調速是機床對電力拖動及其控制系統(tǒng)提出的重要要求。有些小型機床對電力拖動系統(tǒng)的轉速沒有什么嚴格要求,例如小型臺鉆或砂輪機等,只需要控制電動機的起動、停止和有一個大致符合生產要求的轉動速度就可以了。但是大多數(shù)機床,對其電力拖動系統(tǒng)的轉速調節(jié)是有不同程度要求的。
我們知道,機床加工工件,必須選擇最經(jīng)濟的切削速度,在此速度下加工時,才能夠發(fā)揮機床和刀具的最大利用效果。因此就必須保證機床能在不同的速度下工作,這就對電力拖動系統(tǒng)提出了調速的要求。為了滿足各種工作速度的要求,目前普通機床常用的調速方法有:
● 機械有級調速系統(tǒng)
● 電氣和機械有級調速系統(tǒng)
● 電氣無級調速系統(tǒng)
1、機械有級調速
在機床主傳動中,對中小容量,常采用不調速的籠型感應電動機。機床主軸的不同轉速的獲得是通過改變齒輪箱的變速比得到。這種機床很多,如臥式車床、鉆床、銑床、小鏜床等。這種改變變速箱的嚙合齒輪的辦法常常不能保證最有利的切削速度,機械系統(tǒng)比較復雜的機床還會降低其工作的精度和增加機床造價。
2、電氣和機械的有級調速
為了簡化機床的傳動系統(tǒng)采用多速籠型感應電動機(雙速、三速或四速電動機)。
機床主軸不同轉速的獲得,是通過將改變齒輪變速比和改變電動機本身的轉速配合起來得到的。如果電動機的速度級數(shù)為,機械變速級數(shù)為,則機床主軸的變速級數(shù)為。采用單速電動機時,變速箱的尺寸大,軸和齒輪用得多。但是多速電動機比單速電動機在價格上貴得多,因此有時采用單速電動機更合理。
3、電氣無級調速
機床的無級調速可以是電氣的,也可以是液壓的或機械的。但使用最多的是電氣無級調速系統(tǒng),這是因為電氣無級調速系統(tǒng)調速范圍寬、控制靈活,還可以實現(xiàn)遠距離操作。
電氣無級調速就是機床工作機構的不同轉速的獲得是通過直接改變電動機的轉速而實現(xiàn)的。此時,傳動機構的變速箱改為減速箱,機械傳動系統(tǒng)變得非常簡單。在重型機床中,簡化主拖動的機械傳動系統(tǒng)是非常重要的。一般在重型機床中主拖動的電動機采用直流他勵電動機,以保證平滑改變轉速。在很多機床的進給機構中,所需的功率不大,但要求較大的調速范圍。在這些機構上根據(jù)生產率和調速平滑性的要求,采用電氣無級調速是合理的。例如重型鏜床的進給機構、重型龍門銑床和外圓磨床的進給機構,一般都采用電氣無級調速。
上述用人為的辦法使機床工作機構根據(jù)生產工藝要求,產生不同的轉速,這就是調速。調速可以是機械的,也可以是電氣的。
需要注意的是,調速和由于電機負載變化引起的轉速變化是兩個不同的概念。例如,對于直流電動機驅動的機床,負載變化引起的轉速變化是自動進行的,電機工作點只在一條機械特性線上變動。
調速是根據(jù)生產需要,人為地改變電氣參數(shù),使電機的運行點由一條特性線轉變到另一條機械特性線上,從而在某一負載下得到不同的轉速。因此調速方法就是改變電動機機械特性的方法。
圖1穩(wěn)速運行工作點
機床除了對改變轉速有一定要求外,對穩(wěn)速也有一定要求。所謂穩(wěn)速,就是指電動機轉速應盡量不受各種干擾因素的影響,按要求以一定的精度穩(wěn)定在某一速度下運行。這就要求控制系統(tǒng)能夠自動調整轉速,使其穩(wěn)定在某一速度下運轉。
對于直流電動機,穩(wěn)速就是在操作上使電機固定運轉于某一轉速,如工作在圖1中a點,但是由于工件材質不均、摩擦力的變化等等,電動機負載t總是波動的,使工作點在和之間變動,從而使轉速在和之間變動。這種轉速變化是不需要的,將影響到產品質量,尤其是在低速運行,并且負載波動大時,不僅僅影響加工精度,還可能影響正常運行。為此,要設法在負載波動時,使電機能自動維持轉速不變,即工作在理想的機械特性線2上。自動控制系統(tǒng)在負載波動的過程中能自動維持轉速不變,這就是轉速的自動調整,是穩(wěn)速的一種情況。