Так гидроприводы почти полностью вытеснили из управления рабочими механизмами станков ЧПУ сложные изготовлении и дорогие в обслуживании шарико-винтовые передачи (ШВП).Также гидродвигатели заменили серво-электродвигатели в дискретных приводах, т.к. позволяют сохранить большой крутящий момент при малой угловой скорости. Самые распространенные типы гидроприводов в станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах, а также средства гидроавтоматизации представлены ниже.
Самая распространенная схема гидропривода станков с ЧПУ следующая
электродвигатель приводит в действие насос, который создает давление масла, которое приводит в действие гидродвигатель, осуществляющий (через приводные механизмы) движение рабочего органа. В гидроприводах станков наибольшее распространение получили поршневые прямодействующие гидродвигатели(гидроцилиндры), шестеренные насосы, пластинчатые насосы, роторные гидродвигатели, кулачковые поршневые насосы, радиально- поршневые насосы и гидродвигатели, а также аксиально-поршневые насосы и гидродвигатели.
Рассмотрим подробно данные элементы подробней
Гидроцилиндры
Гидроцилиндры(силовые цилиндры) являются самыми простыми элементами гидроприводов для преобразования энергии и используются, чаще всего, для возвратно-поступательных движений механизмов. Они представляют собой корпус, имеющий внутри полый цилиндр(трубу, резервуар) с гладкой поверхностью, в котором, под действием давления масла движется поршень, соединенный со штоком или плунжер.
Самыми распространенными являются гидроцилиндры с односторонним штоком. В таких гидроцилиндрах нагрузка на шток при давлении со стороны его закрепления с поршнем не должна превышать допустимых для продольного изгиба. Когда это условие не выполняется используют гидроцилиндры с двухсторонним штоком, в которых поршень находится посередине штока.
Также используют гидроцилиндры телескопического типа(при больших перемещениях) и гидроцилиндры со сдвоенными и строенными штоками(для больших усилий), для этих же целей используют плунжера вместо штока или даже поршня (еще для увеличения площади касания со стенкой цилиндра и избегания утечек).
Шестеренные насосы
Шестеренные насосы являются очень надежными, простыми, компактными и имеют достаточно высокий КПД. Являются обратимыми, т.е. могут использоваться в качестве гидромоторов. Они представляют собой корпус с размещенными внутри шестернями, при контакте зубьев которых образуется избыточное давление масла, находящегося в полости зацепления. Чаще всего используются с наружным зацеплением, т.к. они проще в изготовлении, но перспективным является и внутреннее зацепление, как является более компактным.
Пластинчатые(лопастные) насосы
Бывают однократного действия и двухкратного. В однократном происходит один процесс всасывания и нагнетания за оборот вала, в двукратном 2 процесса всасывания и 2 нагнетания. К ним(по принципу действия) относятся насосы с роликами и бочкообразными лопатками, а также ролико- лопастные гидромоторы. Представляют собой корпус с эксцентрично расположенным на оси внутри корпуса ротора с пазами(или с симметричным ротором и эллипсоидным корпусом),в которых расположены подвижные пластины(лопасти),которые под действием центробежной силы, силы тяжести и эксцентричности ротора(или эллипсоидности корпуса) выходят из пазов и устраняют зазоры между ротором и стенкой корпуса, вследствие чего создается давление масла и нагнетание его в выходное отверстие.
Роторные гидродвигатели
Роторные гидродвигатели часто используются вследствие своей высокоточности и уравновешенности. Представляют собой ротор, с лопатками и статор с замыкающими роликами.
При движении масла происходит вращение ротора, который вершинами лопастей проворачивает замыкающие ролики и перекрывает поток жидкости в определенном направлении, вследствие чего вращение получается плавным и с очень малыми допустимыми угловыми скоростями. Они дороги в изготовлении, но очень перспективны.
Кулачково-поршневые насосы и гидродвигатели нашли очень большое применение вследствие своей надежности, высокой эффективности, а также возможности обеспечения высокого рабочего давления и высокого вращающего момента. Принцип работы заключается во вращении кулачка, который находится на валу и толкает поршень(или двигается поршнем),распределение масла осуществляется с помощью клапанов, расположенных цилиндрах или с помощью осевого распрелилителя (в случае вращающегося блока цилиндров и неподвижного вала).
Радиально-поршеные моторы
Радиально-поршеные моторы являются высомоментными, т.к. позволяют обеспечить многократность действия за счет большого количества радиально расположенных поршней, каждый из которых производит рабочий ход в своем положении эксцентрического вала.
Принцип работы
Кривошип, находящийся на валу, через шатун двигает поршень(или двигается поршнем-в случае гидромотора), распределение масла происходит благодаря системе клапанов, расположенных в цилиндрах или с помощью осевого распределителя(в случае вращающегося блока цилиндров и неподвижного вала).
Плунжерные насосы также относятся к радиально-поршневым насосам, но вместо поршней давление на эксцентрический вал там осуществляют цилиндрические цилиндрические детали свыточками- плунжера, при помощи которых осуществляется и регулирование подачи жидкости (в отличии от золотников в поршневых насосах).
Аксиально-поршневые гидродвигатели-ревирсивные машины
При максимальной частоте вращения 2500 об/мин, минимальное значение частоты вращения может составлять 20...30 об/мин. Время ускорения и замедления вала до заданной частоты-несколько сотых долей секунды определяется разновидностью с наклонной шайбой и наклонным блоком. Принцип работы заключается в следующем: в неподвижно закрепленном корпусе имеются кольцевые канавки, через которые масло подает в цилиндры и двигает поршни, которые давят на шайбу(корпус) и заставляют вращаться соединенный с ней (ним) вал, который в свою очередь соединен с механизмом.
Средства гидроавтоматизации станков ЧПУ
В данную группу входят: золотники, предохранительные клапаны, клапаны редуционные, напорные клапаны, реле давления, дросселя различных типов, распределители различных комплектаций и способов управления, регуляторы потока, панели управления, усилители.
Опишем коротко каждое устройство.
Золотники необходимы, чтобы предохранить гидросистемы от перегрузок и для осуществления регулирования напора в системе.
Аналогичной функцией обладают и предохранительные клапаны.
Редуционные клапаны предназначены для регулирования напора(давления) в гидросистеме.
Напорный клапан необходим для осуществления сброса избыточного давления в системе под действием этого же давления.
Реле давления- автоматическое устройство регулирования напора в гидросистеме.
Дроссель-это заслонка, с помощью которой регулируется напор жидкости в гидролинии.
Распределитель служит для управления потоками жидкости в заданном направлении.
Регуляторы потока нужны для обеспечения постоянного напора жидкости.
Панели управления разработаны для упрощения управлением сходных движений различных типов станков и компоновки управления по типовой взаимозаменяющейся схеме со схожими рабочими движениями.
Усилители существуют для усиление слабого входящего сигнала в более мощный выходящий, достаточный для управления рабочим элементом. Бывают нескольких видов: с дросселирующим распределителем, типа "сопло-заслонка"с шаговым серво- электродвигателем, с осевым перемещением запорного элемента. Первый тип применяется в механизмах копировальных станков(фрезерных, шлифовальных). Второй тип применяется в станках ЧПУ, где носителем программы является перфокарта(отверстия соответствует «соплу»,а плоскость карты-"заслонке").
Возможные неполадки средства гидроавтоматизации и их устранение
Для долговечной и эффективной работы гидроприводов обязательным условием является обеспечение следующих условий рабочей жидкости: очистка от загрязнений, охлаждение, поддержания необходимой вязкости, устранение утечек в соединениях. Также важным условием долговечности работы гидроприводов является обеспечение минимальных зазоров в трущихся частях, что обеспечивается технологией изготовления, сборки и эксплуатации.
На их работу очень сильно влияет вязкость минеральных масел, так с повышением температуры она уменьшается, но с добавлением специальных присадок удается сделать это снижение менее критичным и более плавным.
Перспективным направлением использования гидроприводов в станках ЧПУ является применение бесконтактных гидроподшипников(высокого давления), обеспечивающих наименьший контакт трущихся металлических частей между собой и повышении вследствие этого ресурса и долговечности сопрягающихся элементов станков.
Важным условием соблюдения таких режимов работы является надежность, быстродействие, безотказность всех систем обеспечивающих подачу давления в такие узлы станка. Особенно это актуально в высокоточных прецизионных и сверхпрецизионных станках. Это и является основной задачей инженеров- гидравликов, конструкторов гидравлического оборудования, а также промышленности.
