Электрошпиндель

(57) Использование: область обработки металлов резанием, в качестве ручного инструмента для обработки материала или в качестве самостоятельного элемента металлообрабатывающего станка. Сущность изобретения: электрошпиндель содержит пзлый корпус с установленным в нем электроприводом, валом, кинематически связанным с приводным валом электропривода, и опорами вала электрошпинделя, а также Механизм закрепления режущего инструМента, установленный на валу электроапинделя, крыльчатку, размещенную в Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовайо в качестве ручного инструмента для обработки металла или в качестве самостоятельного элемента металлообрабатывающего станка.Целью изобретения является повышение производительности и чистоты обрабатываемой поверхности путем стабилизации скоростного режима работы электрошпинделя и контроля параметров режима резания,На фиг,1 представлена конструктивная схема электрошпинделя; на фиг.2 - функцифнальная схема устройства управления,Электрошпиндель содержит полый корпус 1 с электроприводом 2, валом 3, кинематически связанным с приводным валом 4 нагнетательной полости корпуса и устан ленную наприводном валу электропривода, канал охлаждения режущего инструмента, сообщенный с нагнетательной полостью корпуса. Устройство управления электро- шпинделем включает датчики тока и частоты вращения вала электрошпинделя, три источника питания; преобразователи переменного тока в постоянный, дешифраторы, пороговые элементы, компаратор, фильтры и полосовые фильтры, передатчик и приемник информационного канала, линии связи и блоки световой и звуковой индикации параметров режима резания, Цепочка обратной связи по току нагрузки электропривода позволяет стабилизировать скоростной режим работы независимо от изменения усилия резания и информировать оператора об отклонениях текущего режима от заданного. 2 ил. электропривода, и опорами 5 вала. На валу электрошпинделя закреплен сменный механизм 6 закрепления режущего инструмента, а на приводном валу 4 - крыльчатка 7, размещенная в нагнетательнай полости 8, выполненной в корпусе 1 электрошпинделя, с которой сообщен канал 9 охлаждения режущего инструмента, по которому к режущему инструменту, например фрезе, поступает обдувочный воздух из нагнетательной полости 8.Устройство 10 управления имеет в своем составе первый источник 11 питания, выполненный в виде тиристорного регулятора 12 напряжения и развязыьающего трансформатора 13, включенного на выходе тиристорного регулятора 12, вход питаниякоторого через первый фильтр 14 подключен к сети переменного тока, второй источник 15 питания, выполненный в виде блока стабилизированного напряжения, выходы которого подключены к шинам питания схем дистанционного пульта устройства.Выход трансформатора 13 через первый преобразователь 16 переменного тока в постоянный, датчик 17 тока нагрузки и второй фильтр 18 подключен. к линии,19 связи с электродвигателем 20 электропривода 2. На валу установлен датчик 21 частоты вращения вала 3 электрошпинделя, выход которого подключен на первый вход передатчика 22, второй вход которого подключен к выходу задатчика 23, первый вход последнего подключен (через выключатель - условно не показано) к потенциометру задания частоты вращения вэлэ электрошпинделя, установленного на корпусе, а второй вход - к выходу блока 24 формирования сигнала "Пуск" и "Останов", который может быть выполнен в виде ЯЗ-триггера.Передатчик 22 может быть выполнен в виде генератора высокой частоты (6,5 МГц), подключенного к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к выходу сумматора, а входы последнего совмещены с входами передатчика 22, Выход пеРедатчика 22 через усилитель включен в линию связи с приемником 25 высокочастотного сигнала, Выход приемника 25 подключен через первый полосовой фильтр 26, второй преобразователь 27 переменного тока в постоянный к первому входу первого дешифратора 28, а через второй полосовой фильтр 29, третий преобразователь ЗО переменного тока в постоянный и второй дешифратор 31 - к первому входу компарэторэ 32, второй вход которого подключен к выходу дешифратора 28, а выход - к первому входу блока 33 управления тиристорным регулятором 12. Дешифратор 28 выполнен с тремя входами, причем второй и третий входы служат для подключения, через соответствующий коммутирующий элемент, к блоку задания частоты вращения вала электро- шпинделя, размещенного соответственно или на пульте дистанционного управления или в ручке электрошпинделя (преимущественно при использовании электрошпинделя в качестве ручного инструмента) или в выходном блоке управляющей электронно- вычислительной машины. В этом случае второй выход датчика 17 включается нэ "вход" управляющей электронно-вычислительной машины. Первый выход датчика 17 подключен к входам первого и второго пороговых элементов 34 и 35 и входу первого генератора 36. Первый выход порогового элемента 34 подключен к второму входу блока 33,Первый выход порогового элемента 35 подключен ко входу второго генератора 37, выход которого подключен ко второму входу5 усилителя 38, первый вход которого подключен к выходу первого генератора 36, Усилитель 38 выполнен с третьим входом дляподключения к задатчику коэффициентаусиления, а на выходе усилителя 38 включен10 блок звуковой индикации, выполненный ввиде динамика. Вторце выходы элементов34 и 35 подключены ка входам первого ивторого блоков световой индикации.В пульте дистанционного управления15 электрошпинделем размещен модулятор39, подключенный через линию связи ковходу третьего источника 40 питания, выполненного в виде выпрямителя и блока стабилизированного напряжения, выходы20 которого подключены к винам питаниясхем, размещенных в корпусе 1 электрошпинделя,Датчик 21, блок 24, эадатчик 23, передатчик 22 и третий источник 40 питания размещены в корпусе 1 электрошпинделя иподключены к элементам дистанционногопульта через линию связи.Электрошпиндель работает следующимобразом,30 Производят установку задания частотывращения вала электрошпинделя по одномуиз трех возможных каналов: потенциометром задания, установленным на корпусе 1электрошпинделя (ручное управление); с35 пульта дистанционного управления от блока задания (дистэнционное управление); от, управляющей электронно-вычислительноймашины (программное управление),При этом по сигналу задания на одном40 из входов дешифратора 28 нэ его выходе. формируется код, соответствующий уставкечастоты вращения вала электрошпинделя.При ручном управлении сигнал от задатчика 23 поступает на первый вход дешифра 45 тора 28 через передатчик 22, линию 19связи, приемник 25, фильтр 26 и преобразователь 27. В начальный момент времени.после установки сигнала "Пуск", сигнал навыходе датчика 21 отсутствует, поэтому сиг 50 нал на выходе передатчика 22 имеет толькоодну составляющую, амплитуда которойпропорциональна сигналу уставки частотывращения вала злектрошпинделя. В приемнике 25 указанный сигнал демодулируется и55 поступает на входы полосовцх фильтров 26и 29.Поскольку высокочастотная составляющая сигнала на входе фильтра 29 в моментпуска отсутствует, то на его выходе и первомвходе компаратора 32 присутствует нулевой5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигнал. Фильтр 26 обеспечивает фильтрацию сигнала с выхода приемника 25 от помех и.выделение переменной составляющей указанного сигнала, наличие которой обусловлено изменением сигнала уставки от потенциометра задания. На выходе преобразователя 27 формируется импульсный сигнал постоянного уровня, соответствующий величине уставки частоты вращения вала электрошпинделя, который преобразуется в дешифраторе 28 в соответствующий уровень сигнала, поступающий на второй вход компаратора 32, При этом на выходе блока 33 формируется сигнал, обеспечивающий минимальный угол задержки открытия тиристоров регулятора 12 относительно "нуля" синусоиды питающего напряжения, и максимальное значение, для данного режима работы электрошпинделя, напряжения и тока электродвигателя 20, что обеспечивает выход на режим рабочих оборотов электрошпинделя за минимально возможное (для заданного режима) время. Ограничение минимального угла задержки открытия тиристоров (максимального значения пускового тока электродвигателя 20) обеспечивается по сигналу с выхода порогового элемента 34, формируемым при превышении тока нагрузки электродвигателя 20 заданной величины.При работе электрошпинделя на выходе датчика 21 формируется частотный сигнал, соответствующий текущей величине частоты вращения вала электрошпинделя, при этом на выходе передатчика 22 формируется сигнал с несущей частотой 6,5 МГц, имеющий две составляющие, амплитудная модуляция по коэффициенту заполнения первой из которых определяется величиной сигнала на выходе задатчика 23, а амплитудная модуляция второй - имеет фиксированную величину, равную величине "размаха" сигнала датчика 21, Частота изменения второй составляющей соответствует измеряемой частоте вращения вала электрошпинделя.Демодулированный сигнал, имеющий высокочастотную составляющую, определяеглую оборотами вала злектрошпинделя, и низкочастотную составляющую, определяе, мую сигналом уставки оборотов, поступает с выхода приемника 25 на входы фильтров 26 и 29, Фильтр 29 выделяет только высокочастотную составляющую сигнала, которая преобразуется в сигнал постоянного уровня (импульсный) в преобразователе 30, а затем в код, соответствующий текущей величине частоты вращения вала электрошпинделя, в дешифраторе 31. Формирование сигнала уставки оборотов вала электрошпинделя обеспечивается элементами 26,27 и 28 аналогичным описанному выше образом.На выходе компаратора 32 формируется сигнал, соответствующий разности уровней сигналов, соответствующих заданному и текущему значениям частоты оборотов вала электрошпинделя, поступающий на вход блока 33 управления тиристорным регулятором 12. Величина и знак сигнала на выходе компаратора 32 определяют величину и направление изменения угла открытия тиристоров регулятора 12, а следовательно, и величину напряжения и тока электродвигателя 20. Изменение тока, а следовательно, и момента на валу электродвигателя 20 обеспечивает поддержание частоты вращения вала электрошпинделя на заданном уровне независимо от величины нагрузки (глубины резания, обрабатываемого материала, скорости подачи и т.п.). Коррекция угла эадержки открытия тиристоров регулятора 12 блоком 33 осуществляется при превышении тока нагрузки электродвигателя 20 заданного уровня по сигналу, формируемому пороговым элементом 34, что обеспечивает исключение аварийных режимов работы электрошпинделя и повышает надежность его работы в целом, Кроме того, в случае превышения параметров режима работы электрошпинделя преде ьно допустимых,сигнал на выходе порогового элемента 34 обеспечивает включение предупредительной световой сигнализации,Таким образом, система стабилизации частоты вращения вала электрошпинделя изменяет развиваемый электродвигателем момент в соответствии с потребным моментом на режущем инструменте.Контроль за параметрагли режигла резания осуществляется в контуре обратной связи по току нагрузки электродвигателя 20 (усилию резания) с выходом на звуковой канал. При этом, если параметры режима резания, например глубина захода режущего инструмента, соответст- ют допустимым значениям, то на выходе порогового элемента 35 присутствует нулевой сигнал и второй генератор 37 - заторможен, а сигнал на выходе усилителя 38 имеет только одну гикусоидальную составляющую, формируемую первым генератором 36.Частота синусоидального сигнала на выходе генератора 36 регулируется по сигналу датчика 17 тока, т,е, пропорциональна моменту на валу 3 электрошпинделя и усилию резания. При превышении допустимого усилия резания и соответствующего ему увеличению тока нагрузки, на вьходе порогового элемента 35 фоомируется отличный от нуля сигнал, запускающий генератор 37.1838048 Составитель Ю.Розн Техред М.Моргентал ова Редакто орректор аказ 2887 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101