Материал: Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Пачевский В.М., Яценко С.Н

I, II, III, IV – обмотки статора шагового двигателя

Шаговый двигатель характеризуется динамическим моментом, который имеет значение соответственно разрешающей способности, достигая 0,1 Н м для ШД, используемых в качестве серводвигателей, и десятков и даже сотен для силовых ШД. Шаг на выходном валу чаще выполняют в 1,5°, но он может быть равен 0,5-10°. Ошибка в шаге в зависимости от нагрузки может составить 20 % величины шага, но при работе двигателя она не накапливается. Реверсирование ШД достигается изменением последовательности подключения обмоток статора.

Высокомоментные двигатели имеют возбуждение от постоянных магнитов и поэтому меньше нагреваются по сравнению с обычными. Их изготовляют со встроенным тахогенератором и, по желанию потребителя, датчиком пути и тормозом. Они имеют малую массу и объем. Такие двигатели позволяют отказаться от использования механических редукторов, их можно непосредственно соединять, например, с шариковым ходовым винтом исполнительного узла. В сочетании с цепью адаптивного регулирования частоты вращения с помощью тиристорного преобразователя частота сохраняется постоянной и при 1 об/мин. Таким образом, динамические характеристики двигателей позволяют обеспечивать высокую точность обрабатываемых деталей. Ускоренный ход исполнительного узла сокращает вспомогательное время при обработке.

Необходимо отметить, что малоинерционные двигатели требуют специального динамического согласования с механической системой станка. Если собственная частота двигателя и частота механической системы станка будут соизмеримы, это может привести к потере устойчивости всей системы электромеханического привода. Из этого следует, что более рациональный путь повышения быстродействия двигателя связан с увеличением динамического момента при неизменном моменте инерции якоря машины. Двигатели подобного типа получили название высокомомент-ных. Конструктивная особенность таких двигателей (возбуждение от постоянных магнитов) позволяет отказаться от электромагнитного возбуждения, что исключает потери на нагрев обмотки возбуждения, на 10... 15 % увеличивает КПД и уменьшает размеры двигателя. Применение постоянных магнитов позволяет построить многополюсную машину постоянного тока, упрощающую коммутацию и обеспечивающую равномерное распределение магнитной индукции в зазоре. Двигатели обеспечивают равномерное вращение при частотах до 0,1 об/мин. Электромагнитный момент двигателя постоянного тока зависит от величины магнитного потока и тока якоря.

Для создания высокого динамического момента необходимо, чтобы при всех значениях тока якоря /я магнитный поток оставался постоянным. В машинах постоянного тока с электромагнитным возбуждением магнитный поток уменьшается вследствие размагничивающего действия реакции якоря. Двигатели с постоянными магнитами имеют более стабильный магнитный поток, но и они могут быть размагничены при протекании по якорю больших токов. Во избежание этого намагничивающая сила постоянного магнита должна быть достаточно велика.

Все эти обстоятельства определяют конструкцию магнитной системы высокомоментных двигателей. Магниты из сплава альнико имеют большую длину по оси намагничивания. Высокое значение индукции позволяет получить достаточный магнитный поток при малом сечении магнита. Такие магниты располагают тангенциально по отношению к окружности якоря и снабжают их полюсными наконечниками из магнитомягкого материала. Ферритовые магниты, напротив, имеют очень малую длину, поскольку они создают высокую напряженность поля и имеют большую площадь сечения. Они сами образуют полюсы магнитной системы. Низкая стоимость ферритовых магнитов и очень простая конструкция двигателя обеспечили их широкое распространение. Созданы высокоэнергетические магнитные материалы на основе редкоземельных элементов. Наиболее перспективны самарийкобальтовые ферриты. Удельная энергия их примерно в 3-4 раза выше, чем у сплавов альнико.

Кроме того, для создания высокомоментных двигателей необходимо улучшить условия коммутации. Этого можно добиться, если уменьшить ЭДС коммутируемой секции путем увеличения числа пластин коллектора. Применяют также специальные контактные щетки, выдерживающие большие плотности тока. Все эти меры обеспечивают 6...10-кратную перегрузку по моменту при низких частотах вращения в течение 20...30 мин. Это обеспечивается наличием массивного якоря и большой тепловой инерционностью двигателя. При повышении частоты вращения коммутация двигателя ухудшается и перегрузочная способность снижается.

Высокомоментные двигатели относительно тихоходны. Номинальная частота вращения составляет обычно 1000 об/мин (ее можно повысить до 2000 об/мин за счет кратковременной форсировки напряжения якоря). Эти двигатели не нуждаются в промежуточном редукторе и их устанавливают непосредственно на ходовой винт механизма подачи станка.

5.3. Измерительные устройства

В системах управления ТО для получения необходимой информации о параметрах протекающего ТП используют различные датчики.

Различают датчики перемещения, положения, скорости, ускорения и т. д. По способу получения информации датчики подразделяют на дискретные, фазовые и амплитудные; по способу преобразования информации — на контактные и бесконтактные (емкостные, фотоэлектрические, индуктивные и др.). По конструкции датчики подразделяют на линейные и роторные. Роторные датчики кинематически связаны с выходным валом двигателя и осуществляют косвенное измерение величины перемещения рабочего органа ТО (например, в станках с ЧПУ). Линейные датчики, расположенные на неподвижной (относительно измеряемого перемещения) части ТО (например, станине станка), производят прямое измерение линейных перемещений рабочего органа.

Датчик является измерительным прибором. Дискретность (цена одного импульса) зависит как от самого датчика, так и от устройств, с которыми он связан. Точность датчика определяется конструктивными особенностями самого датчика, структуры электронной схемы преобразователя его сигнала, ее помехозащищенности и др.

При создании преобразователей сигнала датчика используется большое количество различных схемотехнических решений. Вместе с тем, как показывает практика последних лет, наибольший вклад в развитие цифровых преобразователей перемещений (ЦПП) вносит микроэлектроника, применение которой позволяет кардинально решить проблему технологичности, обеспечив максимальное упрощение, как правило, прецизионных механических узлов. Поэтому современный ЦПП состоит из относительно простого, насколько это возможно для обеспечения заданной точности, электромеханического первичного преобразователя, непосредственно воспринимающего измеряемое перемещение, и вторичного преобразователя—электронного узла, обрабатывающего полученную информацию и представляющую ее в цифровой форме.

В настоящее время широкое распространение получили фотоэлектрические преобразователи, в которых использован принцип модуляции светового потока с помощью растрового сопряжения. В зависимости от величины расположения в пространстве линейки и диафрагмы растровое сопряжение может быть нониусным, обтюрационным или муаровым.

Оптическая форма представления информации сигнала наиболее удобна для отображения величины угла поворота вала, так как съем информации не нагружает вал каким-либо моментом, а точность элементов оптических преобразователей может быть достигнута весьма высокой. Цифровая форма представления информации гарантирует высокую точность и помехоустойчивость.

Заключение

Автоматизация технологических процессов являются одним из основных условий увеличения выпуска промышленной продукции и роста производительности труда. Эти мероприятия обеспечивают значи-тельное снижение себестоимости изготовления продукции, а также улуч-шают ее качество.

В учебном пособии представлены сведения о сущности автоматизации и эффективных методах ее реализации.

Большое внимание в учебном пособии уделено вопросам автоматизации загрузки, складирования и транспортировки изделий. Рассмотрены особенности процесса складирования, даны сведения о загрузочных и транспортных системах.

В учебном пособии подробно рассмотрены вопросы особенностей конструкций и применения технологической оснастки в автоматизированном машиностроительном производстве. Представлены конструкции пневматических, гидравлических и пневмогидравлических систем силовых приводов встраиваемых в автоматизированные зажимные устройства. Широко представлены средства и методы активного контроля размеров обрабатываемых деталей. Показаны особенности управления технологическими процессами в автоматизированном машиностроительном производстве. Приведены сведения о исполнительных механизмах систем управления технологическими объектами и измерительными устройствами.

Учебное пособие представляет интерес не только студентам – машиностроителям, но и специалистам, работающим в области автоматизированного машиностроения.

Библиографический список

1. Михелев Л.И. Рождение машин / Л.И. Михелев. М.: Машиностроение, 1986. 144 с.

2. Шихельман Г.Л. Занимательная технология машиностроения / Г.Л. Шихельман. М.: Машиностроение, 1987. 176 с.

3. Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении / В.Н. Васильев. М.: Машиностроение, 1986. 312 с.

Оглавление