Мехатронные узлы

На базе мехатронных модулей разрабатываются станки нового поколения, оснащенные электроприводами прямого действия (Direct Drive), в конструкциях которых отсутствуют промежуточные кинематические звенья (редукторы, коробки передач, устройства преобразования вращательного движения в линейное и др.). Преимущества двигателей прямого действия наиболее ярко проявляются в высокоточных и динамичных электроприводах. Отсутствие механических передач позволяет исключить кинематические погрешности движения, связанные с геометрией зубчатого зацепления, с люфтами и пр. Для приводов прямого действия используются сверхвысокомоментные двигатели вращательного движения или линейные двигатели с большим тяговым усилием. Для механизмов, в которых рабочий орган совершает линейные движения (механизмы подачи металлорежущих станков, манипуляторов и др.), а также для механизмов возвратно-поступательного движения, например поршневых насосов, весьма перспективным стало использование приводов прямого действия на базе асинхронных, синхронных и шаговых линейных двигателей.

Существенно более высокие технические характеристики электроприводов подачи с линейными двигателями (максимальная скорость до 200 м/мин, ускорение до 5g, длина перемещения не ограничивается) позволяют создать принципиально новые компоновки станков и реализовать концепции высоких технологий: высокоскоростную обработку, субмикронную обработку и др. Высокая управляемость линейных двигателей обеспечивается использованием для их питания преобразователей частоты или полупроводниковых коммутаторов тока на базе транзисторов.

Мехатронный модуль вращательного главного движения станков — это высокоскоростной электродвигатель главного движения, на роторе которого смонтирован шпиндель станка. Конструкция и элементы такого шпиндельного узла, называемого мотор-шпинделем, предназначенного для скоростной обработки, существенно отличаются от традиционных решений. В конструкциях привода главного движения высокоскоростных станков при максимальных частотах вращения шпинделя более 10 000 мин-1 практически невозможно использовать электродвигатель с механическими передачами. Поэтому в этих станках применяются устройства типа мотор-шпинделя, которые относятся к приводу прямого действия. Режущий инструмент с оправкой крепится с передней части мотор-шпинделя. Статор электродвигателя размещается в корпусе шпиндельного узла и приводит во вращение ротор. В мотор-шпинделях применяется система эффективного охлаждения электродвигателя и шпиндельных опор. Датчики частоты вращения, положения ротора и температуры передают сигналы в систему ЧПУ по каналам связи, разъемы которых находятся на левом торце шпиндельного узла.