Особенности приводов главного движения

Привод главного движения в станках обладает рядом особенностей, отличающих его от приводов подач. Этими особенностями являются: повышенная мощность электродвигателей; необходимость использования всей мощности электродвигателя на любой заданной частоте вращения шпинделя станка; длительная работа при постоянной заданной частоте вращения; большие вращающиеся массы, во много раз превосходящие собственные моменты инерции двигателей.

Для приводов главного движения необходимо использовать максимальную мощность двигателя во всем диапазоне скоростей резания, поэтому неизбежными оказываются коробки передач. Если диапазон частот вращения шпинделя велик, коробки передач получаются сложными. Применение асинхронных электродвигателей с электрическим переключением скоростей (две-три, а иногда и четыре скорости) значительно упрощает коробки передач станков. Однако асинхронные электродвигатели с переключением скоростей обладают постоянным моментом на разных скоростях, что приводит к плохому использованию их на малых скоростях.

В связи с этим использование электродвигателей постоянного тока, частота вращения которых в достаточно широких пределах может регулироваться при постоянной мощности в непрерывном диапазоне скоростей за счет регулирования поля возбуждения путем его ослабления, оказывается более предпочтительным, так как значительно упрощает коробку передач, являющуюся самым сложным узлом станка. В этом случае коробка передач может иметь всего три-четыре ступени скорости, а иногда и две. При этом электродвигатель должен иметь возможность регулировать свою частоту вращения при постоянной мощности за счет ослабления магнитного поля в 3—4 раза. Так как электродвигатели главного движения обеспечивают постоянную заданную скорость, независимую от нагрузки, изменяющуюся в широких пределах, то они должны иметь высокую жесткость механических характеристик, которая может изменяться при ослаблении магнитного поля возбуждения, иначе возможна неустойчивая работа привода.

Естественные механические характеристики современных электроприводов при номинальном поле возбуждения обычно обладают достаточной жесткостью (падение частоты вращения при полной нагрузке не превышает 3—5 %), однако необходимость применения выпрямителей и ослабления поля приводит к значительному снижению жесткости механических характеристик электродвигателей, что и заставляет использовать обычную схему стабилизации скорости с тиристорными преобразователями и тахогенераторами.

Особенностью главных приводов помимо их больших мощностей по сравнению с приводами подач является их работа при значительно изменяющихся инерционных моментах нагрузки при переключении коробок передач, что создает определенные трудности при стабилизации таких приводов, замкнутых через тахогенератор. Эти трудности еще более возрастают при необходимости в некоторых случаях обеспечить ориентацию углового положения шпинделя с помощью электродвигателя в станках с автоматической сменой инструментов. Для этого производят замыкание электропривода через датчик углового положения (обычно типа ВТ), кинематически связанного напрямую со шпинделем станка. При этом необходимо коробку передач включать на определенную ступень, что усложняет этот метод ориентации, но он все же значительно проще и надежнее механической ориентации.

Можно применять главный привод в режиме следящего движения, используя его при нарезании резьбы резцом с помощью план-суппорта или фрезы. Этот метод нарезания резьбы используется в некоторых сериях станков. В силу больших инерционных нагрузок на электродвигатели главных приводов достаточно большой мощности требуется большее время разгона и торможения, чтобы избежать перегрузок электродвигателя по току. Для гарантии безопасного разгона и торможения применяют сложные схемы ограничения по току, обеспечивающие заданный закон разгона и торможения.

Система управления приводом главного движения для станков с ЧПУ часто оформляется в виде отдельного узла, включающего два тиристорных преобразователя: один мощный — для регулирования напряжения на якоре электродвигателя, другой маломощный — для регулирования напряжения возбуждения. Такой двух-зонный привод в настоящее время является типовым для обеспечения главного движения в станках разнообразных типов. Помимо двух тиристорных преобразователей этот узел управления содержит схему управления автоматизированной коробкой передач станка с необходимыми блокировками. Схема управления строится таким образом, что на вход этого узла необходимо подать только код скорости шпинделя из устройства ЧПУ: необходимые диапазон коробки передач и выходные напряжения обоих тиристорных преобразователей будут определены автоматически, и в устройство ЧПУ будет выдан сигнал о том, что данная скорость шпинделя достигнута и можно начать движение подачи.

В станках, имеющих регулируемые электроприводы главного движения, управляемые от тиристорных преобразователей, ориентация шпинделя может осуществляться в следящем режиме, для чего со шпинделем кинематически связывается какой-либо датчик углового положения, например, обычный ВТ. Такой метод ориентации значительно упрощает как электронную схему управления ориентацией, так и конструкцию шпиндельного узла. Кроме того, такой метод позволяет сравнительно просто организовать на станке нарезание резьбы путем перевода шпинделя в следящий режим, т. е. управляя им как обычной координатой от устройства ЧПУ. Это исключает необходимость применения специального импульсного датчика, соединенного со шпинделем, и организации в устройстве ЧПУ специального режима нарезания резьбы, основной задачей которого является обеспечение синхронизации устройства ЧПУ с импульсами, получаемыми от этого датчика. В большинстве станков с ЧПУ используют электроприводы серии ПКВТ, ЭТЗ, ЭТЗД, ЭТДР с двухзонным регулированием частоты вращения.