כוננים חשמליים למכונות CNC

מכונות מודרניות רב-תכליתיות לחיתוך מתכת ורובוטים תעשייתיים מצוידים בהנעים חשמליים מרובי מנועים המניעים גופים מנהלים לאורך מספר צירי קואורדינטות (איור 1).

בקרת פעולת מכונת CNC מתבצעת באמצעות מערכות סטנדרטיות המפיקות פקודות בהתאם לתוכנית המוגדרת בצורה דיגיטלית. יצירתם של מיקרו-בקרים בעלי ביצועים גבוהים ומחשבי מיקרו-שבב בודד, המרכיבים את ליבת ה-CPU הניתנת לתכנות, אפשרה בעזרתם לבצע אוטומטית פעולות גיאומטריות וטכנולוגיות רבות, כמו גם לבצע בקרה דיגיטלית ישירה על מערכת ההנעה החשמלית. אלקטרו אוטומציה.

אורז. 1. מערכת הנעה של מכונת כרסום CNC

סוגי כוננים חשמליים למכונות CNC ודרישות עבורם

תהליך חיתוך המתכת מתבצע על ידי תנועה הדדית של החלק המיועד לעיבוד ושל הלהב של כלי החיתוך.כוננים חשמליים הם חלק ממכונות חיתוך מתכת, אשר נועדו לבצע ולווסת תהליכי עיבוד מתכת באמצעות מערכת CNC.

בעיבוד נהוג להפריד בין התנועות העיקריות המספקות תהליכי חיתוך מבוקרים במהלך התנועה ההדדית של הכלי וחומר העבודה, וכן תנועות עזר המקלות על הפעולה האוטומטית של הציוד (התקרבות ומשיכת כלי ניטור, החלפת כלים ו וכו.).

העיקריים שבהם כוללים את תנועת החיתוך הראשית, בעלת המהירות והכוח הגבוהים ביותר, המספקת] את כוח החיתוך הדרוש, וכן את תנועת ההזנה, הנחוצה כדי להזיז את גוף העבודה לאורך מסלול מרחבי במהירות נתונה. כדי להשיג את פני השטח של המוצר עם צורה נתונה, גופי העבודה של המכונה אומרים לחומר העבודה ולכלי להזיז את המסלול הרצוי במהירות ובכוח מוגדרים. כוננים חשמליים נותנים תנועות סיבוביות ותרגום לגופים הפועלים, ששילוביהם, באמצעות המבנה הקינמטי של המכונות, מספקים את התזוזות ההדדיות הנדרשות.

המטרה והסוג של מכונת עיבוד מתכת תלויים במידה רבה בצורת החלק המיוצר (גוף, פיר, דיסק). היכולת של מכונה רב-תכליתית ליצור את תנועות הכלים וחלק העבודה הנדרשות במהלך העיבוד נקבעת על פי מספר צירי הקואורדינטות ולכן על פי מספר הכוננים החשמליים המחוברים ביניהם ומבנה מערכת הבקרה.

נכון לעכשיו, כוננים מבוצעים בעיקר על בסיס אמין מנועי AC עם בקרת תדרמבוצע על ידי רגולטורים דיגיטליים.סוגים שונים של כוננים חשמליים מיושמים באמצעות מודולים תעשייתיים טיפוסיים (איור 2).

אורז. 2. תרשים פונקציונלי טיפוסי של כונן חשמלי

ההרכב המינימלי של בלוקי ההנעה החשמליים מורכב מהבלוקים הפונקציונליים הבאים:

• מנוע חשמלי מנהלי (ED);

• ממיר כוח תדר (HRC), הממיר את הכוח החשמלי של הרשת התעשייתית למתח אספקת מנוע תלת פאזי של המשרעת והתדר הנדרשים;

• מיקרו-בקר (MC) המבצע את הפונקציות של יחידת בקרה (CU) ומחולל משימות (FZ).

היחידה התעשייתית של ממיר תדר ההספק מכילה מיישר וממיר הספק המייצרים מתח סינוסואידאלי עם הפרמטרים הדרושים שנקבעים על ידי האותות של התקן הבקרה באמצעות בקרת מעבד של מתג היציאה PWM.

האלגוריתם לבקרת פעולת הכונן החשמלי מיושם על ידי המיקרו-בקר על ידי הפקת פקודות המתקבלות כתוצאה מהשוואת האותות של מחולל המשימות והנתונים המתקבלים ממכלול מחשוב המידע (IVC) על בסיס עיבוד וניתוח של אותות מסט מחיישנים.

המניע החשמלי ברוב היישומים מכיל מנוע חשמלי אינדוקציה עם פיתול רוטור של כלוב סנאי ותיבת הילוכים כהעברת סיבוב מכאנית לציר המכונה. תיבת ההילוכים מעוצבת לרוב כתיבת הילוכים עם העברת הילוכים אלקטרומכנית מרחוק.ההנעה החשמלית של התנועה הראשית מספקת את כוח החיתוך הדרוש במהירות סיבוב מסוימת, ולכן מטרת ויסות המהירות היא לשמור על כוח קבוע.

הטווח הדרוש של בקרת מהירות הסיבוב תלוי בקטרים ​​של המוצרים המעובדים, החומרים שלהם וגורמים רבים אחרים. במכונות CNC אוטומטיות מודרניות, הכונן הראשי מבצע פונקציות מורכבות הקשורות לחיתוך חוט, עיבוד של חלקים בקטרים ​​שונים ועוד ועוד. זה מוביל לצורך לספק טווח גדול מאוד של בקרת מהירות כמו גם שימוש בכונן הפיך. במכונות רב תכליתיות, טווח מהירות הסיבוב הנדרש יכול להיות אלפי או יותר.

טווחי מהירות גדולים מאוד נדרשים גם במזינים. אז, בכרסום קווי מתאר אמור להיות לך טווח מהירות אינסופי, מכיוון שהערך המינימלי שואף לאפס בנקודות מסוימות. לעתים קרובות, התנועה המהירה של גופי העבודה באזור העיבוד מתבצעת גם על ידי מזין, מה שמגדיל מאוד את טווח שינוי המהירות ומסבך את מערכות בקרת הכונן.

במזינים משתמשים במנועים סינכרוניים ובמנועי DC ללא מגע, כמו גם במקרים מסוימים במנועים אסינכרוניים. הדרישות הבסיסיות הבאות חלות עליהם:

• מגוון רחב של ויסות מהירות;

• מהירות מרבית גבוהה;

• קיבולת עומס יתר גבוהה;

• ביצועים גבוהים במהלך האצה והאטה במצב מיקום;

• דיוק מיקום גבוה.

יש להבטיח את היציבות של מאפייני הכונן תחת שינויים בעומס, שינויים בטמפרטורת הסביבה, מתח אספקה ​​וסיבות רבות אחרות. זה מקל על ידי פיתוח של מערכת בקרה אוטומטית אדפטיבית רציונלית.

חלק מכני של ההנעה של המכונה

החלק המכני של הכונן יכול להיות מבנה קינמטי מורכב המכיל חלקים רבים המסתובבים במהירויות שונות. בדרך כלל מבחינים בין האלמנטים הבאים:

• רוטור של מנוע חשמלי היוצר מומנט (סיבוב או בלימה);

• תיבת הילוכים מכנית, t, s. מערכת הקובעת את אופי התנועה (סיבובית, תרגום) ומשנה את מהירות התנועה (מפחית);

• גוף עובד הממיר את אנרגיית התנועה לעבודה מועילה.

מעקב כונן אסינכרוני של התנועה העיקרית של מכונת חיתוך המתכת

ההנעה החשמלית המתכווננת המודרנית של התנועה העיקרית של מכונות עיבוד מתכת CNC מבוססת בעיקר על מנועים אסינכרוניים עם פיתול רוטור כלוב, אשר הוקל על ידי גורמים רבים, ביניהם יש לציין את השיפור של בסיס המידע היסודי ו אלקטרוניקת כוח.

ויסות המצבים של מנועי זרם חילופין מתבצע על ידי שינוי תדירות מתח האספקה ​​באמצעות ממיר כוח, אשר יחד עם ויסות התדר משנה פרמטרים אחרים.

המאפיינים של הכונן החשמלי למעקב תלויים במידה רבה ביעילות של ה-ACS המובנה.השימוש במיקרו-בקרים בעלי ביצועים גבוהים סיפק הזדמנויות רחבות לארגון מערכות בקרת כונן חשמלי.

אורז. 3. מבנה בקרה אופייני של מנוע האינדוקציה באמצעות ממיר תדרים

בקר הכונן יוצר רצפים של מספרים עבור מתג ההפעלה המווסת את פעולת המנוע החשמלי. בקר האוטומציה מספק את המאפיינים הדרושים במצבי התחלה ועצירה, כמו גם התאמה והגנה אוטומטית של הציוד.

חלק החומרה של מערכת המחשוב מכיל גם: - ממירים אנלוגיים-דיגיטליים ודיגיטליים-אנלוגיים להזנת אותות מחיישנים ולבקרת פעולתם;

• מודולי קלט ופלט עבור אותות אנלוגיים ודיגיטליים, מצוידים בציוד ממשק ומחברי כבלים;

• בלוקי ממשק המבצעים שידור נתונים בין-מודולי פנימי ותקשורת עם ציוד חיצוני.

מספר רב של הגדרות של ממיר התדר, שהוצג על ידי היזם, תוך התחשבות בנתונים המפורטים של מנוע חשמלי מסוים, מספקות נהלי בקרה מסוימים, ביניהם ניתן לציין:

• ויסות מהירות רב רמות,

• גבול תדר עליון ותחתון,

• מגבלת מומנט,

• בלימה על ידי אספקת זרם ישר לאחד משלבי המנוע,

• הגנת עומס יתר, אך במקרה של עומס יתר והתחממות יתר, מתן מצב חיסכון בחשמל.

כונן מבוסס על מנועי DC ללא מגע

כונני כלי מכונות כוללים דרישות גבוהות לטווח בקרת המהירות, ליניאריות של מאפייני הבקרה והמהירות, שכן הם קובעים את הדיוק של המיקום היחסי של הכלי והחלק, כמו גם את מהירות התנועה שלהם.

כונני כוח יושמו בעיקר על בסיס מנועי DC, בעלי מאפייני הבקרה הדרושים, אך יחד עם זאת, נוכחות של אספן מברשות מכני הייתה קשורה לאמינות נמוכה, מורכבות תחזוקה ורמה גבוהה של הפרעות אלקטרומגנטיות.

הפיתוח של אלקטרוניקת כוח וטכנולוגיות מחשוב דיגיטלי תרמו להחלפתם בכוננים חשמליים במנועי זרם ישר ללא מגע, מה שאפשר לשפר את מאפייני האנרגיה ולהגביר את האמינות של כלי מכונות. עם זאת, מנועים ללא מגע יקרים יחסית בשל מורכבות מערכת הבקרה.

אבל עקרון הפעולה של מנוע ללא מברשות הוא מכונה חשמלית זרם ישר עם משרן מגנו-אלקטרי על הרוטור ופיתולי אבזור על הסטטור. מספר פיתולי הסטטור ומספר הקטבים של מגנטי הרוטור נבחרים בהתאם למאפיינים הנדרשים של המנוע. הגדלתם מסייעת בשיפור הנסיעה וההתנהגות, אך מובילה לעיצוב מנוע מורכב יותר.

בעת נהיגה במכונות חיתוך מתכת, נעשה שימוש בעיקר במבנה בעל שלושה פיתולי אבזור, העשוי בצורה של מספר חלקים מחוברים, ומערכת עירור של מגנטים קבועים עם מספר זוגות קטבים (איור 4).

אורז. 4. תרשים פונקציונלי של מנוע DC ללא מגע

המומנט נוצר עקב האינטראקציה של השטפים המגנטיים הנוצרים מהזרמים בפיתולי הסטטור והמגנטים הקבועים של הרוטור. הכיוון הקבוע של המומנט האלקטרומגנטי מובטח על ידי תיווך מתאים המסופק לפיתולי הסטטור עם זרם ישר. רצף החיבור של פיתולי הסטטור למקור U מתבצע באמצעות מתגי מוליכים למחצה כוח, המוחלפים תחת פעולת האותות ממפיץ הדופק בעת אספקת מתח מחיישני מיקום הרוטור.

במשימה של ויסות מצבי הפעולה של הכונן החשמלי של מנועי DC ללא מגע, נבדלות הבעיות הבאות הקשורות זו בזו:

• פיתוח אלגוריתמים, שיטות ואמצעים לשליטה בממיר אלקטרומכני על ידי השפעה על כמויות פיזיקליות הזמינות למדידה;

• יצירת מערכת בקרת כונן אוטומטית תוך שימוש בתיאוריה ובשיטות של בקרה אוטומטית.

הנעה אלקטרו הידראולית המבוססת על מנוע צעד

בכלי מכונות מודרניים, כוננים אלקטרו-הידראוליים מפרקים (EGD) הם נפוצים למחצה, שבהם אותות חשמליים נפרדים המגיעים ממערכת CNC אלקטרונית מומרים על ידי מנועים חשמליים סינכרוניים לסיבוב ציר. המומנט שפותח תחת פעולת האותות של בקר ההנעה (CP) של מערכת ה-CNC מהמנוע החשמלי (EM) הוא ערך הכניסה של המגבר ההידראולי המחובר דרך התמסורת המכנית (MP) לגוף המבצע (IO) של כלי המכונה (איור 5).

אורז. 5. סכמה פונקציונלית של הכונן האלקטרו-הידראולי

סיבוב מבוקר של רוטור המנוע החשמלי באמצעות טרנספורמציה של הכניסה (VP) והשסתום ההידראולי (GR) גורם לסיבוב של ציר המנוע ההידראולי (GM). על מנת לייצב את הפרמטרים של המגבר ההידראולי, משתמשים בדרך כלל במשוב פנימי.

בהנעים החשמליים של מנגנונים בעלי אופי התחלה-עצירה של תנועה או תנועה מתמשכת, מנועי צעד (SM) מצאו שימוש, המסווגים כסוג של מנועים חשמליים סינכרוניים. מנועי צעד מעוררי פעימה מתאימים ביותר לשליטה דיגיטלית ישירה המשמשת בבקרת CNC.

תנועה לסירוגין (שלבית) של הרוטור בזווית סיבוב מסוימת עבור כל פולס מאפשרת להשיג דיוק מיקום גבוה מספיק עם טווח גדול מאוד של שונות מהירות מכמעט אפס.

כאשר אתה משתמש במנוע צעד בכונן חשמלי, הוא נשלט על ידי התקן המכיל בקר לוגי ומתג (איור 6).

אורז. 6. מכשיר בקרת מנוע צעד

תחת פעולתה של פקודת בקרת בחירת nchannel, בקר כונן CNC מייצר אותות דיגיטליים לשליטה במתג טרנזיסטור הכוח, אשר ברצף הנדרש מחבר את מתח ה-DC לפיתולי הסטטור. כדי להשיג ערכים קטנים של תזוזה זוויתית בשלב אחד α = π / p, מגנט קבוע עם מספר רב של זוגות קטבים p מונח על הרוטור.