Комбинированный электропривод с автоматической коробкой передач для станков с ЧПУ

Abstract

Одним из основных режимов на станках токарной группы является режим обработки с постоянством скорости резания и подачи на оборот шпинделя. Привод главного движения в этом случае работает в режиме постоянства мощности. Известны три основных варианта регулирования скорости шпинделя: бесступенчатое, ступенчатое и комбинированное. Для тяжелых токарных станков наиболее приемлемыми являются два последних варианта, так как они позволяют рационально использовать двигатель по моменту и мощности при обработке крупногабаритных изделий. Однако переключение ступеней автоматической коробки передачи приводит к ударным нагрузкам и отклонению от заданных технологических режимов обработки. Рассмотрена проблема минимизации воздействия ударных нагрузок на процесс резания за счет согласованного управления электроприводом и АКП. На основе функции Хевисайда дано представление муфты сцепления АКП как звена, характеризующего дискретный характер передачи мощности. Приведено математическое описание модели силовой цепи привода шпинделя как трехмассовой структуры, в которой процессы переключения ступеней АКП представлены ключами и параметрическими звеньями. При описании ременной передачи учтено натяжение ремня в виде нелинейного звена, определяющего участки трения покоя и скольжения. Выявленные условия безударного переключения позволили разработать структуру управления регулируемого электропривода с упреждающим изменением скорости по отношению к моментам переключения ступеней передачи. Исследования переходных процессов на имитационной модели торцевой обработки для станка с ЧПУ показали, что влияние переключений ступеней передачи на процесс обработки можно свести к минимуму. Разработанная модель силовой цепи главного привода позволила обобщить основные свойства АКП и ременной передачи. Сформулированы основные требования к задачам управления комбинированным электроприводом для распределенных структур ЧПУ, в которых ядро NC системы и Soft PLC связаны по протоколу на основе сети Ethernet.