Mga electric drive para sa mga CNC machine

Ang mga modernong multifunctional na metal-cutting machine at mga robot na pang-industriya ay nilagyan ng mga multi-motor na electric drive na nagpapagalaw sa mga executive body kasama ang ilang coordinate axes (Fig. 1).

Ang kontrol sa pagpapatakbo ng isang CNC machine ay isinasagawa gamit ang mga karaniwang sistema na bumubuo ng mga utos alinsunod sa isang programa na tinukoy sa digital form. Ang paglikha ng mga high-performance microcontrollers at single-chip microcomputers, na bumubuo sa programmable CPU core, ay naging posible sa kanilang tulong na awtomatikong magsagawa ng maraming geometric at teknolohikal na operasyon, pati na rin upang magsagawa ng direktang digital na kontrol ng electric drive system at electro-automation.

kanin. 1. Drive system ng CNC milling machine

Mga uri ng electric drive para sa mga CNC machine at mga kinakailangan para sa kanila

Ang proseso ng pagputol ng metal ay isinasagawa sa pamamagitan ng magkaparehong paggalaw ng bahaging ipoproseso at ang talim ng cutting tool.Ang mga electric drive ay bahagi ng mga metal cutting machine, na idinisenyo upang gumanap at ayusin ang mga proseso ng metalworking sa pamamagitan ng isang CNC system.

Sa pagproseso, kaugalian na paghiwalayin ang mga pangunahing paggalaw na nagbibigay ng mga kinokontrol na proseso ng pagputol sa panahon ng magkaparehong paggalaw ng tool at workpiece, pati na rin ang mga pantulong na paggalaw na nagpapadali sa awtomatikong operasyon ng kagamitan (lumalapit at nag-withdraw ng mga tool sa pagsubaybay, pagbabago ng mga tool at atbp.).

Kasama sa mga pangunahing ang pangunahing paggalaw ng pagputol, na may pinakamataas na bilis at kapangyarihan, na nagbibigay] ng kinakailangang puwersa ng pagputol, pati na rin ang paggalaw ng feed, na kinakailangan upang ilipat ang nagtatrabaho na katawan sa isang spatial na tilapon sa isang naibigay na bilis. Upang makuha ang ibabaw ng produkto na may isang tiyak na hugis, ang mga gumaganang katawan ng makina ay nagsasabi sa workpiece at ang tool upang ilipat ang nais na tilapon na may isang nakatakdang bilis at puwersa. Ang mga electric drive ay nagbibigay ng mga rotational at translational na paggalaw sa mga nagtatrabaho na katawan, ang mga kumbinasyon nito, sa pamamagitan ng kinematic na istraktura ng mga makina, ay nagbibigay ng mga kinakailangang pag-alis sa isa't isa.

Ang layunin at uri ng metalworking machine ay higit na nakasalalay sa hugis ng ginawang bahagi (katawan, baras, disc). Ang kakayahan ng isang multifunction machine na makabuo ng tool at mga paggalaw ng workpiece na kinakailangan sa panahon ng machining ay tinutukoy ng bilang ng mga coordinate axes at samakatuwid ay sa pamamagitan ng bilang ng mga magkakaugnay na electric drive at ang istraktura ng control system.

Sa kasalukuyan, ang mga drive ay pangunahing ginagawa sa batayan ng maaasahan Mga AC motor na may kontrol sa dalasisinasagawa ng mga digital regulator.Ang iba't ibang uri ng mga electric drive ay ipinatupad gamit ang mga tipikal na pang-industriyang module (Larawan 2).

kanin. 2. Karaniwang functional diagram ng isang electric drive

Ang pinakamababang komposisyon ng mga bloke ng electric drive ay binubuo ng mga sumusunod na bloke ng pagganap:

• executive electric motor (ED);

• frequency power converter (HRC), na nag-convert ng elektrikal na kapangyarihan ng pang-industriyang network sa isang tatlong-phase na boltahe ng supply ng motor ng kinakailangang amplitude at dalas;

• isang microcontroller (MC) na gumaganap ng mga function ng isang control unit (CU) at isang task generator (FZ).

Ang pang-industriya na yunit ng power frequency converter ay naglalaman ng isang rectifier at isang power converter na bumubuo ng isang sinusoidal na boltahe na may mga kinakailangang parameter na tinutukoy ng mga signal ng control device gamit ang microprocessor control ng output PWM switch.

Ang algorithm para sa pagkontrol sa pagpapatakbo ng electric drive ay ipinatupad ng microcontroller sa pamamagitan ng pagbuo ng mga command na nakuha bilang resulta ng paghahambing ng mga signal ng task generator at ang data na natanggap mula sa information-computing complex (IVC) batay sa pagproseso at pagsusuri ng signal mula sa isang set mula sa mga sensor.

Ang electric prime mover drive sa karamihan ng mga application ay naglalaman ng induction electric motor na may squirrel-cage rotor winding at isang gearbox bilang mechanical transmission ng rotation sa machine spindle. Ang gearbox ay madalas na idinisenyo bilang isang gearbox na may electromechanical remote gear shifting.Ang electric drive ng pangunahing kilusan ay nagbibigay ng kinakailangang puwersa ng pagputol sa isang tiyak na bilis ng pag-ikot, at samakatuwid ang layunin ng regulasyon ng bilis ay upang mapanatili ang patuloy na kapangyarihan.

Ang kinakailangang hanay ng kontrol sa bilis ng pag-ikot ay nakasalalay sa mga diameter ng mga naprosesong produkto, ang kanilang mga materyales at maraming iba pang mga kadahilanan. Sa modernong automated CNC machine, ang pangunahing drive ay gumaganap ng mga kumplikadong function na may kaugnayan sa thread cutting, machining ng mga bahagi ng iba't ibang diameters, at marami pang iba. Ito ay humahantong sa pangangailangan na magbigay ng isang napakalaking hanay ng kontrol ng bilis pati na rin ang paggamit ng isang reversible drive. Sa mga multifunction machine, ang kinakailangang hanay ng bilis ng pag-ikot ay maaaring libo-libo o higit pa.

Ang napakalaking hanay ng bilis ay kinakailangan din sa mga feeder. Kaya, sa contour milling dapat kang theoretically magkaroon ng isang walang katapusang saklaw ng bilis, dahil ang pinakamababang halaga ay may posibilidad na zero sa ilang mga punto. Kadalasan, ang mabilis na paggalaw ng mga nagtatrabaho na katawan sa lugar ng pagpoproseso ay isinasagawa din ng isang feeder, na lubos na pinatataas ang saklaw ng pagbabago ng bilis at kumplikado ang mga sistema ng kontrol sa pagmamaneho.

Sa mga feeder, ginagamit ang mga kasabay na motor at non-contact na DC motor, pati na rin sa ilang mga kaso ng mga asynchronous na motor. Ang mga sumusunod na pangunahing kinakailangan ay nalalapat sa kanila:

• malawak na hanay ng regulasyon ng bilis;

• mataas na pinakamataas na bilis;

• mataas na kapasidad ng overload;

• mataas na pagganap sa panahon ng acceleration at deceleration sa positioning mode;

• mataas na katumpakan ng pagpoposisyon.

Ang katatagan ng mga katangian ng drive ay dapat na garantisadong sa ilalim ng mga pagkakaiba-iba ng pagkarga, mga pagbabago sa temperatura ng kapaligiran, boltahe ng supply at marami pang ibang dahilan. Ito ay pinadali ng pagbuo ng isang rational adaptive automatic control system.

Ang mekanikal na bahagi ng drive ng makina

Ang mekanikal na bahagi ng drive ay maaaring isang kumplikadong kinematic na istraktura na naglalaman ng maraming bahagi na umiikot sa iba't ibang bilis. Ang mga sumusunod na elemento ay karaniwang nakikilala:

• rotor ng isang de-koryenteng motor na lumilikha ng metalikang kuwintas (umiikot o pagpepreno);

• mekanikal na paghahatid, t, s. isang sistema na tumutukoy sa kalikasan ng paggalaw (rotational, translational) at nagbabago sa bilis ng paggalaw (reducer);

• isang gumaganang katawan na nagpapalit ng enerhiya ng paggalaw sa kapaki-pakinabang na gawain.

Asynchronous drive tracking ng pangunahing paggalaw ng metal cutting machine

Ang modernong adjustable electrical drive ng pangunahing paggalaw ng CNC metalworking machine ay pangunahing batay sa mga asynchronous na motor na may cage rotor winding, na pinadali ng maraming mga kadahilanan, kung saan dapat tandaan ang pagpapabuti ng elementarya na base ng impormasyon at kapangyarihan electronics.

Ang regulasyon ng mga mode ng alternating current motors ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng dalas ng supply boltahe gamit ang isang power converter, na, kasama ang frequency regulation, ay nagbabago ng iba pang mga parameter.

Ang mga katangian ng tracking electric drive ay higit na nakadepende sa kahusayan ng built-in na ACS.Ang paggamit ng mga high-performance na microcontroller ay nagbigay ng malawak na pagkakataon para sa pag-aayos ng mga electric drive control system.

kanin. 3. Karaniwang istruktura ng kontrol ng induction motor gamit ang isang frequency converter

Ang drive controller ay bumubuo ng mga pagkakasunud-sunod ng mga numero para sa power switch na kumokontrol sa pagpapatakbo ng electric motor. Ang automation controller ay nagbibigay ng mga kinakailangang katangian sa simula at stop mode, pati na rin ang awtomatikong pagsasaayos at proteksyon ng kagamitan.

Ang bahagi ng hardware ng computing system ay naglalaman din ng: - analog-digital at digital-analog converter para sa pagpasok ng mga signal mula sa mga sensor at pagkontrol sa kanilang operasyon;

• input at output module para sa analog at digital signal, nilagyan ng interface equipment at cable connectors;

• mga bloke ng interface na nagsasagawa ng panloob na intermodule na paghahatid ng data at komunikasyon sa panlabas na kagamitan.

Ang isang malaking bilang ng mga setting ng frequency converter, na ipinakilala ng developer, na isinasaalang-alang ang detalyadong data ng isang partikular na de-koryenteng motor, ay nagbibigay ng ilang mga pamamaraan ng kontrol, kung saan maaari itong mapansin:

• multi-level na regulasyon ng bilis,

• upper at lower frequency limit,

• limitasyon ng metalikang kuwintas,

• pagpepreno sa pamamagitan ng pagbibigay ng direktang kasalukuyang sa isa sa mga phase ng motor,

• proteksyon ng labis na karga, ngunit sa kaso ng labis na karga at sobrang pag-init, nagbibigay ng mode ng pag-save ng kuryente.

Magmaneho batay sa mga contactless DC motor

Ang mga machine tool drive ay may mataas na mga kinakailangan para sa hanay ng kontrol ng bilis, linearity ng mga katangian ng kontrol at bilis, dahil tinutukoy nila ang katumpakan ng kamag-anak na pagpoposisyon ng tool at ang bahagi, pati na rin ang bilis ng kanilang paggalaw.

Ang mga power drive ay ipinatupad pangunahin sa batayan ng mga motor na DC, na mayroong kinakailangang mga katangian ng kontrol, ngunit sa parehong oras, ang pagkakaroon ng isang mekanikal na kolektor ng brush ay nauugnay sa mababang pagiging maaasahan, pagiging kumplikado ng pagpapanatili at isang mataas na antas ng electromagnetic interference.

Ang pag-unlad ng mga power electronics at digital computing na teknolohiya ay nag-ambag sa kanilang pagpapalit sa mga electric drive na may contactless direct current na mga motor, na naging posible upang mapabuti ang mga katangian ng enerhiya at dagdagan ang pagiging maaasahan ng mga tool sa makina. Gayunpaman, ang mga contactless na motor ay medyo mahal dahil sa pagiging kumplikado ng control system.

Ngunit ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang brushless motor ay isang direktang kasalukuyang electric machine na may magnetoelectric inductor sa rotor at armature windings sa stator. Ang bilang ng mga windings ng stator at ang bilang ng mga pole ng rotor magnet ay pinili depende sa mga kinakailangang katangian ng motor. Ang pagpapataas sa mga ito ay nakakatulong na mapabuti ang pagsakay at paghawak, ngunit humahantong sa isang mas kumplikadong disenyo ng engine.

Kapag nagmamaneho ng mga metal-cutting machine, ang isang istraktura na may tatlong armature windings, na ginawa sa anyo ng ilang konektadong mga seksyon, at isang sistema ng paggulo ng mga permanenteng magnet na may ilang mga pares ng mga pole ay pangunahing ginagamit (Larawan 4).

kanin. 4. Functional na diagram ng isang contactless DC motor

Ang metalikang kuwintas ay nabuo dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga magnetic flux na nilikha ng mga alon sa mga windings ng stator at ang mga permanenteng magnet ng rotor. Ang patuloy na direksyon ng electromagnetic moment ay sinisiguro ng angkop na commutation na ibinibigay sa stator windings na may direktang kasalukuyang. Ang pagkakasunud-sunod ng koneksyon ng mga windings ng stator sa pinagmulan U ay isinasagawa sa pamamagitan ng mga switch ng power semiconductor, na inililipat sa ilalim ng pagkilos ng mga signal mula sa distributor ng pulso kapag nagbibigay ng boltahe mula sa mga sensor ng posisyon ng rotor.

Sa gawain ng pag-regulate ng mga operating mode ng electric drive ng non-contact DC motors, ang mga sumusunod na magkakaugnay na isyu ay nakikilala:

• pagbuo ng mga algorithm, pamamaraan at paraan ng pagkontrol sa isang electromechanical converter sa pamamagitan ng pag-apekto sa mga pisikal na dami na magagamit para sa pagsukat;

• paglikha ng isang awtomatikong sistema ng kontrol sa pagmamaneho gamit ang teorya at mga pamamaraan ng awtomatikong kontrol.

Electro-hydraulic drive batay sa isang stepper motor

Sa modernong mga tool sa makina, ang magkasanib na mga electro-hydraulic drive (EGD) ay semi-pangkaraniwan, kung saan ang mga discrete electrical signal na nagmumula sa isang electronic CNC system ay kino-convert ng mga kasabay na electric motors sa shaft rotation. Ang torque na binuo sa ilalim ng pagkilos ng mga signal ng drive controller (CP) ng CNC system mula sa electric motor (EM) ay ang input value para sa hydraulic amplifier na konektado sa pamamagitan ng mechanical transmission (MP) sa executive body (IO) ng machine tool (Larawan 5).

kanin. 5. Functional scheme ng electro-hydraulic drive

Ang kinokontrol na pag-ikot ng electric motor rotor sa pamamagitan ng input transformation (VP) at ang hydraulic valve (GR) ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng hydraulic motor shaft (GM). Upang patatagin ang mga parameter ng hydraulic amplifier, karaniwang ginagamit ang panloob na feedback.

Sa mga electric drive ng mga mekanismo na may simula-stop na kalikasan ng paggalaw o tuluy-tuloy na paggalaw, ang mga stepper motor (SM) ay nakahanap ng aplikasyon, na inuri bilang isang uri ng kasabay na mga de-koryenteng motor. Ang mga pulse-excited na stepper motor ay pinakaangkop para sa direktang digital na kontrol na ginagamit sa kontrol ng CNC.

Ang pasulput-sulpot (stepwise) na paggalaw ng rotor sa isang tiyak na anggulo ng pag-ikot para sa bawat pulso ay ginagawang posible upang makakuha ng sapat na mataas na katumpakan ng pagpoposisyon na may napakalaking hanay ng pagkakaiba-iba ng bilis mula sa halos zero.

Kapag gumamit ka ng stepper motor sa isang electric drive, kinokontrol ito ng isang device na naglalaman ng logic controller at switch (Fig. 6).

kanin. 6. Stepper motor control device

Sa ilalim ng aksyon ng nchannel selection control command, ang CNC drive controller ay bumubuo ng mga digital na signal upang kontrolin ang power transistor switch, na sa kinakailangang sequence ay nagkokonekta sa DC boltahe sa stator windings. Upang makakuha ng maliliit na halaga ng angular displacement sa isang hakbang α = π / p, isang permanenteng magnet na may malaking bilang ng mga pares ng poste p ay inilalagay sa rotor.