Раздел 3. Электрооборудование металлорежущих станков

История и перспективы развития металлорежущих станков. Особенности электропривода главного движения, привода подач и установочных перемещений. Методы регулирования частоты вращения привода главного движения, привода подач. Режимы работы электродвигателей станков.

Токарно-винторезные и токарно-револьверные станки, особенности их электрооборудования и схемы управления.

Копировальные станки, их виды. Особенности электрооборудования копировальных станков. Электрокопировальные головки. Схемы управления копировальными станками.

Карусельные станки: особенности электрооборудования, требования к нему, схемы управления.

Расчет мощности двигателя главного движения токарных станков.

Особенности электрооборудования сверлильных станков. Расчет мощности двигателя. Электрооборудование и схема управления станком 2А55.

Особенности электрооборудования расточных станков. Схемы управления расточным станком.

Особенности электрооборудования шлифовальных станков. Электрооборудование и схема управления плоскошлифовального станка. Расчет мощности двигателя, особенности электрооборудования круглошлифовального станка.

Особенности электрооборудования фрезерных станков. Расчет мощности двигателя. Схемы управления вертикально-фрезерным и горизонтально-фрезерным станками. Особенности электрооборудования зубофрезерных станков. Электроприводы подач фрезерных станков.

Особенности электрооборудования строгальных станков. Типы главных приводов строгальных станков. Выбор мощности двигателя главного привода. Схема управления приводом подач, вспомогательными приводами. Схема управления главным приводом продольно-строгального станка. Электропривод подач суппортов продольно-строгального станка.

Назначение и устройство агрегатных станков. Циклы движений головок агрегатных станков. Самодействующие и несамодействующие головки. Расчет мощности двигателя агрегатного станка. Схема управления агрегатного станка с самодействующей головкой.

Назначение и устройство кузнечно-прессовых машин. Особенности электрооборудования кузнечно-прессовых машин. Особенности электрооборудования кузнечо-прессовых машин. Типы электроприводов. Маховичный привод. Схемы управления фрикционным прессом. Схемы управления ковочно-штамповочным прессом.

Принципы построения схем управления автоматическими линиями. Особенности электрооборудования автоматических линий. Управления станками автоматических линий и их блокировка. Автоматический контроль и сигнализация на станочных линиях.

Краткие теоретические сведения:

Изучать этот раздел лучше всего по книге Шеховцова В. П. «Электрическое и электромеханическое электрооборудование» - стр. 289 – 393, а тему «Электрооборудование автоматических станочных линий» по книге Зимина Е. Н. «Электрооборудование промышленных предприятий и установок». Там же приведены формулы для расчета мощности и принципы выбора электродвигателей электроприводов станков. Устройство всех металлорежущих станков, их основные технические характеристики достаточно хорошо изложено в книге Чернова Н. Н. «Металлорежущие станки».

Рис. Классификация металлорежущих станков

Металлообрабатывающий станок – машина для размерной обработки заготовок в основном путём снятия стружки. Кроме металлических заготовок на станках обрабатывают так же детали из других материалов. К станкам относят и технологическое оборудование, использующее для обработки электрофизические и электрохимические методы, сфокусированный электронный или лазерный луч, поверхностное пластическое деформирование и некоторые другие виды обработки.

В настоящее время выпускают большое количество металлорежущих станков, различных по назначению, технологическим возможностям и размерам.

Основные (рабочие) движения на станке разделяют на главное (режущее) движение и движение подачи, которое служит перемещению инструмента или обрабатываемой заготовки.

К вспомогательным движениям относятся движения, обеспечивающие установку, зажим, освобождение, смазывание, удаление стружки, правку инструмента и т. п.

Современные металлорежущие станки имеют индивидуальные (от отдельного источника движения) приводы. Источником дви­жения в станках обычно является электродвигатель. Электродви­гатель может быть расположен рядом со станком, внутри него, на станке, может быть встроен в перед­нюю бабку и т. д.

Привод с шестеренной коробкой скоростей в настоящее время является наиболее распространенным типом привода главного движения в металлорежущих станках. Их достоинством являются компактность, удобство в управлении и надежность в работе.

Недостатки приводов с шестеренными коробками скоростей за­ключаются в невозможности бесступенчатого регулирования ско­рости, а также в сравнительно низком к. п. д. на высоких часто­тах вращения в случае широкого диапазона регулирования.

В станках применяют следующие способы бесступенчатого регулирования скоростей главного движения и движения подачи:

1. Электрическое регулирование производится изменением частоты вращения электродвигателя, который приводит в дви­жение соответствующую цепь станка.

2. Гидравлическое регулирование применяется главным обра­зом для регулирования скоростей прямолинейных движений

(в строгальных, долбежных, протяжных станках), значительно реже — вращательных движений).

3. Регулирование при помощи механических вариаторов. Большинство механических вариаторов, применяемых в станках, является фрикционными вариаторами.

Токарно-винторезные станки предназначены для выполнения разнообразных работ. На них можно обтачивать наружные цилинд­рические, конические и фасонные поверхности, растачивать ци­линдрические и конические отверстия; обрабатывать торцовые поверхности; нарезать наружную и внутреннюю резьбы; свер­лить, зенкеровать и развертывать отверстия; производить отрез­ку, подрезку и тому подобные операции.

Токарно-револьверные станки применяются в серийном про­изводстве для обработки деталей сложной конфигурации из прут­ков или из штучных заготовок.

Карусельные станки применяют для обработки тяжелых деталей большого диаметра, но сравнительно небольшой длины. На них можно обтачивать и растачивать цилиндрические и конические поверхности, подрезать торцы, прорезать кольцевые канавки, сверлить, зенкеровать, развертывать и др.

В главных приводах токарных и карусельных станков широкого назначения малых и средних размеров основным типом привода является привод от асинхронного короткозамкнутого двигателя.

Асинхронный двигатель конструктивно хорошо сочетается с коробкой скоростей станка, надежен в эксплуатации и не требует специального ухода.

Тяжелые токарные и токарно-карусельные станки, как правило, имеют электромеханическое ступенчато-плавное регулирование скорости главного привода с использованием двигателя постоянного тока.

Бесступенчатое электрическое регулирование скорости (двухзонное) применяют при автоматизации станков со сложным циклом работы, что позволяет легко переналаживать их на любые скорости резания (например, некоторые токарно-револьверные автоматы).

Привод подачи небольших и средних токарных станков чаще всего осуществляется от главного двигателя, что обеспечивает возможность нарезания резьбы. Для регулирования скорости подачи применяются многоступенчатые коробки подач. Переключение ступеней производится вручную или с помощью электромагнитных фрикционных муфт (дистанционно).

В некоторых современных тяжелых токарных и карусельных станках для привода подачи используется отдельный широкорегулируемый электропривод постоянного тока.

При обработке тел вращения сложной формы — ко­нусных, ступенчатых или с криволинейными образующи­ми — на токарных станках широко применяется принцип копирования. Его сущность заключается в том, что требуемый профиль изделия воспроизводится по специально подготовленному шаблону (копиру) или по ранее обработанной детали. В процессе копирования по контуру шаблона движется копировальный палец, имею­щий ту же форму, что и резец. Перемещения копиро- вального пальца автоматически через систему управле­ния передаются суппорту с резцом таким образом, что­бы траектория движения резца повторяла траекторию движения копировального пальца.

Обработка деталей на копировальных станках позволяет значительно повы­сить воспроизводимость (повторяемость) деталей по форме и размерам и производительность труда по срав­нению с обработкой на универсальных станках с ручным управлением, так как отпадают затраты времени на по­вороты резцедержателя, подводы и отводы резца на измерения и т. п.

Сверлильные станки предназначены для получения сквозных или глухих отверстий, для чистовой обработки отверстий зенкерованием и развёртыванием, для нарезания внутренних резьб метчиками, для зенкования торцовых поверхностей и отверстий.

Существуют следующие типы универсальных сверлильных станков: 1. Настольно-сверлильные; 2. Вертикально-сверлильные (одношпиндельные); 3. Радиально-сверлильные; 4. Многошпиндельные 5. Для глубокого сверления.

Расточные станки подразделяются на 1. горизонтально-расточные; 2. координатно-расточные; 3. алмазно-расточные; 4. станки для глубокой расточки.На горизонтально-расточных станках могут выполнятся следующие работы: 1. сверление; 2. растачивание отверстий; 3. подрезка торцов; 4. нарезание резьбы; 5. Фрезерование плоскости.

Главный привод сверлильных станков осуществляется от асинхронных короткозамкнутых двигателей. Регулирование частоты вращения шпинделя производится переключением шестерен коробки скоростей.

В тяжелых горизонтально-расточных станках применяется привод от двигателей постоянного тока с двух или трехступенчатой коробкой скоростей.

Привод подачи сверлильных станков обычно выполняется от главного двигателя, для чего коробка подач располагается на шпиндельной бабке.

В универсальных и тяжелых расточных станках применяется привод подачи от двигателя постоянного тока по системе Г-Д (в более легких станках применяется система ПМУ-Д или ЭМУ-Д) или ТП-Д (для новых станков).

Шлифовальные станки применяются в основном для снижения шероховатости обрабатываемых деталей и получения точных размеров.

Шлифовальные станки в зависимости от назначения подразделяются на круглошлифовальные, внутришлифовальные, безцентровошлифовальные, плоскошлифовальные и специальные.

Шлифовальные станки относятся к точным станкам, поэтому конструкции их отдельных узлов и кинематиче­ские передачи должны быть максимально просты, что достигается широким применением индивидуального привода. В шлифовальных станках различают следую­щие виды электроприводов: главный привод (вращение шлифовального круга), привод вращения изделия, при­вод подачи, вспомогательные приводы и специальные электромеханические устройства.

В шлифовальных станках малых и средних размеров при мощности главного привода до 10 кВт враще­ние круга обычно осуществляется от односкоростных асинхронных короткозамкнутых двигателей. На круглошлифовальных станках при значительных разме­рах шлифовальных кругов (диаметр до 1000 мм, шири­на до 700 мм), применяют понижающие ременные пере­дачи от двигателя к шпинделю и электрическое торможение привода для уменьшения времени остановки.

На внутришлифовальных станках обработка ведется кругами небольших размеров, поэтому в них применяют ускоряющие передачи от двигателя к шпинделю или ис­пользуют специальные высокоскоростные асинхронные двигатели, встраиваемые в корпус шлифовальной бабки, Устройство, в котором короткозамкнутый двигатель и шлифовальный шпиндель конструктивно объединены в один узел, называют электрошпинделем.

Для вращения обрабатываемого изделия на внутри- шлифовальных станках применяют асинхронные коротко- замкнутые двигатели одно- или многоскоростные. На тя­желых круглошлифовальных станках привод вращения изделия выполняется по системе Г-Д и приводы с тиристорными преобразователями.

Подача (возвратно-поступательное движение стола, продольное и поперечное перемещение шлифовальной бабки) на шлифовальных станках небольших размеров производится от гидропривода. Приводы подач тяжелых плоско- и круглошлифовальных станков выполняются от двигателя постоянного тока по системе ЭМУ—Д, ПМУ—Д или ТП—Д.

На плоскошлифовальных станках для быстрого и на­дежного закрепления обрабатываемых деталей из стали и чугуна нашли широкое применение электромагнитные плиты и вращающиеся электромагнитные столы. На прецизионных шлифовальных станках использу­ют закрепляющие плиты с постоянными магнитами (магнитные плиты).

Для размагничивания деталей применяют специальные электротехнические устройтсва – демагнетизаторы.

Для повышения производительности и обеспечения высокой точности современные шлифовальные станки всех типов снабжаются устройствами активного конт­роля — измерительными устройствами активного контроля шлифуе­мых деталей в процессе их обработки и подачи соответ­ствующих команд в систему управления станком. По достижении требуемого размера детали станок автома­тически отключается. Рабочий не останавливает станок для проверки размеров обрабатываемого изделия. Он только снимает готовую деталь, устанавливает новую заготовку и пускает станок.

Простейшим измерительным устройством для авто­матического контроля размеров деталей в процессе об­работки на внутришлифовальных станках является про­бочный калибр, который периодически подводится к обрабатываемой детали.

На плоскошлифовальных станках с непрерывной за­грузкой деталей применяются электроконтактные из­мерительные устройства для автоматической подналадки станка.

На фрезерных станках обрабатываются плоскости, фасонные поверхности, канавки, нарезаются наружные и внутренние резьбы, зубчатые колёса и многолезвийные инструменты с прямыми и винтовыми зубьями (фрезы, развёртки и др.).

Для приводов главного движения фрезерных стан­ков малых и средних размеров используются одно- или многоскоростные асинхронные короткозамкнутые двига­тели в сочетании с коробкой скоростей. Исполнение дви­гателей обычно фланцевое. Привод подачи таких стан­ков в большинстве случаев осуществляется от главного двигателя через многоступенчатую коробку подач.

Главный привод тяжелых продольно-фрезерных стан­ков также выполняется от асинхронных двигателей с ме­ханическим ступенчатым изменением угловой скорости шпинделя. Для приводов подачи стола и фрезерных го­ловок таких станков, применяются двигатели постоянного тока, включаемые по системе Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя. В настоящее вре­мя для таких приводов используют систему ТП—Д.

Копировально-фрезерные станки предназначены для обработки пространственно сложных поверхностей мето­дом копирования по моделям. На этих станках изготов­ляются рабочие колеса гидротурбин, ковочные и выруб­ные штампы, линейные и прессовые формы и др. Обра­ботка подобных изделий на универсальных станках практически невозможна.

Наибольшее распространение получили копироваль­но-фрезерные станки с электрическим следящим управ­лением — электрокопировальные фрезерные станки.

В электросхемах всех металлорежущих станков, кроме электродвигателей указывают все электрические аппараты, предназначенные для включения и отключения, управления, регулирования и защиты электрооборудования и участков электрических цепей.

Автоматические линии представляют собой комплексы взаимосвязанного металлорежещуего и другого технологического и контрольного оборудования, осуществляющие технологический процесс (без участия рабочего) в определенной последовательности и с заданным ритмом.

В автоматических станочных линиях применяют как универсальные станки (фрезерные, токарные, шлифовальные) с высокой степенью автоматизации рабочего цикла, так и специальные станки – это агрегатные станки, станки с программным управлением, многооперационные станки с устройством автоматической смены инструмента.

Станки встраиваются в линии в порядке операций технологического процесса обработки деталей. Станки автоматических линий снабжаются загрузочными приспособлениями, а также транспортирующими и зажимными устройствами, с помощью которых обрабатываемые детали перемещаются с одной позиции на другую и закрепляются.

По способу осуществления транспортных устройств различают автоматические линии с жесткими транспортными связями и гибкими транспортными связями.

Все движения на станках-автоматах осуществляются с помощью приводов: электрических, гидравлических, пневматических и комбинированных.

Кроме главных движений на станках выполняются вспомогательные движения, необходимые для подготовки процесса резания, обеспечение последовательной обработки нескольких поверхностей на одной заготовке и т.д.

Все вращательные движения обеспечиваются с помощью электропривода. Применяются асинхронные короткозамкнутые двигатели защищенного и закрытого обдуваемого исполнения. Двигатели постоянного тока применяются редко, так как обычно приводы станков не требуют регулирования скорости.

Для обеспечения возвратно-поступательных движений и осуществления быстрых прямолинейных перемещений чаще всего используется гидропривод, в схемах управления которого используются различные электромагниты.

Электрооборудование автоматических станочных линий состоит из большого количества двигателей, электромагнитов, контакторов и магнитных пускателей, кнопок и переключателей управления, путевых выключателей, различных реле: времени, давления и скорости, блокировочных, промежуточных и др.

Все электрооборудование должно быть очень надежным и иметь большой срок службы, поэтому активно используются бесконтактные электрические аппараты и электронные элементы.

Основной принцип построения схем управления автоматическими линиями – управление в функции пути. Такое управление позволяет в любой момент контролировать взаимное расположение деталей и инструмента и является наиболее надежным. Команда на последующие действия подается тогда, когда предыдущие действие уже совершено (закончено). Для этого используются путевые выключатели и переключатели.

Путевые выключатели обычно устанавливают на неподвижных узлах станков и механизмов, а воздействие на их штифт или рычаг осуществляется движущимся упором механизма, когда он достигает определенной точки пути.

Все автоматические станочные линии имеют развитую систему сигнализации.

Вопросы для самоконтроля:

1. Расскажите о принципах классификации металлорежущих станков. Какие движения узлов станков необходимы для осуществления процесса обработки?

2. Какие механизмы применяются в приводах главного движения и движений подач?

3. Расскажите об особенностях применения бесступенчатых приводов и видах регулирования.

4. Перечислите достоинства и недостатки гидравлических и пневматических систем автоматизации металлообрабатывающих станков. Как связывается электрическое и гидравлическое управление?

5. Нарисуйте типовую схему управления асинхронного короткозамкнутого двигателя и объясните назначение отдельных аппаратов. От чего зависит частота вращения, время пуска и торможения электродвигателя? Как изменить направление вращения вала электродвигателя?

6. Для чего нужны устройства блокировки станков и как они работают? Какие требования предъявляются к этим устройствам? Опишите преимущества и недостатки контактных и бесконтактных аппаратов.

7. Какое электрооборудование и схемы управления применяются для копирования на токарных и фрезерных станках?

8. Опишите принципы работы приборов для контроля деталей в процессе обработки на шлифовальных станках.

9. Благодаря использованию такого электрооборудования добиваются компенсации износа шлифовального круга на шлифовальных станках? Для чего нужна компенсация?

10. Какие специальные электрооборудование применяется на шлифовальных станках? Опишите конструкции и принцип действия. Почему электромагнитные плиты и столы нашли применение в основном только в шлифовальных станках и не используются на других металлообрабатывающих станках.

11. Опишите особенности работы электроприводов продольно-строгальных станков. Каким образом можно рассчитать мощность двигателей стола и главного привода продольно-строгального станка?

12. Для каких целей предназначены агрегатные станки? Опишите их устройство. Чем электрическая принципиальная схема агрегатных станков отличается от других металлорежущих станков.

13. Каким образом можно рассчитать мощность двигателя главного привода а) токарного станка; б) сверлильного станка; в) шлифовального станка? Чем вызваны различия в формулах?

14. Для чего предназначены и как устроены кузнечно-прессовых машин? Объясните характерные особенности электроприводов и схем управления кузнечно-прессовыми машинами.

15. Назовите основные принципы построения схем управления автоматическими линиями.

16. Какими способами можно осуществить контроль наличия изделий на автоматической линии? Начертите схемы и дайте их описание.