Каталог
Каталог

Шаговые электрогидроприводы

Широкое распространение в станках и промышленных роботах (ПР) с ЧПУ получили ЭГП с управлением от задающих электрических дискретных (шаговых) двигателей (ШД). Последние позволяют преоб­разовывать дискретные электрические сигналы управления, поступаю­щие от электронной системы ЧПУ, в дискретный поворот выходного вала с определенным углом поворота на каждый импульс, который на­зывается угловым шагом.

Шаговые двигатели имеют высокое быстродействие и развивают на выходном валу крутящий момент, достаточный для перемещения золотника регулируемого дросселирующего распределителя (РДР) напрямую или через несиловую винтовую передачу без промежуточно­го гидроуправления. В ЭГП станков с ЧПУ широкое применение в ка­честве исполнительных и управляющих элементов получили шаговые электродвигатели ШД-4, ШД-5. Угловой шаг, например, шагового электродвигателя типа ШД5-Д1М составляет 1,5°; крутящий момент 40 Н·см; максимальная частота подачи импульсов 8000 имп/с и макси­мальная частота следования испульсов (частота приемистости) 2000 имп/с.

Шаговый электропривод

Рис.6.41. Шаговый электропривод: а - конструктивная схема; б - аксиально-поршневой гидромотор; в - структурная схема привода с гидроусилителем момента и импульсной системой ЧПУ для одной координаты

Конструктивная схема ЭГП, состоящего из ШД и гидравлическо­го усилителя моментов (ГУМ), показана на рис.6.41а. ШД отрабаты­вает импульсы, поступающие из системы ЧПУ. При отработке им­пульса вал 1, поворачиваясь, через редуктор 2 заставляет вращаться винт 3, ввернутый в гайку 4, жестко соединенную с ротором гидромо­тора 5. При неподвижном гидромоторе (ГМ) поворот винта заставит соединенный с ним золотник 8 переместиться, например, вправо от среднего положения, в результате чего в трубопроводе 6, идущем от золотника к ГМ, повысится давление, а в трубопроводе 7 – понизится, и образовавшийся перепад давления создаст крутящий момент на ГМ. Поворачиваясь, ротор ГМ повернет гайку 4, которая через винт 3 возвратит золотник в среднее положение. При непрерывной подаче импульсов на ШД вал ГМ будет вращаться со скоростью, пропорцио­нальной частоте импульсов, и золотник будет смещен от среднего положения на величину, обеспечивающую пропуск масла, необходи­мого для вращения ротора ГМ.

В приводах станковсЧПУ нашли применение нерегулируемые ак­сиально-поршневые ГМ серии Г15–2 с торцовым распределением мас­ла (рис.6.41б). Они обладают наилучшими из всех типов ГМ габарит­ными и массовыми характеристиками, отличаются компактностью, высоким КПД. Эти ГМ пригодны для работы при высоких частотах вращения и давления, обладают сравнительно малой инерционнос­тью. Малый момент инерции вращающихся частей имеет существен­ное значение при использовании их в качестве ГМ. Важным парамет­ром является приемистость (быстродействие) насоса при регулирова­нии подачи. Изменение подачи от нулевой до максимальной осуществ­ляется в некоторых типах насосов за 0,04 с и от максимальной до нуле­вой за 0,02 с. Наиболее распространенное число цилиндров равно 7–9, диаметры цилиндров 10 до 50 мм. Частота вращения 1000–2500 об/мин; давление до 40 МПа. Мощность до 100 кВт, КПД до 93 %. Удельная ме­таллоемкость аксиальных гидромашин (кг/кВт) в 5–15 раз меньше, чем у электромашин.

ГМ работает следующим образом. Поток масла, нагнетаемый на­сосом, поступает в одну из полостей а и через окна б крышки распреде­лителя 5 подается в цилиндры b блока цилиндров 6 под поршни 7. Сила давления масла через поршни 7 и толкатели 8 передается на нак­лонный радиально-упорный шарикоподшипник 2, на котором возни­кает сила, создающая крутящий момент, который передается на вы­ходной вал 1 через толкатели 8 и барабан 9. Блок цилиндров приводит­ся во вращение поводком 4 и постоянно прижимается к крышке-расп­ределителю 6 пружиной 3. Реверс вала ГМ осуществляется изменением подвода масла в полости 3 крышки-распределителя 6.

В приводе с золотником осевого перемещения исключен ряд не­достатков конструкции ГУ момента с поворотным золотником. Так, путем изменения передаточного отношения редуктора и шага винто­вой пары можно в широких пределах изменять коэффициент усиления в прямой цепи воздействия и в обратной связи привода. В результате длину рабочего окна и его проходное сечение выполняют достаточ­ным для пропуска больших потоков масла к ГМ, и, таким образом, гидравлическая часть привода не лимитирует скорость привода.

Структурная схема привода с ГУ момента и импульсной системой ЧПУ для одной координаты показана на рис.6.41в. Устройство ЧПУ (УЧПУ) выдает импульсы, которые в электронном кодовом преобра­зователе ЭКП усиливаются и преобразуются в форму, необходимую для управления ШД. Управление посредством преобразователя ВП и гидрораспределителя ГР приводит к повороту вала ГМ. Через редуктор Р и шариковую пару сообщается движение РО станка. Штрих-пунктирной линией обозначен следящий привод, имеющий внутреннюю обратную связь по положению. 

Привод с поворотным золотником осевого перемещения и им­пульсной системы ЧПУ так же, как и привод с поворотным золотни­ком, имеет ограниченную точность в связи с тем. что привод разомк­нут (нет обратной связи по перемещению от РО) и возможна потеря импульсов.

Выпускают электрогидравлические шаговые приводы подач ЭГШП (ГУ) для металлообрабатывающих станков типа ЭГ32Г18-2, Э32Г18-3 и электрогидравлические поворотные следящие приводы типа СП. Приводы предназначены для перемещения РО станков и дру­гих машин с ЧПУ в соответствии с электроимпульсами, подаваемыми на вход. Величина перемещения определяется числом поданных им­пульсов, а скорость - частотой их следования. Приводы работают на чистых минеральных маслах с кинематической вязкостью от 20 до 2000 Ст при температуре от 3 до 50° C. Температура окружающей среды от 5 до 50° C. Тонкость фильтрации 10 мкм Приводы состоят из аксиально поршневого гидромотора, следящего устройства, соединенного с ва­лом ГМ и ШД. По виду конца выходного вала ГУ выпускаются с ци­линдрическим концом (ЭГ32Г18-32; Э32Г18-33; Э32Г18-34; Э32Г18-35); с коническим концом (32Г18-32К; Э32Г18–33К; Э32Г18-34К; Э32Г18-35К).

В ЭГШП вращательного движения (типа Э32Г18-2) электричес­кие управляющие импульсы поступают на ШД (рис.6.42).

Вращение его выходного вала передается на гайку 1, зафиксиро­ванную от осевого смещения. В зависимости от направления вращения гайки винт 2, связанный с золотником РДР, перемещается влево или вправо и сдвигает золотник относительно его среднего положения. Масло под давлением поступает в рабочие полости ГМ так, что нап­равление вращения выходного вала ГМ совпадает с направлением вра­щения вала ШД.

Схема электрогидравлического шагового привода вращательного движения

Рис.6.42. Схема электрогидравлического шагового привода вращательного движения типа Э32Г18-2

Винт 2 своим вторым концом связан с валом ГМ через шлицевую муфту 3. Поэтому при вращении этого вала винт вворачивается вгайку или выворачивается из нее, перемещаясь вдоль оси по направлению к нейтральному положению РДР.

Если вал ШД повернется на какой-нибудь угол и остановится, то вал ГМ повернется на такой же угол. Если же вал ШД будет вращаться с постоянной угловой скоростью, то вал ГМ будет вращаться с такой же частотой, но с некоторым отставанием по углу (рассогласованием по положению). После остановки вала ШД вал ГМ «догонит» его и остановится в том же угловом положении с точностью менее одного им­пульса.

Крутящий момент на выходном валу ГМ в 100 и более раз превы­шает моментна валу ШД, поэтому элементы привода, за исключением задающего ШД, представляют собой гидравлический усилитель крутя­щих моментов, выполненный в виде следящего гидропривода враща­тельного (ротационного) движения с механической обратной связью. В ЭГШП задающим устройствомявляется винтовая передача, включа­ющая гайку 1 и винт 2. Обратная связь по положению выходного вала ГМ выполненаотэтого вала через шлицевую муфту 3. РДР имеет элек­тромеханическое управление без промежуточного гидроуправления.

В станках и ПР часто требуется выполнять поступательное пере­мещение РО, а при использовании приводов вращательного движения приходится применять сложные в изготовлении силовые шарико-винтовые передачи или менее точные зубчато-реечные передачи. ЭГП пос­тупательного движения позволяют в этих случаях упростить кинема­тику приводов подач и соответственно уменьшить их размеры, вес, стоимость, а также повысить надежность работы.

Схема линейного электрогидравличеекого шагового привода

Рис.6.43. Схема линейного электрогидравличеекого шагового привода типа Г28-2

В линейном электрогидравлическом шаговом приводе (ЛЭГШП) типа Г28-2 узел управления полностью унифицирован с приводом вра­щательного движения. Электрические управляющие импульсы пода­ются на ШД (рис.6.43). Поворот вала ШД через гайку 1 и винт 2 вызывает смещение золотника РДР. Масло под давлением поступает в рабочие полости гидроцилиндра (Ц), его поршень и шток перемеща­ются. Гайка 8 с трехзаходной несамотормозящей трапецеидальной резьбой закреплена на поршне.

При работе привода шток соединен с РО (не показан) и удержива­ется от проворота, поэтому при движении поршня гайка 8 перемещает­ся только вдоль оси и вызывает вращение винта 7, который установлен на подшипниках в крышке Ц. От винта 7 вращение передается через шестерни 6, 5, 4 и шлицевую муфту 3 винту 2. Винт вворачивается в гай­ку 1 или выворачивается из нее, смещает золотник РДР в сторону сред­него положения.

Таким образом осуществляется обратная связь по положению внутри следящего гидравлического привода между поворотом гайки 1 (вход) и перемещением штока Ц (выход). После отработки заданной программы вал ШД останавливается, шток Ц «отрабатывает» рассог­ласование, золотник РДР приходит в среднее положение и шток Ц ос­танавливается в определенном положении.

Если под действием внешней нагрузки шток будет стремиться сместиться из этого положения, то через обратную связь это вызовет смещение золотника. Это вызывает появление на поршне дополни­тельного гидравлического усилия, направленного в сторону, противо­положную смещению штока, т.е. на удержание штока в заданном поло­жении.

Дискретность перемещения штока (цена импульса) зависит от со­отношения шага передачи сравнивающего устройства «гайка 1-винт 2», шага (при многозаходной резьбе - хода) винтовой передачи обратной связи «гайка 8–винт 7» и передаточного отношения зубча­той передачи в обратной связи. В серийных ЛЭГШП типа Г-28-2 при угловом шаге ШД в 1,5° дискретность перемещения штока в зависимос­ти от комбинации шестерен 4…6 составляет 0,05 или 0,1 мм.

линейный электрогидравлический шаговый привод

Рис.6.44. ЛЭГШП типа Г28-2

Рассмотрим конструкцию ЛЭГШП типа Г28–2 (рис. 6.44). Задаю­щий ШД1соединяетсясвходным валиком РДР и гайкой 2 через повод-ковую муфту. Гайка установлена в радиально-упорных подшипниках и зафиксирована от осевого смещения. Резьба на винте 3 и в гайке 2 вы­полнена свысокой точностью, обеспечивающей осевой зазор в этой пе­редаче не более 0,01 мм. Винт 3 проходит внутри золотника 4 и связан с ним через упорные подшипники 7.

Осевой зазор между винтом и золотником выбирается за счет уси­лия пружины. В корпусе 5 РДР запрессована втулка 6. В ней выполне­ны расточка и радиальные каналы, предназначенные для прохода мас­ла. Золотник 4 и втулка 6 изготовленыиз закаленной стали, их взаимно сопряженные рабочие поверхности выполнены с высокой точностью. На правом конце винта 3 расположена втулка 8 с внутренними шлица­ми. Через них она соединяет винт с валиком 10, установленным на под­шипниках в корпусе 9. На валике жестко закреплена шестерня 11. Про­межуточная шестерня 12 свободно вращается на оси опоры. Шестер­ня 13 жестко закреплена на винте обратной связи 16.

Смещением опоры промежуточной шестерни выбирают зазоры в зубчатой передаче. Винт 16 смонтирован на радиально-упорных подшипниках в корпусе 9 и не имеет осевого зазора за счет предвари­тельной затяжки подшипников. Гайка 14 с трехзаходной резьбой изго­товлена из двух полугаек с прокладкой между ними. Путем пригонки прокладки по толщине до минимума уменьшают осевой зазор в несамотормозящей винтовой передаче обратной связи. Винт 16 входит внутрь полого штока 17, который жестко соединен с поршнем 15.

Каналы для подсоединения привода к гидросистеме выполнены в корпусе 5 РДР (не показаны). Канал подвода соединяется со средней проточкой втулки 6, канал слива – с двумя крайними проточками, а две средние проточки через каналы в корпусах 5 и 9 и трубу между корпусом 9 и передней крышкой цилиндров соединяются с полостями цилиндра.

Приводы изготавливают с несколькими вариантами крепления: фланцевого, на цапфах или лапах. Валик 10 жестко связан через меха­низм обратной связисперемещением штока. Благодаря этому квалику можно присоединять при необходимости электрические датчики поло­жения или скорости движения выходного звена (штока) привода.

В ПР с ЧПУ грузоподъемностью свыше 40 кг для обслуживания станков ЭГП являются основным типом привода. В ПР портального типа, служащих для группового обслуживания станков по одной из ко­ординат, требуется обеспечить перемещение каретки длиной до 18 м, точность позиционирования в несколько десятых долей миллиметра при максимальной скорости перемещения 1,2 м/с.

Для перемещения каретки используют приводы вращательного движения в сочетании с зубчато-реечной передачей. При большой дли­не рейки задача выбора зазора в передаче является трудной. Для ее ре­шения был разработан ЭГШП с двумя ГМ, работающими навстречу друг другу.

В этом случае реализовано еще одно важное преимущество гид­равлического привода по сравнению с электрическим – гидравлические исполнительные двигатели всех типов могут работать на упоре (при ог­раничении движения выходного звена) без ограничения времени. При этом ГМ только создает усилиеиликрутящий момент на неподвижном выходном звене без какого-либо перегрева или поломки. Кроме того, выходное звено такого ГМ может перемещаться в обратную сторону под действием усилий, превосходящих его собственные.

Привод смонтирован на подвижной каретке 9 ПР, а рейка 8 – на неподвижной части – портале 10 (рис.6.45). При неподвижном вали­ке 1 ШД золотник 3 устанавливается в нейтральное (нулевое) положе­ние, при котором давления, подводимые в рабочие полости ГМ 4 и 6, равны по величине. Противоположные полости обоих ГМ соединены со сливом.

Схема электрогидравлического шагового привода с выборкой зазора и зубчато-реечной передачей

Рис.6.45. Схема ЭГШП типа Э32Г28-2Н с выборкой зазора и зубчато-реечной передачей

ГМ имеют одинаковый рабочий объем, поэтому развиваемые на их валах и соответственно шестернях 5 и 7 крутящие моменты равны по величине и направлены в противоположные стороны. При этом карет­ка 9 неподвижна. Вал ГМ 4 механически связан с винтом сравнивающе­го устройства (СУ) 2 и соответственно с золотником РДР.

Таким образом выполняется механическая обратная связь, и ка­ретка удерживается в заданном положении в следящем режиме. При подаче управляющих импульсов на ШД гайка СУ поворачивается, зо­лотник РДР 3 смещается. При этом давление в рабочей полости одного из ГМ повышается, а другого - уменьшается и соответственно наруша­ется равновесие сил на шестернях 5 и 7. Каретка 9 перемещается в за­данном направлении и с заданной скоростью

Так как крутящие моменты двух ГМ всегда направлены в проти­воположные стороны, то зазоры в зубчато-реечных передачах посто­янно «выбираются». Это исключает механические удары в передачах, повышает их долговечность и точность позиционирования каретки, а также повышает плавность разгона и торможения каретки.

При рассмотрении работы следящих гидравлических приводов рассмотренных типов отмечалась общая особенность - рассогласова­ние и связанное с ним открытие рабочих щелей РДР, плавно увеличи­вающееся при нарастании заданной скорости движения РО. После прекращения подачи управляющих сигналов (или перемещения щупа) осуществляется окончательное позиционирование РО, и при этом ра­бочие щели РДР плавно прикрываются, даже при резком прекращении сигнала на входе. Это свойство следящих  гидроприводов автоматически плавно затормаживать РО при позиционировании так­же использовано в конструкциях ПР большой грузоподъемности.

Электрогидравлический поворотный следящий привод типа СП служит для выполнения поворотных движений механизмов промыш­ленных роботов, станков, прессов и других машин различного техно­логического назначения по программе, поступающей на привод в виде электрических сигналов от задающего устройства. В состав привода входят поворотный ГМ; РДР типа УГЭ8; регулируемый дроссель; пре­дохранительные клапаны; переходные плиты и редуктор с датчиками обратной связи.

Величина скорости вращения выходного вала и его направление определяются величиной и полярностью электрического сигнала, пос­тупающего на обмотку управления РДР.

Функции гидропривода при выполнении вспомогательных движе­ний в станках расширяются. Так, в приводах главного движения то­карных станков с ЧПУ гидропривод используют для автоматического регулирования величины натяжения ременных передач и переключе­ния диапазонов скоростей в шпиндельной бабке. В сверлильно-фрезерно-расточных обрабатывающих центрах гидропривод применяют для перемещения и зажима спутников с заготовками, в механизмах переме­щения измерительных щуповых головок; фиксации корпусов расточ­ных головок с поднастройкой размера инструмента и др.

Комментарии
Отзывов еще никто не оставлял
Предзаказ
Предзаказ успешно отправлен!
Имя *
Телефон *
Добавить в корзину
Название товара
100 руб
1 шт.
Перейти в корзину
Обратный звонок
Запрос успешно отправлен!
Имя *
Телефон *
Заказ в один клик

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен и согласен с условиями оферты и политики конфиденциальности.

С помощью уведомлений о заказе можно не только получать актуальную информацию по заказу, но и иметь быстрый канал связи с магазином