Электропривод станка с чпу
Электропривод – это техническая система, предназначенная для приведения в движение рабочих органов станка и целенаправленного управления рабочими процессами. К основным элементам электропривода станка с ЧПУ относят электродвигательное и преобразовательное устройства.
Электродвигательное устройство – это электрический двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую, т.е. являющийся электромеханическим преобразователем энергии. Двигатели могут различаться по виду создаваемого ими движения: вращательного, линейного, шагового, вибрационного и др. Большинство используемых электродвигателей составляют машины вращательного движения. Для передачи движения от электродвигателя к рабочему органу станка служит механическое передаточное устройство:редуктор, трансмиссия, ременная передача, канатная передача, кривошипно-шатунный механизм, передача винт-гайка и др.
Преобразовательное устройство — устройство, преобразующее электрическую энергию. Эти устройства применяются в регулируемом электроприводе для целенаправленного и экономичного изменения параметров движения электропривода: скорости, развиваемого момента и др. Поскольку электроприводы получают электрическую энергию от промышленной электрической сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В и частотой 50 Гц, для питания двигателей (например, для двигателей постоянного тока) и для их регулирования необходимо преобразование электрической энергии, поступающей из сети, в электрическую энергию того вида, который необходим данному электродвигателю. К электрическим преобразовательным устройствам относятся управляемые выпрямители, преобразователи частоты и др.
Электрическое преобразовательное устройство обычно представляет собой преобразователь, выполненный на силовых полупроводниковых приборах: неуправляемых (диоды) и управляемых (тиристоры, запираемые тиристоры, транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным входом — IGBT и др.).
Электродвигательное, передаточное и преобразовательное устройства образуют силовой канал электропривода, содержащий электрическую (сеть, преобразователь электрической энергии, электродвигатель) и механическую (подвижный элемент, например ротор и вал электродвигателя, механическая передача, рабочий орган машины) части.
Важнейшей функцией электропривода является управление преобразованной механической энергией, т. е. управление технологическим процессом. Его реализует входящее в состав электропривода информационно-управляющее устройство. Общая структура автоматизированной электромеханической системы показана на рис. 1.Штриховой линией выделены элементы системы, входящие в состав электропривода и образующие силовой и информационный каналы электропривода.
Рисунок 1 – Структурная схема автоматизированного электропривода станка с ЧПУ
Информационно-управляющее устройство состоит из аппаратов управления и защиты, осуществляющих включение, пуск, останов электропривода и защиту от аварийных и аномальных режимов работы, а также из электронных и микропроцессорных устройств управления и датчиков технологических, механических и электрических параметров, характеризующих работу электропривода. Совокупность информационных и управляющих устройств образует информационный канал электропривода,предназначенный для управления параметрами (координатами) электропривода в соответствии с требованиями технологического процесса. Важной функцией системы управления является также осуществление технологического процесса с минимальными затратами электрической энергии.
СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД
Являясь одним из основных узлов, электроприводы подачи определяют точность и производительность станков с ЧПУ. В связи с тем, что устройство ЧПУ практически безынерционно формирует сигналы управления приводом как в режиме движения по заданной траектории, так и в режиме позиционирования (остановки в заданной координате), решающее значение для обеспечения точности имеют характеристики и параметры привода подачи с учетом особенностей кинематической цепи привода.
По мере совершенствования устройств ЧПУ, повышения точности датчиков положения, увеличения жесткости и точности механических узлов станка повышаются требования к быстродействию и точности приводов подачи. Следует выделить три типа электроприводов, разработанных специально для механизмов подачи станков с ЧПУ:
• электроприводы постоянного тока с высокомоментными двигателями, имеющими возбуждение от постоянных магнитов;
• электроприводы переменного тока с синхронными (вентильными) двигателями, имеющими ротор с постоянными магнитами;
• электроприводы переменного тока с асинхронными двигателями, имеющими короткозамкнутую обмотку ротора.
Использование данных электроприводов позволяет значительно упростить конструкцию механизма подачи и исключить применение редуктора в кинематической цепи. В современных механизмах подачи станков с ЧПУ вал двигателя через муфту присоединяется к валу винта шариковинтовой пары (ШВП), а гайка ШВП жестко соединена с исполнительным органом станка (координатный стол, суппорт, револьверная головка и т.п.). Привод подачи имеет два датчика обратной связи – по скорости (тахогенератор) и по пути (круговой или линейный). В перспективных цифровых электроприводах подачи датчик скорости отсутствует, так как скорость вычисляется как отношение пути ко времени (вычисление осуществляется непосредственно в цифровой системе управления). Техогенератор всегда устанавливается на вал двигателя (некоторые двигатели подачи изготовляют со встроенным тахогенератором, и/или круговым датчиком положения, и/или электромагнитным тормозом для механической фиксации неподвижной координаты). Существуют три варианта реализации обратной связи по пути в зависимости от установки датчика (датчиков) пути в кинематической цепи привода. На рис. 1 приведены следящие приводы с полузамкнутым, замкнутым и гибридным контурами обратной связи по пути. В станках нормальной точности, обеспечивающих точность позиционирования ±10 мкм, возможно применение полузамкнутого контура обратной связи по пути. В этом случае круговой датчик пути устанавливается на вал двигателя, а ШВП не охвачена обратной связью.
Это приводит к тому, что погрешность ШВП переносится на изделие. Систематическую составляющую этой погрешности, повторяющуюся стабильно, можно компенсировать с помощью заранее программируемых компенсирующих сигналов.
В прецизионных станках непосредственно на исполнительном механизме подачи (координатный стол) станка устанавливается высокоточный линейный датчик. Такая структура является замкнутой по пути. При данной схеме зазоры в кинематической цепи и упругие деформации влияют на колебания привода. В ряде случаев, особенно в тяжелых станках с длинными кинематическими цепями, применяют схему с гибридным контуром обратной связи по пути, в которой используют два датчика: круговой, установленный на валу двигателя, и линейный, размещенный на столе станка. При этом круговой датчик служит для позиционирования, а линейный – для автоматической коррекции погрешностей кинематической цепи.
Рисунок 1 – Структурные схемы следящих электроприводов: а, б, в – с полузамкнутым, замкнутым и гибридным контурами обратной связи по пути; 1 – основной блок устройства ЧПУ; 2 – узел управления приводом; 3 – блок привода; 4 – двигатель подачи; 5 — тахогенератор Т; 6 – стол станка; 7 – круговой датчик R обратной связи по пути; 8 – линейный датчик обратной связи по пути; 9 – задание перемещения; 10 – блок программного или аппаратного сравнения; 11 – задание дополнительного перемещения; 12 – блок суммирования. |