Разработка электромеханического привода подач прямолинейного движения с разомкнутой системой ЧПУ

Определение требуемого крутящего момента на валу шагового электродвигателя. Расчет винта на устойчивость по критической осевой силе. Кинематический расчет привода круговой подачи и деления. Выбор шагового электродвигателя. Расчет червячной передачи.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Задания на курсовое проектирование

2. Разработка электромеханического привода подач прямолинейного движения с ЧПУ

2.1 Устройство электромеханического привода подач прямолинейного движения с ЧПУ

2.2 Двигатели приводов подач станков с ЧПУ

2.3 Кинематический расчет привода подач прямолинейного движения с разомкнутой системой ЧПУ

2.4 Определение требуемого крутящего момента на валу шагового электродвигателя

2.5 Окончательный выбор шагового электродвигателя

2.6 Основные и присоединительные размеры винтов

2.7 Расчет винта на устойчивость по критической осевой силе

2.8 Проверка винта на прочность

2.9 Расчет ресурса передачи винт-гайка качения по динамической грузоподъёмности

2.10 Разработка опоры винта передачи винт-гайка качения

3. Разработка электромеханического привода круговой подачи с разомкнутой системой ЧПУ

3.1 Кинематическая схема привода круговой подачи с разомкнутой системой ЧПУ

3.2 Кинематический расчет привода круговой подачи и деления

3.3 Определение требуемого крутящего момента на валу шагового электродвигателя

3.4 Выбор шагового электродвигателя

3.5 Проектный расчет червячной передачи

3.6 Проверочный расчет червячной передачи

3.7 Проверка червяка на прочность и жесткость

Приложения

Литература

Введение

В настоящее время на металлорежущих станках широко применяют электромеханические приводы подач с ЧПУ.

Применение таких приводов подач обеспечивает значительное упрощение кинематических цепей, снижение стоимости приводов подач и увеличение точности подач.

1. Задания на курсовое проектирование

Данные для разработки электромеханического привода подач прямолинейного движения с разомкнутой системой ЧПУ.

Тяговое усилие привода подач Q=100...1000Н.

Длина винта 300...1000 мм.

Минимальная рабочая скорость 0,1...1,0 мм/мин.

Максимальная рабочая скорость 2,0...7,0 мм/мин.

Данные для разработки электромеханического привода круговой подачи с разомкнутой системой ЧПУ.

Момент на шпинделе бабки изделия 10...50 н.м.

Минимальная окружная скорость 0,1...1,0 мм/мин.

Максимальная окружная скорость 2,0...7,0 мм/мин.

Диаметр обрабатываемой детали 50...250 мм.

Объем графической работы:

1.Сборочный чертеж привода 1 лист А1,

2.Общий вид механизма подач 1 лист А1.

3.Рабочие чертежи не менее 3-х деталей.

2. Разработка электромеханического привода подач прямолинейного движения с ЧПУ

2.1 Устройство электромеханического привода подач прямолинейного движения с ЧПУ

Различают приводы подач с разомкнутой и замкнутой системой ЧПУ. Разомкнутые системы ЧПУ (рис. 2.1) строятся на основе силовых шаговых двигателей (ШД). Эти системы являются наиболее простыми, но в них из-за отсутствия контроля действительного положения рабочего органа станка (суппорта, шлифовальной бабки и др.) на точность перемещения будут влиять погрешности шагового двигателя, а также зазоры и упругие деформации кинематической цепи от двигателя до рабочего органа (зубчатой передачи, червячной передачи, пары винт-гайка и др.) Системами ЧПУ разомкнутого типа оснащена значительная часть малых станков. Основой привода является электрический шаговый двигатель 2. Он питается импульсами электрического тока, поступающими от устройства ЧПУ 1. Каждый импульс, поданный в обмотку статора, вызывает поворот ротора на небольшой определённый угол, называемый шагом. Через муфту 3, имеющую высокую крутильную жёсткость, момент крутящий передаётся на винт 4 передачи винт-гайка качения.

При вращении винта 4 каретка 6 перемещается вместе с закреплённой на ней гайкой 5 по направляющим качения 10. Для выбора зазора в передаче винт-гайка качения используются две гайки, которые смещают в осевом направлении одну относительно другой.

Силовой шаговый двигатель соединяется через муфту непосредственно с ходовым винтом станка или через муфту с редуктором зубчатым или червячным для снижения величины перемещения рабочего органа на один шаг двигателя.

В замкнутых системах ЧПУ производится косвенное измерение положения рабочего органа с помощью дискретного кругового датчика обратной связи (ДОС), установленного на ходовом винте. Данная система достаточно проста и удобна с точки зрения установки ДОС. При применении круговых ДОС, устанавливаемых на ходовом винте, высокие требования предъявляются к точностным характеристикам передачи винт-гайка (точность изготовления, жёсткость, отсутствие зазоров), которая в этом случае не охватывается обратной связью.

Рис. 2.1 Кинематическая схема электромеханического привода подач прямолинейного движения с разомкнутой системой ЧПУ

1- устройство ЧПУ; 2- шаговый двигатель; 3- муфта; 4- винт; 5- гайка качения; 6- каретка; 7- колонна; 8- шлифовальная бабка; 9- шлифовальный круг; 10- направляющие качения; 11- опора винта



Рис. 2.2 Кинематическая схема электромеханического привода подач прямолинейного движения с замкнутой системой ЧПУ

1- устройство ЧПУ; 2- двигатель постоянного тока; 3- муфта; 4- винт; 5- гайка качения; 6- каретка; 7- колонна; 8- шлифовальная бабка; 9- шлифовальный круг; 10- направляющие качения; 11- дискретный датчик обратной связи; 12- опора винта

Применение в приводах подач станков с ЧПУ точно изготовленных шариковых винтовых пар и создание в них предварительного натяга для устранения зазоров и увеличения жёсткости позволяет широко применять замкнутые системы ЧПУ с ДОС на винте в станках для получения высокой точности перемещения рабочих органов. При перемещении каретки, отличном от расчётного, угловое перемещение винта также отличается от расчётного и дискретный ДОС подаёт сигнал на устройство ЧПУ, затем двигатель обеспечивает дополнительное угловое перемещение винта и, следовательно, линейное перемещение каретки.

2.2 Двигатели приводов подач станков с ЧПУ

Для разомкнутых систем ЧПУ применяют электрические шаговые двигатели. Устройство шагового двигателя приведено на рис. 2.3.



Рис. 2.3 Электрический шаговый двигатель

Статор 1 и ротор 2 шагового двигателя состоит из 3 секций полюсов - I, II, III. На статоре они выполнены в виде электромагнитов, на роторе - в виде постоянных магнитов: I'; II'; III'.

Полюса второй секции сдвинуты по отношению к полюсам первой секции на треть полюсного шага. Такой же сдвиг имеет третья секция относительно второй. При подаче импульса на первую секцию статора I ротор повернётся так, что полюса его первой секции I' станут соосными с полюсами I статора.

Поступление импульса в секцию II приведёт к повороту ротора ещё на один шаг и полюса этой секции II и II' станут соосными. Когда импульс поступает в третью секцию III , ротор повернётся ещё на один шаг.

Частота подаваемых на ШД импульсов определяет угловую скорость вращения ротора, а их число - угол поворота.

Важной характеристикой ШД является его разрешающая способность (приёмистость), т.е. мгновенный перепад частот, отрабатываемый двигателем без пропуска, хотя бы одного импульса. Например, для ШД5Д1 эта величина равна 2000 Гц. Единичные углы поворота роторов различных шаговых двигателей значительно отличаются (0,036°…10°). Ошибка шага может достигать 30%, но при работе шагового двигателя она не накапливается.

Для станков с замкнутой системой ЧПУ применяются специальные двигатели постоянного тока.

2.3 Кинематический расчёт привода подач прямолинейного движения с разомкнутой системой ЧПУ

Сначала задать перемещение рабочего органа (суппорта, каретки и т.п.), соответствующее единичному импульсу устройства ЧПУ. Обычно для шлифовальных станков принимают шаг Рш=0,001 мм; для токарных и фрезерных станков Рт=Рф=0,01 мм.

Предварительно определить диаметр винта:

где L - длина резьбы винта.

Стандартные значения диаметра и шага винта принять по таблице 2.1

Таблица 2.1. Параметры передачи винт-гайка качения

...

Нормальный диаметр d0, мм	Шаг резьбы p, мм	Осевая жёсткость, Н/мкм, не менее	Момент холостого хода, Нм	Статистическая грузоподъёмность С0, Н	Динамическая грузоподъёмность С, Н
20	5	300	0,08…0,16	15500	6200
25	5	420	0,1…0,26	20000	8900