Електрични погони за ЦНЦ машине

Савремене мултифункционалне машине за сечење метала и индустријски роботи опремљени су вишемоторним електричним погонима који покрећу извршна тела дуж више координатних оса (сл. 1).

Контрола рада ЦНЦ машине се врши помоћу стандардних система који генеришу команде у складу са програмом дефинисаним у дигиталном облику. Стварање микроконтролера високих перформанси и микрорачунара са једним чипом, који чине програмабилно ЦПУ језгро, омогућило је уз њихову помоћ аутоматско обављање многих геометријских и технолошких операција, као и директну дигиталну контролу електропогонског система и електро-аутоматизација.

Пиринач. 1. Погонски систем ЦНЦ глодалице

Врсте електричних погона за ЦНЦ машине и захтеви за њих

Процес сечења метала врши се међусобним кретањем дела који се обрађује и сечива резног алата.Електрични погони су део машина за сечење метала, који су дизајнирани да изводе и регулишу процесе обраде метала преко ЦНЦ система.

У обради је уобичајено да се одвоје главни покрети који обезбеђују контролисане процесе резања при међусобном кретању алата и радног предмета, као и помоћни покрети који олакшавају аутоматски рад опреме (прилазак и повлачење алата за праћење, мењање алата и итд.).

У главне спадају главни покрет резања, који има највећу брзину и снагу, који обезбеђује] потребну силу резања, као и кретање помака, које је неопходно за кретање радног тела по просторној путањи при датој брзини. Да би се добила површина производа датог облика, радна тела машине говоре радном предмету и алату да померају жељену путању са задатом брзином и силом. Електрични погони дају обртна и транслациона кретања радним телима, чије комбинације кроз кинематичку структуру машина обезбеђују неопходна међусобна померања.

Намена и врста машине за обраду метала у великој мери зависи од облика произведеног дела (тело, осовина, диск). Способност мултифункционалне машине да генерише померања алата и обрадака потребна током обраде одређена је бројем координатних оса, а самим тим и бројем међусобно повезаних електричних погона и структуром контролног система.

Тренутно се погони углавном изводе на основу поузданих Мотори на наизменичну струју са контролом фреквенцијеспроводе дигитални регулатори.Различити типови електричних погона се реализују коришћењем типичних индустријских модула (слика 2).

Пиринач. 2. Типични функционални дијаграм електричног погона

Минимални састав блокова електричног погона састоји се од следећих функционалних блокова:

• извршни електромотор (ЕД);

• фреквентни претварач снаге (ХРЦ), који претвара електричну снагу индустријске мреже у трофазни напон напајања мотора потребне амплитуде и фреквенције;

• микроконтролер (МЦ) који обавља функције управљачке јединице (ЦУ) и генератора задатака (ФЗ).

Индустријска јединица енергетског фреквентног претварача садржи исправљач и претварач снаге који генеришу синусни напон са потребним параметрима одређеним сигналима управљачког уређаја помоћу микропроцесорске контроле излазног ПВМ прекидача.

Алгоритам за управљање радом електромотора имплементира микроконтролер генерисањем команди добијених као резултат поређења сигнала генератора задатака и података добијених из информационо-рачунарског комплекса (ИВЦ) на основу обраде и анализе сигнали из комплета од сензора.

Електрични погон главног покретача у већини примена садржи индукциони електромотор са кавезним намотајем ротора и мењач као механички пренос ротације на вретено машине. Мењач је често дизајниран као мењач са електромеханичким даљинским мењањем степена преноса.Електрични погон главног покрета обезбеђује потребну силу резања при одређеној брзини ротације, те је стога сврха регулације брзине одржавање константне снаге.

Потребан опсег контроле брзине ротације зависи од пречника обрађених производа, њихових материјала и многих других фактора. У савременим аутоматизованим ЦНЦ машинама, главни погон обавља сложене функције везане за сечење навоја, машинску обраду делова различитих пречника и још много тога. Ово доводи до потребе да се обезбеди веома велики опсег контроле брзине као и коришћење реверзибилног погона. У мултифункционалним машинама, потребан опсег брзине ротације може бити хиљаде или више.

У хранилицама су такође потребни веома велики распони брзине. Дакле, у контурном глодању би теоретски требало да имате бесконачан опсег брзине, пошто минимална вредност тежи нули у неким тачкама. Често се брзо померање радних тела у зони обраде врши и помоћу додавача, што у великој мери повећава опсег промене брзине и компликује системе управљања погоном.

У фидерима се користе синхрони мотори и бесконтактни ДЦ мотори, као и у неким случајевима асинхрони мотори. За њих се примењују следећи основни захтеви:

• широк опсег регулације брзине;

• велика максимална брзина;

• висок капацитет преоптерећења;

• високе перформансе током убрзања и успоравања у режиму позиционирања;

• висока тачност позиционирања.

Стабилност карактеристика погона мора бити гарантована под варијацијама оптерећења, променама температуре околине, напона напајања и многим другим разлозима. Ово је олакшано развојем рационалног адаптивног система аутоматског управљања.

Механички део погона машине

Механички део погона може бити сложена кинематичка структура која садржи много делова који се ротирају различитим брзинама. Обично се разликују следећи елементи:

• ротор електромотора који ствара обртни момент (ротирајући или кочни);

• механички преносник, т, с. систем који одређује природу кретања (ротациони, транслаторни) и мења брзину кретања (редуктор);

• радно тело које енергију кретања претвара у користан рад.

Асинхрони погон за праћење главног кретања машине за сечење метала

Савремени подесиви електрични погон главног покрета ЦНЦ машина за обраду метала углавном се заснива на асинхроним моторима са намотајем кавезног ротора, чему су допринели многи фактори, међу којима треба истаћи побољшање елементарне информационе базе и уређаји на струју.

Регулација режима рада мотора наизменичне струје врши се променом фреквенције напона напајања помоћу претварача снаге, који уз регулацију фреквенције мења и друге параметре.

Карактеристике електричног погона за праћење у великој мери зависе од ефикасности уграђеног АЦС-а.Употреба микроконтролера високих перформанси пружила је широке могућности за организовање система управљања електричним погоном.

Пиринач. 3. Типична управљачка структура индукционог мотора помоћу фреквентног претварача

Контролер погона генерише низове бројева за прекидач за напајање који регулише рад електромотора. Контролер аутоматизације обезбеђује потребне карактеристике у режиму стартовања и заустављања, као и аутоматско подешавање и заштиту опреме.

Хардверски део рачунарског система садржи и: - аналогно-дигиталне и дигитално-аналогне претвараче за унос сигнала са сензора и контролу њиховог рада;

• улазни и излазни модули за аналогне и дигиталне сигнале, опремљени опремом за интерфејс и кабловским конекторима;

• блокови интерфејса који врше интерни интермодулни пренос података и комуникацију са спољном опремом.

Велики број подешавања фреквентног претварача, које је увео програмер, узимајући у обзир детаљне податке одређеног електромотора, обезбеђује одређене контролне процедуре, међу којима се може приметити:

• вишестепена регулација брзине,

• горња и доња граница фреквенције,

• ограничење обртног момента,

• кочење довођењем једносмерне струје у једну од фаза мотора,

• заштита од преоптерећења, али у случају преоптерећења и прегревања, обезбеђивање режима уштеде енергије.

Погон на бази бесконтактних ДЦ мотора

Погони машина алатки имају високе захтеве за опсег регулације брзине, линеарност управљачких карактеристика и брзину, јер одређују тачност релативног позиционирања алата и дела, као и брзину њиховог кретања.

Енергетски погони су реализовани углавном на бази ДЦ мотора, који су имали потребне управљачке карактеристике, али је истовремено присуство механичког колектора четкица било повезано са ниском поузданошћу, сложеношћу одржавања и високим нивоом електромагнетних сметњи.

Развој енергетске електронике и дигиталних рачунарских технологија допринео је њиховој замени у електричним погонима са бесконтактним моторима једносмерне струје, што је омогућило побољшање енергетских карактеристика и повећање поузданости машина алатки. Међутим, бесконтактни мотори су релативно скупи због сложености контролног система.

Али принцип рада мотора без четкица је електрична машина једносмерне струје са магнетоелектричним индуктором на ротору и намотајима арматуре на статору. Број намотаја статора и број полова магнета ротора бирају се у зависности од потребних карактеристика мотора. Њихово повећање помаже побољшању вожње и управљања, али доводи до сложенијег дизајна мотора.

При погону металорезачких машина углавном се користи конструкција са три арматурна намотаја, направљена у виду више повезаних секција, и побудни систем трајних магнета са неколико пари полова (сл. 4).

Пиринач. 4. Функционални дијаграм бесконтактног ДЦ мотора

Обртни момент се формира услед интеракције магнетних флуксова створених струјама у намотајима статора и трајним магнетима ротора. Стални правац електромагнетног момента обезбеђује се одговарајућом комутацијом која се напаја једносмерном струјом на намотаје статора. Редослед повезивања намотаја статора на извор У врши се помоћу енергетских полупроводничких прекидача, који се пребацују под дејством сигнала из разводника импулса при напајању напона са сензора положаја ротора.

У задатку регулисања режима рада електромотора бесконтактних ДЦ мотора разликују се следећа међусобно повезана питања:

• развој алгоритама, метода и средстава управљања електромеханичким претварачем утицајем на физичке величине доступне за мерење;

• креирање система аутоматског управљања погоном коришћењем теорије и метода аутоматског управљања.

Електрохидраулични погон на бази корачног мотора

У савременим алатним машинама су полууобичајени зглобни електрохидраулички погони (ЕГД), у којима се дискретни електрични сигнали који долазе из електронског ЦНЦ система претварају синхроним електромоторима у ротацију вратила. Обртни момент који се развија под дејством сигнала погонског контролера (ЦП) ЦНЦ система од електромотора (ЕМ) је улазна вредност за хидраулични појачавач повезан преко механичког преносника (МП) на извршно тело (ИО) алатне машине (сл. 5).

Пиринач. 5. Функционална шема електрохидрауличког погона

Контролисана ротација ротора електромотора помоћу улазне трансформације (ВП) и хидрауличког вентила (ГР) изазива ротацију вратила хидрауличног мотора (ГМ). Да би се стабилизовали параметри хидрауличког појачавача, обично се користи интерна повратна спрега.

У електричним погонима механизама са старт-стоп природом кретања или континуираним кретањем, нашли су примену корачни мотори (СМ), који су класификовани као тип синхроних електромотора. Корачни мотори са импулсном побудом су најпогоднији за директну дигиталну контролу која се користи у ЦНЦ контроли.

Интермитентно (степено) кретање ротора под одређеним углом ротације за сваки импулс омогућава да се добије довољно висока тачност позиционирања са веома великим опсегом варијације брзине од скоро нуле.

Када користите корачни мотор у електричном погону, њиме управља уређај који садржи логички контролер и прекидач (слика 6).

Пиринач. 6. Уређај за управљање корачним мотором

Под дејством контролне команде за избор канала, контролер ЦНЦ погона генерише дигиталне сигнале за управљање прекидачем транзистора снаге, који у потребном редоследу повезује једносмерни напон са намотајима статора. Да би се добиле мале вредности угаоног померања у једном кораку α = π / п, на ротор се поставља трајни магнет са великим бројем парова полова п.