображена кинематическая схема ковочно-

■штамповочного кривошипного пресса. От электродвига­теля / через клиноременную передачу 2 (ее ведомый шкив 10 является маховиком), шестерни 3, 4 и дисковую, муфту 5 получает вращение кривошипный вал 6, кото­рый при помощи шатуна 7 сообщает ползуну 8 верти­кальное перемещение. К ползуну крепится верхний

Рис. 16-2. Устройство фрикци­онного пресса.

штамп, а к столу пресса —нижний штамп. Кривошипный вал приходит в движение только тогда, когда включена фрикционная муфта 5 с пневматическим нажимом. Тор­моз 9 служит для остановки кривошипного вала после отключения муфты.

Рис. 16-1. Кинематическая схе­ма механического кривошипно­го ковочно-штамповочного прес­са.

впг ы ~<о

ВП1

3м1 „

□г^-АЛЛ^

7

1

X

И

77777777777777

77777%

На рис. 16-2 показана упрощенная кинематическая схема фрикционного пресса. Двигатель 1 через клиноре­менную передачу 2 непрерывно вращает два диска 3 и 4, которые попеременно прижимаются к маховику 5, си­дящему на вертикальном винте 6, связанном с ползуном

7. -Перемещение . дисков производится пневмосистемой, управление которой осуществляется электромагнитами Эм1 и Эм2. При включении электромагнита Эм1 к махо­вику прижимается диск 3, и ползун движется вниз; ког­да сработает Эм2, то диском 4 маховик будет вращать­ся в обратную сторону, и ползун станет перемещаться

вверх.

Механические прес­сы — один из самых рас­пространенных и прогрес­сивных кузнечно-прессо- вых^; машин. В настоящее время изготовляются раз­нообразные кривошип­ные прессы с усилием 60—80 000 кН и числом ходов ползуна до 90 в минуту, винтовые фрик­ционные прессы с усили­ем до 6000 кН и др. На механических прессах выполняется холодная (листовая) и горячая (объемная) штамцовка, чеканка, выдавливание и мно­гие другие операции. Штамповка на механических прес­сах имеет ряд преимуществ по сравнению со штампов­кой на молотах: более высокая производительность, большая точность штамповки, меньший удельный рас­ход электроэнергии.

В штамповочных цехах электромашиностроительных заводов для изготовления деталей электрических машин методом холодной штамповки применяются механичес­кие кривошипные прессы. В массовом производстве электродвигателей для штамповки листов сердечников статоров и роторов применяются специальные листо- штамповочные пресс-автоматы с нижним приводом.

На рис. 16-3 показано устройство такого пресса. От двигателя 1 через вариатор 2 и ременную передачу 3 вращение сообщается маховику 4 и кривошипному валу 5, расположенному в нижней части пресса. Кривошипы вала через цилиндрические колонки 7 сообщают возврат­но-поступательное движение верхней траверсе 8, на ко­торой крепится верхняя половина штампа. Нижнюю по­ловину устанавливают на столе 9, Стальная полоса пе«

ремещается с помощью связанной с кривошипным валом валковой передачи, состоящей из подающих 10 и прием­ных 6 валков. Перемещение полосы валками произво­дится при ходе траверсы вверх, а при ходе вниз валки неподвижны. Пресс-автоматы с нижним приводом обла­дают высокой производительностью, доступным располо­жением штампов и обеспечивают быструю переналадку для штамповки деталей разных размеров.

16-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН

Кузнечные молоты и прессовые машины работают в режиме резкопеременной ударной нагрузки, когда пери­оды пика момента чередуются с холостым ходом (рис. 16т4, а). Это обстоятельство является определяющим фактором для Еыбора мощности двигателя и типа элект­ропривода.

Главные электроприводы кузнечно-прессовых машин можно разделить на две группы: электроприводы меха­нических кузнечно-прессовых машин, имеющих махови-" ки (кривошипные прессы, ковочные "машины и др.), и электроприводы механических . кузнечно-прессовых ма­шин без маховиков (реечные прессы, правильные и от­резные машины и др.).

В зависимости от характера обработки, а также ма­териала, величины, формы и температуры заготовки при­ходится изменять скорость деформации. Для проведения наладочных работ необходимо перемещать рабочий ор­ган вхолостую с малой скоррстью. Все это может быть обеспечено изменением скорости.главного привода куз- ■ нечно-прессовой машины. В настоящее время в приво­дах таких машин применяются все существующие виды механического и электрического регулирования скорости в диапазоне до 4 : 1, включая коробки скоростей, меха­нические вариаторы, асинхронные двигатели с переклю­чением полюсов и бесступенчатое регулирование посред­ством изменения угловой скорости двигателей постоян- ного.-тока.

Основным .типом электропривода для большинства кузнечно-прессовых машин является привод от асин­хронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ро­тором, преимущественно в закрытом обдуваемом испол­нении. В настоящее время для кузнечно-прессовых ма- "шин разрабатываются и внедряются различные приводы

переменного тока с плавным регулированием скорости. К ним относятся приводы от трехфазных асинхронных двигателей с частотным и импульсным управлением, т. е. с регулированием угловой скорости двигателей из­менением частоты питающего двигатель тока или изме­нением подводимого к двигателю напряжения.

Рис. 16-4. Нагрузочные графики маховикового привода (а) и харак­теристики двигателя с контакторным регулятором скольжения (б).

.Другим видом плавно регулируемого электропривода переменного тока для кузнечно-прессовых машин явля­ется привод с асинхронной электромагнитной муфтой скольжения (ЭМС) в комплекте с нерегулируемым дви­гателем переменного тока^I.

В настоящее время выпускаются электромагнитные муфты мощностью до 1000 кВт и больше, в том числе муфты, совмещенные с регулятором, с электромагнитным тормозом,, с приводным электродвигателем. Созданы об­разцы прессов с муфтами скольжения на усилия 1000 Н и выше. В вытяжных прессах, например, система приво­да с электромагнитной муфтой скольжения и электромаг­нитным тормозом позволяет простым способом — управ­лением током возбуждения муфты и тормоза — плавно изменять скорость ползуна пресса за один ход в преде­лах от максимальной до почти нулевой.

Регулируемые приводы постоянного тока применяют­ся в некоторых листоштамповочных прессах и автоматах, станках для накатки шестерен и др. Якорь двигателя в таких приводах удобно питать от силового кремниевого выпрямителя, а угловую скорость — регулировать изме­нением магнитного потока.

Регулируемый электропривод безусловно необходим для тех кузнечно-прессовых машин, в которых изменение скорости требуется по условиям технологического про­цесса (глубокая вытяжка, накатка, правка и др.). Ра­циональный тип регулируемого привода здесь выбира­ется в результате' технико-экономического сравнения возможных вариантов на переменном и постоян­ном токе.

Электродвигатели кузнечно-прессовых машин работа­ют в продолжительном, повторно-кратковременном и кратковременном режимах. Для приводов безмаховико­вых машин выбор мощности двигателей производится методами эквивалентных величин (момента или мощнос­ти) по нагрузочным диаграммам. Специфичным оказы­вается выбор мощности двигателей для механических кузнечно-прессовых машин, у котврых характерным ре­жимом является перемежающийся режим 86 с ударны­ми кратковременными нагрузками- (механические прес­сы, горизонтально-ковочные машины и др.).

Для выравнивания нагрузки, приходящейся на элект­родвигатель, в системе привода механических кузнечно- прессовых машин искусственно увеличивают момент инерции путем установки маховика, который обычно рас­полагается на быстроходном валу привода. В периоды снижения нагрузки и холостых ходов электродвигатель работает на маховик, в котором запасается кинетическая энергия. В периоды пиков нагрузки угловая скорость двигателя, имеющего смягченную механическую харак­теристику, несколько снижается и часть нагрузки покры­вается за счет энергии маховика (рис. 16-4, а). Ударная пиковая нагрузка, вызывая рост момента и тока дви­гателя, приводит к увеличению потерь в двигателе и се­ти. Выравнивание графика нагрузки двигателя способст­вует снижению этих потерь, поскольку средний квадра­тичный ток двигателя в этом случае меньше среднего квадратичного тока для графика с пиками нагрузки. В результате при наличии маховика двигатель может быть выбран с меньшей (в 6—10 раз) номинальной мощ­ностью и меньшим перегрузочным моментом, чем в сис­теме привода без маховика.

■ При определении момента инерции маховика исхо­дят обычно из максимального падения угловой скорости на 15—30% при пике нагрузки. Распределение работы удара нагрузки между двигателем и дополнительными маховыми массами зависит от выбранного наклона ме­ханической характеристики, т. е. от того, насколько сни­жается угловая скорость у двигателя при пике нагрузки (подробнее см. [25]).

В качестве электродвигателей с мягкой механической характеристикой для маховиковых приводов при мощ­ностях более 50 кВт, а также при необходимом скольже­нии более 12% или тяжелых условиях пуска, применяют асинхронные двигатели с фазным ротором и добавочным сопротивлением в цепи ротора. Однако при постоянно включенном в роторной цепи сопротивлении увеличива­ются потери энергии, кроме т.ого, использование инер­ционных масс и выравнивание графика нагрузки полу­чается неудовлетворительным. Для устранения этих не­достатков были созданы маховиковые электроприводы с автоматическими контакторными регуляторами сколь­жения, представляющими собою набор дополнительных резисторов, включаемых в ротор асинхронного двигате­ля с помощью контакторов в функции тока статора (или ротора).

Работа контакторного регулятора скольжения иллю­стрируется механическими характеристиками асинхрон­ного двигателя (рис. 16-4,5). До определенного значе­ния момента нагрузки, равного кМ_пом, где к> 1, двига­тель работает на естественной характеристике. При по­вышении момента нагрузки сверх указанного значения двигатель будет переходить с одной реостатной харак­теристики на другую, обеспечивая колебания момента в заданных пределах (близких к кМ_пом). При сбросе на­грузки угловая скорость двигателя будет возрастать по мере выведения сопротивления в роторе. •

Исследования электроприводов кузнечно-прессовых машин показали, что у многих прессов двигатель боль­ше загружен при пуске, а не при нормальной работе, которая совершается главным образом за счет маховых масс. Поэтому часто решающим фактором выбора при­водных электродвигателей прессов является именно ус­ловие пуска, т. е. первоначального разгона маховика, а не установившийся режим работы. При тяжелых ус­ловиях пуска необходимо обеспечить достаточно высокий начальный момент и возможность ускоренного (форсиро­

ванного) пуска электропривода для уменьшения^Лего теп­ловой перегрузки (подробнее см. [23]).

При наличии графика нагрузки Мс=/.(0 механиз­ма, работающего с ударной нагрузкой (рис. 16-5, а), и известном значении работы А, совершаемой за один удар (ход), мощность двигателя можно определить по сред­нему статическому моменту следующим образом. .

Подсчитывают максимальный момент (пик нагрузки) на валу двигателя

М_г=тО_рас<Л), (16.1)

где м_Касч — расчетная угловая скорость при ударе, рад/с; 1\ — продолжительность удара, с.

.Определяют среднее значение момента, Н-м,

где М₀ и ^о — момент и время холостого хода механиз­ма (см. рис. 16-5, а).

Подсчитывают среднюю расчетную мощность двига­теля, кВт,

Ср.расч = расч «_расч/Ю00. (16-3)

Мощность двигателя, кВт, с учетом коэффициента за­паса к₃ = 1,1-^1,3

^дв.ном^^з ^ср.расч- (¹⁶"⁴)

Далее, выбранный двигатель следует проверить по перегрузке

' _ ' М₁<0,85?._мМ_ном. (16-5)

Для электродвигателей кузнечно-прессовых машин определяющим фактором их пригодности к работе по за­данному графику нагрузки является проверка двигате­ля на динамическую устойчивость при перегрузке по рас­четным кривым (рис. 16-5,6). При этом возможны сле­дующие характерные случаи такой проверки, когда заданы номинальные данные устанавливаемого на меха­низме электродвигателя (

^А НОМ» Я-КОМ* ^иом» Я_м и /_р):

1. Задан граф.ик н а г р уз к и (рис. 16-5, а), где М₀ — момент холостого хода; М\— момент пиковой на­грузки; — суммарный момент инерции двигателя и механизма. Требуется найти допустимую продолжитель­ность пика нагрузки 1.

Для этого определяют:

а) номинальный и критический моменты, Н-м,

М_нои =ь 9550 (Р_нсм//г_ном) и М_К = К_м М_ном;

б) электромеханическую постоянную двигателя на линейном участке характеристики М=[(со), с

в) величины относительных нарузок, отнесенных кМк,

[X = М_Х!М_К и и₀ = М₀1М_К.

По одной из кривых т_к==/(ц) (рис. 16-5,6), соответ­ствующей найденному значению р,о, находят т_к — отно­сительное критическое время^I

^тк ⁼ ат_п — И (2 Т_эм),

где Г_К«2Г_ЭМ — электромеханическая постоянная на кри­волинейной части рабочего участка механической харак­теристики двигателя.

Допустимая продолжительность пика нагрузки для заданного двигателя

/ — 2т Т

Для правильно выбранного двигателя должно выпол­няться условие где 1\ — действительная продол­жительность пика нагрузки.

Заданы величины /₂, продолжитель­ность пика-нагрузки/|, а также М₀. Требуется найти допустимую перегрузку двигателя в течение вре­мени 1\.

В отом случае определяем .Мном, -М_к, ц₀—М₀/ М_к и находим Тк=//2Г_Эм. Затем по величине т_к, поль­зуясь графиками на рис. 16-5, б, по кривой для найден­ного значения ]Ыо, находим (л=Л1₁д/Л1_к (относительный допустимый пик момента). Тогда допустимый момент пе­регрузки будет равен М\_л=\хМ_к. Для правильно вы­бранного двигателя должно выполняться условие М_1д> >УИь где М_х — требуемый пиковый момент нагрузки.

Задан график нагрузки и продолжи­тельность пика нагрузки 1\. Требуется найти суммарную величину обеспечивающую устойчивость работы привода, кг-м²:

" 2 т_к п_с %

где хк=}(\х) определено по рис. 16-5,6 для подсчитан­ных значений р, и

Асинхронные короткозамкнутые двигатели для при­вода кузнечно-прессовых машин выбирают так, чтобы обеспечить наилучшее выравнивание графика нагрузки, наименьшие потери в двигателе, а также наименьший расход электроэнергии, за цикл работы. Эти условия обеспечиваются при установке на таких машинах дви­гателей с номинальным скольжением 10—15%Ч В соот­ветствии с этим для указанных механизмов электротех­ническая промышленность выпускает специальные асин­хронные двигатели с повышенным скольжением типа 4АС: закрытые обдуваемые, мощностью 1,2—63 кВт с номинальным скольжением 7—15%, для работы в про­должительном и повторно-кратковременном (ПВ = — 40%) режимах.

Пример 16-1. Определить мощность двигателя для привода прес­са, совершающего за один ход работу А = 60 кДж. Число ходов пресса в минуту равно 20, продолжительность удара /1 = 1 с, момент холостого хода пресса М_с<о = 42 Н.\М; расчетная угловая скорость двигателя ш_Раоч= 145 рад/с. •

Решение. Продолжительность цикла при 20 ударах # минуту <_ц = 60:20 = 3 с.

Продолжительность холостого хода

= (_ц — ^ = 3 — 1 = 2 с.

Максимальный момент пресса при ударе

М_г — А/(сор_асч == 60- Ю³/(145-1) = 414 Н-м.

Средний момент нагрузки за цикл по уравнению (16-2)

(42/414) (2/1-+1) ■ ¹⁼⁴¹⁴ = ^166Н"^М- ,

Средняя расчетная мощность двигателя

^дв.ср = Л1_С|Ср Мраоч/ЮОО = 165' 145- Ю^-3 = 24,1 кВт.

Выбираем по каталогу электродвигатель с повышенным' сколь­жением типа 4АС200М4: Я._ром = 31,5 кВт; л_ЯОм=1410 об/мин; сколь­жение 5ном=6,0%; перегрузочная способность Х_м=2,2.

Проверяем выбранный двигатель.по перегрузочной способности

Л*к = Ям -Мной = 2,2-31 500/147 = 471>М₁=414 Н-м.

16-3. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ

МАШИН

Электроавтоматика кузнечно-прессовых машин до последнего времени развивалась- главным образом на ос~ нове применения релейно-контактнЫх схем, особенно с управлением в функции пути. Но сейчас начинают вне­дряться промышленные образцы машин с использовани­ем для управления их работой электромагнитных муфт, магнитных усилителей, индуктивных, полупроводнико­вых и радиоактивных датчиков, замкнутых систем авто­матического управления, в которых все более широкое применение получают бесконтактные устройства дис­кретного действия :— бесконтактные логические элемен­ты, срок службы которых во много раз больше, чем у релейно-контактных.

Характерными особенностями управления кузнечно- прессовыми машинами являются следующие: 1). обеспе­чение заданного режима движения ползуна (или другого основного рабочего органа), обеспечивающего требуемое качество изделий и производительность машины; 2) осу­ществление точного взаимодействия ползуна со вспомо­гательными механизмами (автоматическими подачами, загрузчиками, выталкивателями) и Немедленное отклю­чение машины- при нарушении указанного взаимодейст­вия, поскольку это может привести к авариям и травма­тизму. Особое внимание уделяется обеспечению безопас­ности работы оператора. Например, в схемах управления некоторыми кузнечно-прессовыми машинами при пуске предусматривается обязательное нажатие оператором двух кнопок обеими руками одновременно, с тем чтобы исключить случайное попадание рук в рабочую зону |(зону удара или сдавливания). Применяются также фотоэлементы, посредством которых машина отключа­ется, если в ее рабочую зону попадают посторонние предметы или рука оператора.

В качестве примера рассмотрим электрическую схе­му кривошипного ковочно-штамповочного пресса (рис. 16-6). Управление прессом может производиться как от кнопок, так и от ножной педали. Для выбора режима управления служит универсальный переключатель УП, имеющий контакты УЦ-1—УП-4. Предположим, что рукоятка этого переключателя поставлена в левое поло­жение (кнопки), т. е. замкнут контакт УП-1. Тогда при включении вводного выключателя В В подается напря­жение на главные цепи и цепи управления, включается промежуточное реле РП2 через замкнутые размыкаю­щие контакты кнопок хода ползуна КнХ1, КнХ2 и про­межуточного реле РПЗ. Контакт РП2 в цепи замыкаю­щих контактов кнопок КнХ1 и КнХ2 замыкается; другой

контакт РП2 в цепи контакта путевого командоаппара- та В К А! обеспечивает самопитание реле РГ12.

При нажатии кнопки КнП в зависимости от положе­ния переключателя режима работы пресса ПР срабаты­вает контактор КЛ1 или КЛ2 и включает двигатель Д |(основным направлением вращения Д является то, ко-

~380в

1

гТ1

\ \ ^

/7р2

I) ш Ш"р> рпл \

3м1

ргг

КНС

сЗГр

КнП

КЛ1 КЛ2

УП-1 ₉

ТрГ

ПР-1

■О-

Ц

ПР-2 "Я²

-о- 0-

УП-2

"1 кнх

КЛ2 РТ1

КЛ1 РТ2

РПГ КНХ2

ю

РТ2

КнХ1 ₉ НП2 РПЗ

РПЗ

КнК1 КнХ2

. — II II —* _

Рис. 16-6. Электрическая схема кривошипного ковочно-штамповочно- го пресса.

РП2

ф

торое получается при включении контактора КЛ1; про­тивоположное направление вращения бывает необходи­мо в некоторых случаях работы пресса). После нажатия кнопок КнХ1 и КнХ2 срабатывает промежуточное реле РП1 и своими замыкающими контактами включает элек­тромагниты Эм1 и Эм2, которые осуществляют отторма- живание коленчатого вала пресса и включение фрикци­онной муфты с пневматическим управлением. Если кноп-

ки КнХ1 и КнХ2 остаются нажатыми, то ползун пресса будет двигаться вниз. Когда он достигнет крайнего ниж­него положения, замыкается и остается замкнутым в те­чение всего хода ползуна вверх контакт командоаппа- рата ВКА2. Таким образом, питание катушки реле РП1 сохраняется, хотя в нижнем положении ползуна контакт ВКА1 командоаппарата разомкнулся, в результате.чего отключилась цепь самоблокировки реле РП2. Движение ползуна вверх происходит уже независимо от того, на­жаты кнопки КнХ1 и КнХ2 или нет. В крайнем верхнем положении ползуна размыкается щнтакт ВКА2 коман­доаппарата, реле РП1 отключается, обмотки электро­магнитов Эм1 и Эм2 обесточиваются и ползун останав­ливается. При этом контакт ВКА1 замыкается. Для осу­ществления следующего хода пресса нужно вновь на­жать кнопки КнХ1 и КнХ2.

Если рукоятка универсального переключателя УП поставлена в правое положение {педаль), то замкнуты контакты УП-1 и.УП'З. При этом включено промежуточ­ное реле РПЗ, размыкающие контакты которого выво­дят из работы цепи кнопок КнХ1 и КнХ2, а замыкающие контакты подключают цепи контактов педали НП2. Эти контакты действуют аналогично кнопкам КнХ1 и КнХ2. При нажиме педали также произойдет только один ход пресса, и для совершения нового хода нужно по оконча­нии предыдущего хода отпустить педаль и опять на­жать ее.

При установке рукоятки универсального переключа­теля в среднее положение (наладка) контакт УП~1 ра­зомкнётся, а контакт УП-2 закоротит замыкающие кон­такты реле РП2 и кнопки КнХ1. Движение ползуна будет происходить только при нажатой кнопке КнХ2.

В схеме предусмотрены сигнальные лампы ЛС1— ЛС4, которые включены на напряжение 12 В. Когда управление прессом производится с помощью кнопок, горит лампа ЛС1, включенная последовательно с раз­мыкающим контактом РПЗ. Лампа ЛС2 включена через замыкающий контакт РПЗ и горит при управлении от педали. При наладочном режиме замкнут контакт У1Р4, поэтому горит лампа ЛСЗ. О наличии напряжения в се­ти указывает лампа ЛС4. Переносная осветительная лампа ЛО присоединяется посредством штепсельной ро­зетки.

На рис. 16-7 представлена принципиальная схема уп­равления фрикционным прессом. Переключатель ПУ обеспечивает два режима работы пресса — одиноч­ными и непрерывными ходами. Пусть ПУ поставлен в правое положение (Один). При нажатии кнопки КнП включается контактор • КЛ и двигатель Д

начинает вращаться. Если теперь нажать кнопку КнВ, то контактор КВ включит электромагнит Эм1 и ползун будет перемещаться вниз (см, рис. 16-2). В конце хода нажимается путевой выключатель ВП1, который отклю­чает электромагнит Эм1, и диск перестает прижиматься к маховику. Замыкающий контакт ВП1 включает реле времени РВ, уставка которого подбирается такой, чтобы маховик успел остановиться. После срабатывания реле РВ получает питание катушка контактора КН. При этом включается электромагнит Эм2, к маховику прижима­ется второй диск и начинается подъем ползуна пресса. В конце подъема срабатывает путевой , переключатель ВП2, теряет питание контактор КН и движение ползуна прекращается, электромагнит Эм2 отключается. При замкнутом контакте ПУ пресс будет работать непрерыв­ными ходами. Пуск двигателя Д в обоих режимах рабо­ты осуществляется без нагрузки, так как при отключе­нии двигателя замыкающий контакт Кл размыкает цепи катушек контакторов КВ и КН.

Глава семнадцатая

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРОВ И ВЕНТИЛЯТОРОВ

17-1. НАЗНАЧЕНИЕ .И УСТРОЙСТВО КОМПРЕССОРОВ. И ВЕНТИЛЯТОРОВ

Компрессоры и вентиляторы относятся к группе ме­ханизмов, .получивших широкое распространение на всех промышленных предприятиях.

Компрессоры применяют для получения сжатого воз­духа или другого газа давлением свыше 4-Ю⁵ Па (4 кгс/ /см²) с целью Использования его энергии в приводах пневматических молотов и прессов, в пневматическом инстр$мецте, в устройствах пневмоавтоматики и т. д. Разновидностью компрессоров являются воздуходувки, служащие'для подачи воздуха или газов давлением от 1,Ь10⁵ до4-10⁵ Па. •

По принципу действия компрессоры делятся на цен­тробежные и; поршневые. Центробежные ком­прессоры по конструкции подразделяют на турбин­ные и ротационные. В турбинном компрессоре (рис. 17-1, в) ротор 1 с лопастями при вращении захва­тывает газ из впускного трубопровода 2 и выбрасыва- .ет его в выпускной трубопровод 3. Увеличение давления происходит за счет повышения скорости движения час­тиц газа и его сжатия между лОпастями и корпусом ком­прессора при эксцентричном расположении ротора..

В ротационном компрессоре (рис. 17-1,6) увеличе­ние давления осуществляется путем сжатия газа в ка­мерах, образуемых с помощью пластин 1, которые пере­мещаются под действием центробежных сил в направля- : ющих ротора 2 при его вращении И прижимаются к сте'н- ■ кам корпуса. Впускной вентиль 6 и выпускной вентиль 3 во время работы компрессора открыты. Для обеспече­ния работы компрессора при отсутствии потребления сжатого газа служит обходной трубопровод 4 с венти­лем 5.

Статическая мощность Р₂ на валу центробежных компрессоров изменяется пропорционально третьей сте­пени угловой скорости и (рис. 17-1, г), если отсутствует противодавление. Для этих механизмов характерны простота конструкции, надежность в эксплуатации и высокая производительность. Такие компрессоры при-

Рис. 17-1. Схемы компрессоров: центробежного (а), ротационного (б) и поршневого (в) типов. Графики зависимости мощности на валу механизмов центробежного типа от скорости (г) и поршневого типа от угла поворота кривошипа (д).

меняются для получения давлений до 6-10⁵ Па (турбин­ные) идо 15-10⁵ Па (ротационные).

В поршневом компрессоре (рис. 17-1, в) при вращении кривошипного вала 1 и движении поршня 2 вниз газ засасывается через открытый впускной кла­пан 3. При движении поршня вверх клапан'3 закрыва­ется, происходит сжатие воздуха, который; через выпуск­ной клапан 4 направляется к потребителям.

Поршневые компрессоры отличаются неравномернос­тью подачи газа. В компрессоре одинарного, действия подача газа производится толбко при ходе поршня вверх. В компрессоре двойного действия подача газа осущест­вляется при ходе поршня в обе стороны. Мгновенная мощность Р2 на валу таких механизмов изменяется по синусоидальному закону, в зависимости от угла поворота <р кривошипа (рис. 17-1, д). С целью сглаживания гра­фика Нагрузки на валу приводного двигателя устанав­ливают маховик. Для уменьшения колебаний давления у потребителя между ним и компрессором помещают ресивер (промежуточный герметичный резервуар — воз­духосборник). Поршневые компрессоры имеют более сложную конструкцию, чем центробежные, и применя­ются для получения давлений до 1000-10⁵ Па при от­носительно небольшой производительности.

Высокие давления газа могут быть получены только в многоступенчатых компрессорах, в которых газ сжима­ется последовательно в нескольких цилиндрах или ка­мерах. При сжатии газа в компрессорах выделяется большое количество тепла, которое обычно отводится с помощью проточной воды, проходящей через кожух ком­прессора. Благодаря охлаждению ^охраняется неизмен­ной температура сжимаемого газа и снижается мощ­ность приводного двигателя. Угловая"скорость рабочего вала компрессоров составляет у поршневых 30—75 рад/с, у ротационных 300 рад/с, у турбинных до 1200 рад/с.

Вентиляторы предназначены для вентиляции произ­водственных помещений, отсасывания газов, подачи воз-

Рис. 17-2. ..Схемы вентиляторов. а — центробежного типа; б — осевого типа.

духа или газа в камеры электропечей, в котельных и других установках. Вентиляторы создают перепад дав­ления (0,01— 0,1) -10⁵ Па.

По конструкции вентиляторы делятся на центробеж­ные и осевые. -Они выпускаются в нескольких .исполне­ниях в зависимости от направления выхода ■воздуха, (вверх, вниз, горизонтально и т. д.) и направления вра­щения. Рабочее колесо 1 центробежного вентилятора (рис. 17-2, а) вращается в кожухе 2. Воздух засасыва­ется через боковое отверстие 4 кожуха и выбрасывается через выходной раструб 3. Осевой вентилятор (рис. 17-2, б) имеет рабочее колесо с несколькими лопатками /, сходными по форме с лопатками воздушного или греб­ного винта. Колесо вращается электродвигателем 2, укрепленным внутри корпуса 3, и создается тяга (поток)' воздуха через раструб вентилятора.

Наибольшее распространение йа промышленных предприятиях получили центробежные вентиляторы. Они имеют такую же, как и центробежные компрессоры, за­висимость статической мощности на валу от скорости (Р₂=С(й³) (рис. 17-1, г), называемую вентиляторной ха­рактеристикой. Момент на валу вентилятора изменяется пропорционально квадрату скорости, а производитель­ность вентилятора пропорциональна угловой скорости в первой степени.

17-2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ КОМПРЕССОРОВ И ВЕНТИЛЯТОРОВ

Для механизмов данной группы типичен продолжи­тельный режцм работы, поэтому их электроприводы, как правило, нереверсивные с редкими пусками. В отличие от механизмов непрерывного транспорта компрессоры и вентиляторы имеют небольшие пусковые статические мо­менты - до 20—25% от номинального. В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены механизмы этой группы, они могут требо­вать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонении параметров воздуха (газа) от заданных значений, или же регулирования производительности в широких пределах.

Производительность компрессоров, вентиляторов и воздуходувок можно изменять тремя способами: изме­нением угловой скорости приводного двигателя, измене­нием сопротивления магистрали (трубопровода) с по­мощью задвижки, а также конструктивным изменением рабочих органов механизма в процессе регулирования (поворотные лопатки в вентиляторах и т.п.).

Для вентиляционных установок цеховых помещений и большинства поршневых компрессоров не требуется ре­гулирования угловой скорости приводных двигателей. Поэтому здесь применяют асинхронные двигатели с ко- роткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. При мощности более 50—100 кВт привод с синхронным дви­гателем обычно оказывается экономически выгоднее, чем привод с асинхронным двигателем. Хотя синхронные двигатели сложнее по устройству и дороже, чем асин­хронные, применение их целесообразно для одновремен­ного улучшения соз ф предприятия.

Поскольку поршневой компрессор при работе созда­ет на валу периодически изменяющийся момент сопро­тивления, это вызывает колебания ротора синхронного двигателя. Чтобы уменьшить -такие колебания и устра­нить возможность выпадания двигателя из синхронизма, для привода поршневых компрессоров применяют спе­циальные тихоходные синхронные двигатели («о до 26,2—31,4 рад/с) с большой перегрузочной способностью, повышенным моментом инерции ротора и большими зна­чениями входного (синхронизирующего) момента.

При достаточной мощности питающей сети произво­дится прямой пуск асинхронных и синхронных двигате­лей. В тех случаях, когда сеть не позволяет осуществить прямой пуск, применяют различные способы ограничения пускового тока, например пуск двигателя через авто­трансформатор или реакторы..

Если необходимо регулирование скорости механизмов с вентиляторным характером нагрузки на валу, напри­мер вентиляторов и дымососов котельных, то применя­ют асинхронные двигатели с фазным ротором, а также приводы с асинхронными двигателями с короткозамкну- тым ротором и дросселями в цепи статора или с элект­ромагнитной муфтой скольжения, устанавливаемой меж­ду двигателем и механизмом.

При выборе мощности двигателя для компрессоров и вентиляторов, как и для всех механизмов с продолжи­тельным режимом работы и постоянной нагрузкой, тре­буемую мощность двигателя- Р_дв находят по мощности

на валу механизма с учетом потерь в промежуточных ме­ханических передачах.

Мощность двигателя поршневого компрессора ■Рдв.к, кВт, определяется по приближенной формуле

^<17-'>

где — производительность (подача) компрессора, м³/с; Л=(Л_и+Л_а)/2—работа, Дж/м³, изотермического и адиабатического сжатия 1 м³ атмосферного воздуха давлением р1 = 1,01-10⁵ Па до требуемого давления р₂, Па; для давлений до 10-Ю⁵ Па значения А указаны ниже:

р₂, 10^Б Па » 3 4 5 6 7 8 9 10

А, Ю³ Дж/м³ ........ 132 164 190 213 230 245 260 272

г]_к — индикаторный КПД компрессора, учитывающий потери мощности при реальном процессе сжатия возду­ха и равный 0,6—0,8; г|_п — КПД механической передачи между компрессором и двигателем, его значения лежат в пределах 0,9—0,95; к_г — коэффициент запаса, равный 1,05—1,15 и учитывающий не поддающиеся расчету фак­торы.