Способ регулирования скорости шпинделя Советский патент 1978 года по МПК B23Q5/08 

1

Изобретение относится к области станкостроения и касается регулируемых главных приводов металлорежущих станков.

Известен способ регулирования скорости шпинделя станков с ЧПУ, главный привод которых состоит из регулируемого тиристорного привода и переборной коробки скоростей с многодисковыми муфтами, электромагнитными или гидравлическими, заключающийся в следующем: в пределах поддиапазона регулируют в процессе резания электродвигатель, изменяя его магнитный поток, т. е. с постоянной мощностью; переключение поддиапазонов осуществляют соответствующим переключением муфт коробки. Это иереключение осуществляется на холостом ходу, поскольку в это же время переключается двигатель, и скорость шпинделя может иметь большие отклонения вверх или вниз в зависимости от переходного процесса. Переключение поддиапазонов в процессе резания вообще невозможно, так как это приводит к остановке шпинделя и поломке инструмента.

Недостатком известного способа является необходимость отводить резец от детали на несколько секунд ири переключеиии поддиапазонов и вызванное этим снижение производительности станка.

Целью изобретеиня является получение непрерывного общего диапазона регулирования скорости шпинделя с постоянной мощностью под нагрузкой, т. е. в процессе резания.

Для этого по предлагаемому способу ири переключении поддиапазонов скорость шппнде.тя во время переходного процесса двигателя поддерживают постоянной с помощью импульсного регулирования момента переключаемых муфт за счет обратной связи по скорости шпинделя.

С целью сохранения обратной связн по скорости двигателя при независимости регулирования магнитного потока двигателя постоянного тока в контур обратной связи иодают ианрял ение, компеисирующее возрастание сигиала тахогенератора двигателя по отношению к величине сигнала при номинальном значении скорости.

Компенсацию возрастания сигнала тахогенератора можно осуществлять также снижением магнитиого иотока возбуждения тахогенератора.

С целью уменьшения колебаний скорости шпинделя в ироцессе переключения иоддиаиазоиов сигнал обратной связи по скорости шпинделя для импульсиого регулирования моментов муфт формируют путем суммирования

собственно сигнала отклонения скорости и сигналов, проиорциональных его нервым N производным (Л 1, 2, 3, ...).

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 -график чисел оборотов главного привода станка; на фиг. 3 - кинематическая схема переборной коробки.

Привод включает двигатель постоянного тока 1, переборную коробку скоростей 2, шпиндель 6, тахогенераторы 4 и 5 двигателя и шпинделя соответственно. Система управления приводом включает обш,ий пульт управления 6, тиристорпый регулятор У, блок 8 управления муфтами коробки, сравниваюш,ий элемент 9, суммируюш ие элементы 10 и 11, усилители 12, 13 и 14, дифференцирующие элементы 15 и 16, .пороговый элемент i/ с релейным выходом. Переборная коробка (c.vi. фиг. 2 содержит две мусрты 18 и 19 (условно рассматривается наиболее простой случай с двумя муфтами), зубчатые передачи 2U, 21 и 22, которые имеют следуюш,ие передаточные отношения:

i - - 1- / - - - J . i - 1 -у - aj- ., .) г - у -

Враш,ение с вала двигателя на вал переборной коробки передается клипоременной передачей 23.

Регулирование скорости в данном приводе осуществляется следующим образом. Предположим, что скорость шпинделя находится в нижней точке диапазона, т. е. скорости оОО об/мин. При этом включена муфта Иг, замыкающая зубчатую передачу 21, а скорость двигателя равна номинальной (/г iOOO об/1мин). Далее регулирование скорости вверх осуществляется уменьщением магпитпого .потока двигателя, скорость которого увелнч 1вается. Для того, чтобы компенсировать возрастапие сигнала тахогенератора 4 обратной связи по скорости двигателя в цепи якоря на суммирующий элемент 10 подают соответствующее напряжение или снижают напряжение на обмотке возбуждения тахогедератора 4, умепьщая его магнитный поток (эти связи показаны на фиг. 1 пунктиром).

Скорость двигателя регулируют, например, до об/мин. При этом скорость щпинделя достигает 1250 об/мин. В этот момент создают в двигателе номинальный магнитный поток и одновременно отключают муфту М. и включают муфту Жь В момент этого переходного процесса включается обратная связь по скорости шпинделя.

Поскольку электромагнитные муфты являются гораздо более быстродействующими элементами привода, чем двигатель, то муфта MI начнет разгонять щпиндель выше скорости 1250 об/мин, так как двигатель в это время имеет скорость выше номинальной (ян Пд Пмакс). Сигнал с тахогенератора 5 подается на сравнивающий элемент 9, на второй

вход которого подают сигнал заданной скорости.

Сигнал согласования Дл через усилитель 12 подают на суммирующий элемент 11, на другне входы которого поступают сигналы первой, второй и т. д., произвольных сигнала рассогласования. Соотнощение величин этих сигналов устанавливается настройкой усилителей 12, 13 и 14. К выходу элемента 11 подключен настраиваемый пороговый элемент 17 с релейным выходом, нри достижении определенного уровня сигнала на выходе суммирующего элемента И подает команду в блок 8 для соответствующего импульсного включения

и отключения муфт.

Так в приводе на фиг. 2 муфта Aij своим моментом поднимает скорость шпинделя до допустимой грапицы (превышение на 5 или 10%), при этом пороговый элемент Г/ дает

команду на отключение этой муфты. Скорость щпинделя под влиянием момента резания начнет снижаться. Когда она достигает нижней границы, пороговый элемент дает команду на включение муфты /kii, и скорость шпинделя

вновь начнет растн. 1ак..м ооразом скорость шпинделя поддерживается в заданных пределах (±:Ал) до окончанпя процесса перехода двигателя на номинальную скорость. После этого муфта yVli включена постоянно, и регулирование скорости шнинделя от 1250 до ЗюО об/мин осуществляют двигателем.

Формула изобретения

1. Способ регулирования скорости щпипделя в осповпом для станков с 4Г1У, заключающийся в бесступенчатом регулировании двигателя в пределах поддиапазона с постоянной мощностью и переключении поддиапазонов муфтами переборной коробки, отличающийся тем, что, с целью получения непрерывного общего диапазопа регулирования скорости шпинделя с постояпной мощпостью под нагрузкой, при переключении поддиапазонов скорость шпипделя во время из.менения скорости двигателя поддерживают постояпной посредством импульсного регулирования моментов переключаемых муфт с использованием обратной связи по скорости щпинделя вовремя переходного процесса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения колебаний скорости щпинделя в процессе переключепия поддиапазонов, сигнал обратной связи по скорости шпипделя для импульспого регулирования моментов муфт формируют нутем суммирования собственно сигнала отклонения скорости и сигналов, пропорциональных его первым Л производпым (где N, 2, 3, ...).

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся

тем, что, с целью сохранения обратной связи по скорости двигателя при независимом регулировании магнитного потока двигателя, в контур обратной связи по скорости двигателя в цепи якоря подают напряжение, компенсирующее возрастание сигнала тахогенератора

двигателя по отношению к величине сигнала при номинальном значении скорости.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью сохранения обратной связи

по скорости двигателя при независимом регулировании магнитного потока двигателя, осуществляют снижение магнитного возбуждения потока тахогенератора.

ж

S

риг. 2

Фиг. 3