Для облегчения кинематического расчета привода применяют гра(}юаналитический метод, основанный на последовательном гю-строении двух графиков: графика структуры (структурная сетка) и графика частот вращения. Графики строят в логарифмических координатах с расстоянием (интервалом) между соседними горизонталями, соответствующими определенным частотам ряда и, равным

Ig - ig fe = Ig ф = const. (12.17)

При этом все передаточные отношения и диапазоны регулирования в приводе, которые представляют собой целые степени знаменателя ф, определяются соответствующим количеством этих интервалов.

Последовательно расположенные валы привода условно изображают вертикальными линиями; лучи, соединяющие точки пересечения на вертикалях, соответствуют передаточным отношениям отдельных передач между соответствующими валами; число лучей, выходящих из одной точки - числу отдельных передач между валами, число точек на линии вала - числу различных ступеней ско-.рости на нем.

Структурную сетку строят в соответствии с выбранной формулой структуры привода и учитывают только валы групповых передач. В ней находит отражение относительная связь между передаточными отношениями в группах в соответствии с условием (12.15), поэтому лучи для каждой группы проводят симметрично, а количество интервалов между их концами численно равно характеристике группы, определяемой в соответствии с формулой структуры. На рис. 12.6, б приведены теоретически возможные структурные сетки для привода, изображенного на рис. 12.6, а в соответствии с конструктивным вариантом z = 3-2-2. Под каждым вариантом записана формула структуры, а над каждым полем, отведенным для соответствующей групповой передачи, записаны число передач и характеристика группы.

Общее число структурных вариантов для определенной конструктивной схемы равно числу перестановок из т групп, т. е. т\, но для

заданного числа групп т можно построить различных конструктивных вариантов, где q - число групп с одинаковым числом передач. Следовательно, общее число вариантов структур для привода, содержащего т групп, равно

(12.18)

т. е. для привода с г = 12, где m = 3, а = 2, общее число вариантов равно 18.

График частот вращения (рис. 12.6, в) строят в соответствии с разработанной с учетом служебного назначения станка кинематической схемой. Он отражает частоты вращения всех валов привода, включая валы одиночных передач, необходимых для его компоновки. Построение начинают с цепи редукции tmm. обеспечивающей сниже-

ние частоты вращения электродвигателя Пд до rii = Птш на шпинделе. Для дальнейшего построения используют структурную сетку. Передаточное отношение передачи определяется выражением ф*. где к, учитывая логарифмический характер графика, - число интервалов между горизонталями, перекрытых лучами, соединяющими отметки частот вращения на соседних валах. Для повышающей передачи k > О, для понижающей < О, для передачи с t = = I k = 0. При проведении лучей учитывают ограничения по предельно допустимым значениям передаточных отношений для зубчатых передач. Для прямозубых передач в приводе главного движения обычно принимают

(12.19)

t ,ax<2. (12.20)

Эти условия ограничивают допустимый диапазон регулирования групповой передачи, который с учетом соотношения (12.16) можно записать в виде

iRk)u,e. = 4 = Ф < 8. (12.21)

Последнее соотношение позволяет уже на стадии построения структурных сеток отбросить ряд непригодных вариантов. При выборе структуры и при построении графиков частот вращения следует учитывать, что размеры валов и модули зубчатых колес связаны с частотой вращения следующими зависимостями:

т - ,-

где Ci и Сг - соответствующие постоянные.

Поэтому для уменьшения габаритных размеров и массы привода желательно, чтобы большее число его элементов работало в области более высоких частот вращения. Этому соответствуют приводы, у которых число передач в группах уменьшается, а характеристика увеличивается вдоль цепи передач от электродвигателя к шпинделю. Кроме того, рекомендуется цепь редукции imm строить так, чтобы выполнялось условие

f(Pg)min t(p;,)niin f(p<.)min . (12.22)

Для уменьшения радиальных размеров передач, которые определяют размеры корпусных деталей привода, лучшим вариантом будет тот, у которого для каждой группы выдерживается соотношение max/tmin = 1- Для умбньшения числз взлов В приводе и зубчатых колес следует уменьшать число групп передач, которое получится минимальным, если

(12.23)

При выборе варианта привода необходимо учитывать также его КПД, возникающие при переходных процессах динамические на-

грузки, определяемые значением приведенного момента инерции вращающихся масс и длиной кинематических цепей. Во многих случаях это вынуждает прибегать к специальным структурам.

§ 3. ПРИВОД с БЕССТУПЕНЧАТЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ

Основные достоинства приводов с бесступенчатым регулированием - повышение производительности обработки за счег точной настройки оптимальной по режимам резания скорости, возможность плавного изменения скорости во время работы, простота автоматизации процесса переключения скоростей. Для бесступенчатого изменения скорости применяют иногда фрикционные вариаторы, чаще - регулируемые двигатели. Принцип действия фрикционного вариатора поясним на примере простейшей лобовой передачи. При смещении ролика вдоль образующей диска изменяется величина радиуса, что позволяет изменять передаточное отношение. Однако при передаче вращения в вариаторе неизбежно возникает проскальзывание, так как только в одной точке скорость на поверхности диска совпадает со скоростью на поверхности ролика. Вверх от этой точки скорости на диске выше, чем на ролике, а вниз - ниже. Наличие проскальзывания приводит к изменению передаточного отношения вариатора и к его изнашиванию.

Величина проскальзывания зависит от типа вариатора и увеличивается с увеличением передаточного отношения, поэтому для большинства типов механических вариаторов диапазон бесступенчатого регулирования Rr, = 4-6. Следует учитывать также, что с увеличением передаваемой мощности уменьшается надежность механических вариаторов, поэтому их применяют только в приводах малых и средних по размерам станков.

Для бесступенчатого регулирования скорости в основном применяют двигатели постоянного тока с тиристорнойсистемой управления. Эти двигатели все шире используют в станках с числовым управлением, большинство многооперационных станков оснащают такими двигателями. При дальнейшем уменьшении стоимости и габаритных размеров двигателей постоянного тока их применение будет расширяться.

В. этих двигателях диапазон регулирования скорости с постоянной мощностью пока лежит в пределах R = iRa)p = 2,5-н6 (иногда до 8-10), что не перекрывает всего требуемого диапазона регулирования на шпинделе с постоянной мощностью Rp (см. рис. 12.4). Частоты вращения при постоянном моменте (R) регулируют в очень широком диапазоне. Перспективным является применение бесколлекторных электродвигателей постоянного тока, что повышает их надежность.

В приводе главного движения применяют и регулируемые за счет изменения частоты тока асинхронные электродвигатели, у которых п - (1 - S), где / - частота тока; р - число пар полю-

сов; S - скольжение. Эти двигатели обладают высокой надежностью, жесткой характеристикой и обеспечивают регулирование с постоянной мощностью во всем диапазоне.

Так как диапазон бесступенчатого регулирования Ra механических вариаторов или диапазон (?д)p регулируемых двигателей значительно меньше требуемого диапазона регулирования частот вращения шпинделя Rn или Rp при системах комбинированного регулирования, между устройством для бесступенчатого регулирования и шпинделем вводят обычно ступенчатую коробку. При этом должно выполняться условие

Rn=-RoR., (12.24)

где Ru - диапазон регулирования коробки скоростей, т. е. коребку скоростей можно рассматривать как переборную группу, расширяющую диапазон регулирования привода, и в соответствии с условием (12.14) можно записать

Фк = ?к-1Ф = ?бф. (12.25)

С учетом того, что при бесступенчатом регулировании ф -> 1, необходимо, чтобы ф = R; следовательно, на основании (12.10)

ак - аб

(12.26)

окончательно

Rn = Rl\ (12.27)

что позволяет определить число ступеней коробки скоростей

(12.28)

, Ig или 7 gP

Т или 2 lg(;? )p

Вследствие переменного скольжения в электродвигателях, механических вариаторах, ременных передачах фактический диапазон регулирования бесступенчатого устройства может оказаться меньше Re, поэтому во избежание разрыва бесступенчатого ряда оборотов на шпинделе принимают обычно щ ~ (0,94-0,97) Rq.

Если коробка скоростей выполнена в виде одной группы передач, то, учитывая ограничение (12.21), для привода без перекрытия при 2к = 2 можно обеспечить диапазон регулирования Rn = Rh если /?б <: 8; при гк = 3 Rn = Rl если Rc <: 2,8 (если R >

> 2,8, то в приводе получается перекрытие скоростей и = 8Rq).

Привод с 2к = 4 = 2o-2i позволяет получить Rn = Re, если Re < 2,8 (при Rf, >2,8 получается перекрытие и = 8RI).

При вычислении г по формуле (12.28) и округлении его значения в большую сторону перекрытие скоростей получается автоматически. В качестве примера на рис. 12.7 изображены кинематическая схема, график частот вращения и диаграмма мощности привода с 2 = 3 при

- 60 ~ Р ~ ifin ~~ 1 Ro - iRa)p - innn = 3.

1000

в приводе получается перекрытие скоростей, так как 2 = . =; = 2,45 округлено в большую сторону до = 3.

В многооперационных станках с числовым управлением иногда сокращают число ступеней скорости, округляя в меньшую сторону, что приводит к небольшому разрыву в средней части диапазона

Рис. 12.7. Привод главного движения станка с регулируемым двигателем: а,- кинематическая схема; б - график частот вращения; в - диаграмма мощности

iMffff

г-идиапазон 1-йкаптн

ы т т 800 гшп,нин Ю

Рис. )2.8. Привод главного движения станка с регулируемым двигателем при уменьшенном числе передач в коробке (2ь =2):

о - график частот вращения; б - диаграмма мощности

регулирования. Если применен двигатель постоянного тока с двух-зонным регулированием, то в этом интервале возможно регулирование частоты при постоянном моменте. На рис. 12.8 приведены график частот вращения и диаграмма мощности привода, построенного для предыдущего примера при г = 2. Такой прием упрощает меха-204

Рис. 12.9. График частот вращения привода главного движения много-операционного станка

3000,

im\\\\\\v

w\v\\\\\v\>;v;Ba. im\\w\\\>v%4

r\\\\\V\\\\V KKvM.

\\\\\\\\\\\C%vK \\\\\\\\\\\vcc%%%%vi

Л\\\\\\\\\\- КОЮ№.1 1\\\\\\\\\\ЛЯЯЮС.1

3150 2800 2500 Z2M 2000 1800

1Ш 1250 1120

900 800 710 630 560 SM

JSS 31S 280 150

200 180

ническую часть привода, однако он возможен, если технологические операции, осуществляемые в средней части диапазона, не требуют полной мощности, либо их возможно осуществить на заниженных режимах обработки без существенного снижения производительности.

Следует учитывать, что в станках с числовым управлением при применении двигателей постоянного тока регулирование скоростей часто ведется не бесступенчато, а ступенчато с малымф (обычно Ф = 1,12, реже ф = 1,06). В этом случае упрощается управление приводом, а потеря экономически выгодной скорости незначительна. Широко применяют структуры с перебором, позволяющие расширить общий диапазон регулирования и получить другие преимущества, свойственные этой структуре.

На рис. 12.9 изображен график частот вращения привода главного движения многооперационного станка, кинематическая схема которого приведена на рис. 6.16.

§ 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ГЛАВНОГО ПРИВОДА

Приводы главного движения различают по виду приводного двигателя, способу переключения частот вращения и компоновке. Совершенствование двигателей постоянного и переменного тока с частным регулированием и систем их регулирования позволит полностью отказаться от механических коробок скоростей, выполнять шпиндельную бабку в виде отдельного унифицированного узла. Уже сейч1ас созданы электромеханические приводы главного движения в виде модуля с планетарным редуктором на две ступени (рис. 12.10). Другой особенностью новых электроприводов главного движения является дальнейшее развитие безредукторных электроме-