Pemacu elektrik untuk mesin CNC

Mesin pemotong logam pelbagai fungsi moden dan robot industri dilengkapi dengan pemacu elektrik berbilang motor yang menggerakkan badan eksekutif di sepanjang beberapa paksi koordinat (Rajah 1).

Kawalan pengendalian mesin CNC dijalankan menggunakan sistem standard yang menjana arahan mengikut program yang ditakrifkan dalam bentuk digital. Penciptaan mikropengawal berprestasi tinggi dan mikrokomputer cip tunggal, yang membentuk teras CPU boleh atur cara, memungkinkan dengan bantuan mereka untuk melaksanakan banyak operasi geometri dan teknologi secara automatik, serta melaksanakan kawalan digital terus sistem pemacu elektrik dan elektro-automasi.

nasi. 1. Sistem pemacu mesin pengilangan CNC

Jenis pemacu elektrik untuk mesin CNC dan keperluan untuknya

Proses pemotongan logam dijalankan dengan pergerakan bersama bahagian yang akan diproses dan bilah alat pemotong.Pemacu elektrik adalah sebahagian daripada mesin pemotong logam, yang direka untuk melaksanakan dan mengawal proses kerja logam melalui sistem CNC.

Dalam pemprosesan, adalah kebiasaan untuk memisahkan pergerakan utama yang menyediakan proses pemotongan terkawal semasa pergerakan bersama alat dan bahan kerja, serta pergerakan tambahan yang memudahkan operasi automatik peralatan (mendekati dan menarik balik alat pemantauan, menukar alat dan dan lain-lain.).

Yang utama termasuk pergerakan pemotongan utama, yang mempunyai kelajuan dan kuasa tertinggi, yang memberikan] daya pemotongan yang diperlukan, serta pergerakan suapan, yang diperlukan untuk menggerakkan badan kerja di sepanjang trajektori spatial pada kelajuan tertentu. Untuk mendapatkan permukaan produk dengan bentuk tertentu, badan kerja mesin memberitahu bahan kerja dan alat untuk menggerakkan trajektori yang dikehendaki dengan kelajuan dan daya yang ditetapkan. Pemacu elektrik memberikan pergerakan putaran dan translasi kepada badan kerja, gabungannya, melalui struktur kinematik mesin, memberikan anjakan bersama yang diperlukan.

Tujuan dan jenis mesin kerja logam sebahagian besarnya bergantung pada bentuk bahagian yang dihasilkan (badan, aci, cakera). Keupayaan mesin pelbagai fungsi untuk menjana pergerakan alat dan bahan kerja yang diperlukan semasa pemesinan ditentukan oleh bilangan paksi koordinat dan oleh itu oleh bilangan pemacu elektrik yang saling bersambung dan struktur sistem kawalan.

Pada masa ini, pemacu dilakukan terutamanya berdasarkan kebolehpercayaan Motor AC dengan kawalan frekuensidijalankan oleh pengawal selia digital.Jenis pemacu elektrik yang berbeza dilaksanakan menggunakan modul industri biasa (Rajah 2).

nasi. 2. Gambar rajah berfungsi biasa pemacu elektrik

Komposisi minimum blok pemacu elektrik terdiri daripada blok berfungsi berikut:

• motor elektrik eksekutif (ED);

• penukar kuasa frekuensi (HRC), yang menukarkan kuasa elektrik rangkaian perindustrian kepada voltan bekalan motor tiga fasa amplitud dan frekuensi yang diperlukan;

• mikropengawal (MC) yang melaksanakan fungsi unit kawalan (CU) dan penjana tugas (FZ).

Unit industri penukar frekuensi kuasa mengandungi penerus dan penukar kuasa yang menjana voltan sinusoidal dengan parameter yang diperlukan ditentukan oleh isyarat peranti kawalan menggunakan kawalan mikropemproses suis PWM keluaran.

Algoritma untuk mengawal operasi pemacu elektrik dilaksanakan oleh mikropengawal dengan menjana arahan yang diperoleh hasil daripada membandingkan isyarat penjana tugas dan data yang diterima daripada kompleks pengkomputeran maklumat (IVC) berdasarkan pemprosesan dan analisis isyarat daripada set daripada penderia.

Pemacu penggerak utama elektrik dalam kebanyakan aplikasi mengandungi motor elektrik aruhan dengan penggulungan rotor sangkar tupai dan kotak gear sebagai transmisi mekanikal putaran ke gelendong mesin. Kotak gear sering direka sebagai kotak gear dengan peralihan gear jauh elektromekanikal.Pemacu elektrik pergerakan utama menyediakan daya pemotongan yang diperlukan pada kelajuan putaran tertentu, dan oleh itu tujuan peraturan kelajuan adalah untuk mengekalkan kuasa malar.

Julat kawalan kelajuan putaran yang diperlukan bergantung pada diameter produk yang diproses, bahannya dan banyak faktor lain. Dalam mesin CNC automatik moden, pemacu utama melaksanakan fungsi kompleks yang berkaitan dengan pemotongan benang, pemesinan bahagian diameter yang berbeza, dan banyak lagi. Ini membawa kepada keperluan untuk menyediakan julat kawalan kelajuan yang sangat besar serta penggunaan pemacu boleh balik. Dalam mesin pelbagai fungsi, julat kelajuan putaran yang diperlukan boleh beribu-ribu atau lebih.

Julat kelajuan yang sangat besar juga diperlukan dalam penyuap. Jadi, dalam pengilangan kontur anda secara teorinya harus mempunyai julat kelajuan tak terhingga, kerana nilai minimum cenderung kepada sifar pada beberapa titik. Selalunya, pergerakan pantas badan kerja di kawasan pemprosesan juga dilakukan oleh penyuap, yang sangat meningkatkan julat perubahan kelajuan dan merumitkan sistem kawalan pemacu.

Dalam penyuap, motor segerak dan motor DC tidak bersentuhan digunakan, serta dalam beberapa kes motor tak segerak. Keperluan asas berikut dikenakan kepada mereka:

• pelbagai peraturan kelajuan;

• kelajuan tinggi tinggi;

• kapasiti beban lampau yang tinggi;

• prestasi tinggi semasa pecutan dan nyahpecutan dalam mod kedudukan;

• ketepatan kedudukan yang tinggi.

Kestabilan ciri pemacu mesti dijamin di bawah variasi beban, perubahan suhu ambien, voltan bekalan dan banyak sebab lain. Ini difasilitasi oleh pembangunan sistem kawalan automatik penyesuaian rasional.

Bahagian mekanikal pemacu mesin

Bahagian mekanikal pemacu boleh menjadi struktur kinematik kompleks yang mengandungi banyak bahagian berputar pada kelajuan yang berbeza. Unsur-unsur berikut biasanya dibezakan:

• pemutar motor elektrik yang menghasilkan tork (berputar atau brek);

• penghantaran mekanikal, t, s. sistem yang menentukan sifat pergerakan (putaran, translasi) dan mengubah kelajuan pergerakan (pengurangan);

• badan kerja yang menukarkan tenaga pergerakan kepada kerja yang berguna.

Penjejakan pemacu tak segerak bagi gerakan utama mesin pemotong logam

Pemacu elektrik boleh laras moden bagi pergerakan utama mesin kerja logam CNC terutamanya berdasarkan motor tak segerak dengan penggulungan pemutar sangkar, yang telah difasilitasi oleh banyak faktor, antaranya perlu diperhatikan peningkatan asas maklumat asas dan elektronik kuasa.

Peraturan mod motor arus ulang-alik dilakukan dengan menukar frekuensi voltan bekalan menggunakan penukar kuasa, yang, bersama-sama dengan peraturan frekuensi, mengubah parameter lain.

Ciri-ciri pemacu elektrik pengesan sebahagian besarnya bergantung pada kecekapan ACS terbina dalam.Penggunaan mikropengawal berprestasi tinggi telah menyediakan peluang yang luas untuk mengatur sistem kawalan pemacu elektrik.

nasi. 3. Struktur kawalan biasa motor aruhan menggunakan penukar frekuensi

Pengawal pemacu menjana urutan nombor untuk suis kuasa yang mengawal operasi motor elektrik. Pengawal automasi menyediakan ciri yang diperlukan dalam mod mula dan berhenti, serta pelarasan automatik dan perlindungan peralatan.

Bahagian perkakasan sistem pengkomputeran juga mengandungi: - penukar analog-digital dan digital-analog untuk memasukkan isyarat daripada sensor dan mengawal operasinya;

• modul input dan output untuk isyarat analog dan digital, dilengkapi dengan peralatan antara muka dan penyambung kabel;

• blok antara muka yang melakukan penghantaran data antara modul dalaman dan komunikasi dengan peralatan luaran.

Sebilangan besar tetapan penukar frekuensi, yang diperkenalkan oleh pemaju, dengan mengambil kira data terperinci motor elektrik tertentu, menyediakan prosedur kawalan tertentu, di antaranya boleh diperhatikan:

• peraturan kelajuan pelbagai peringkat,

• had frekuensi atas dan bawah,

• had tork,

• brek dengan membekalkan arus terus ke salah satu fasa motor,

• perlindungan beban lampau, tetapi sekiranya berlaku beban lampau dan terlalu panas, menyediakan mod penjimatan kuasa.

Memandu berdasarkan motor DC tanpa sentuh

Pemacu alat mesin mempunyai keperluan yang tinggi untuk julat kawalan kelajuan, kelinearan ciri kawalan dan kelajuan, kerana ia menentukan ketepatan kedudukan relatif alat dan bahagian, serta kelajuan pergerakannya.

Pemacu kuasa dilaksanakan terutamanya berdasarkan motor DC, yang mempunyai ciri kawalan yang diperlukan, tetapi pada masa yang sama, kehadiran pengumpul berus mekanikal dikaitkan dengan kebolehpercayaan yang rendah, kerumitan penyelenggaraan dan tahap gangguan elektromagnet yang tinggi.

Perkembangan elektronik kuasa dan teknologi pengkomputeran digital menyumbang kepada penggantian mereka dalam pemacu elektrik dengan motor arus terus tanpa sentuh, yang memungkinkan untuk meningkatkan ciri tenaga dan meningkatkan kebolehpercayaan alat mesin. Walau bagaimanapun, motor tanpa sentuh agak mahal disebabkan oleh kerumitan sistem kawalan.

Tetapi prinsip operasi motor tanpa berus adalah mesin elektrik arus terus dengan induktor magnetoelektrik pada pemutar dan belitan angker pada stator. Bilangan belitan stator dan bilangan kutub magnet pemutar dipilih bergantung pada ciri-ciri motor yang diperlukan. Menambahnya membantu meningkatkan tunggangan dan pengendalian, tetapi membawa kepada reka bentuk enjin yang lebih kompleks.

Apabila memandu mesin pemotong logam, struktur dengan tiga belitan angker, dibuat dalam bentuk beberapa bahagian yang disambungkan, dan sistem pengujaan magnet kekal dengan beberapa pasang tiang digunakan terutamanya (Rajah 4).

nasi. 4. Gambar rajah fungsi motor DC tanpa sentuh

Tork terbentuk disebabkan oleh interaksi fluks magnet yang dicipta oleh arus dalam belitan stator dan magnet kekal pemutar. Arah malar bagi momen elektromagnet dipastikan oleh komutasi yang sesuai dibekalkan kepada belitan stator dengan arus terus. Urutan sambungan belitan stator ke sumber U dilakukan dengan menggunakan suis semikonduktor kuasa, yang dihidupkan di bawah tindakan isyarat daripada pengedar nadi apabila membekalkan voltan daripada penderia kedudukan rotor.

Dalam tugas mengawal selia mod operasi pemacu elektrik motor DC tidak bersentuhan, isu-isu yang saling berkaitan berikut dibezakan:

• pembangunan algoritma, kaedah dan cara mengawal penukar elektromekanikal dengan menjejaskan kuantiti fizikal yang tersedia untuk pengukuran;

• mewujudkan sistem kawalan pemacu automatik menggunakan teori dan kaedah kawalan automatik.

Pemacu elektro-hidraulik berdasarkan motor stepper

Dalam alatan mesin moden, pemacu elektro-hidraulik (EGD) bersama adalah separa biasa, di mana isyarat elektrik diskret yang datang daripada sistem CNC elektronik ditukarkan oleh motor elektrik segerak kepada putaran aci. Tork yang dibangunkan di bawah tindakan isyarat pengawal pemacu (CP) sistem CNC daripada motor elektrik (EM) ialah nilai input untuk penguat hidraulik yang disambungkan melalui penghantaran mekanikal (MP) ke badan eksekutif (IO) daripada alat mesin (Gamb. 5).

nasi. 5. Skim fungsi pemacu elektro-hidraulik

Putaran terkawal pemutar motor elektrik melalui transformasi input (VP) dan injap hidraulik (GR) menyebabkan putaran aci motor hidraulik (GM). Untuk menstabilkan parameter penguat hidraulik, maklum balas dalaman biasanya digunakan.

Dalam pemacu elektrik mekanisme dengan sifat mula-henti pergerakan atau pergerakan berterusan, motor stepper (SM) telah menemui aplikasi, yang dikelaskan sebagai jenis motor elektrik segerak. Motor stepper teruja nadi paling sesuai untuk kawalan digital langsung yang digunakan dalam kawalan CNC.

Pergerakan pemutar yang berselang-seli (stepwise) pada sudut putaran tertentu untuk setiap nadi memungkinkan untuk mendapatkan ketepatan kedudukan yang cukup tinggi dengan julat variasi kelajuan yang sangat besar dari hampir sifar.

Apabila anda menggunakan motor stepper dalam pemacu elektrik, ia dikawal oleh peranti yang mengandungi pengawal logik dan suis (Rajah 6).

nasi. 6. Peranti kawalan motor stepper

Di bawah tindakan arahan kawalan pemilihan saluran, pengawal pemacu CNC menjana isyarat digital untuk mengawal suis transistor kuasa, yang dalam urutan yang diperlukan menghubungkan voltan DC ke belitan stator. Untuk mendapatkan nilai kecil anjakan sudut dalam satu langkah α = π / p, magnet kekal dengan sebilangan besar pasangan kutub p diletakkan pada pemutar.