Меню

Электродвигатель постоянного тока для станка чпу

Какой двигатель выбрать для фрезерного станка ЧПУ?

24 Сентября 2019

Двигатель фрезерного станка обеспечивает перемещение портала и шпинделя по осям X,Y,Z.

Существует три типа двигателя: шаговый, гибридный (сервошаговый) и серводвигатель. Основное отличие этих двигателей в точности, скорости и мощности.

Чтобы понять какой двигатель подойдет для вашего будущего станка разберем подробно принцип работы каждого.

Шаговый двигатель:

Шаговые двигатели — это бесщеточные двигатели постоянного тока, названные в честь того, как они работают — они делают шаги. Шаговые двигатели в системах ЧПУ часто работают в режиме управления с разомкнутым контуром, это означает, что от двигателя нет обратной связи. Мы сообщаем двигателю, куда ему двигаться, и, учитывая, что двигатель не заблокирован и хорошо подходит для выполнения задачи (достаточно мощности), он переместится в заданную позицию.

060.jpg

Большинство шаговых двигателей, которые вы увидите при использовании с ЧПУ, имеют 200 шагов на оборот. Это означает, что для каждого полного оборота на 360 градусов (один полный оборот вала двигателя) потребуется 200 шагов.

Имея эти данные мы понимаем, что если мы сделаем 100 шагов, мы повернем вал на 180 градусов. Это идеально подходит для работы с ЧПУ, потому что мы знаем, что, если мы отправим ему определенное количество шагов, он будет поворачиваться на то точное количество, которое мы хотим.

Для еще более высокой точности работы шаговый двигатель способен совершать микрошаги (микро-степпинг).

Шаговый двигатель, который поддерживает 10-кратный микро-степпинг может совершать 2000 шагов на оборот 360 градусов.

Шаговый двигатель при правильной настройке может долго служить вам, особенно, если учесть, что он самый доступный по цене.

Сервошаговые (гибридные):

Двигатели следующего поколения после шаговых, более мощные и скоростные.

061.jpg

имеют обратную связь по скорости и позиции;

управляются как полноценные серводвигатели;

имеют высокий крутящий момент;

не пропускают шаги;

мало нагреваются и вибрируют;

плавно и относительно тихо работают;

при отключении питания сохраняет все последние координаты и точки.

Сервошаговый двигатель — компромисс по цене и качеству. Выбирая станок, под более серьезные задачи, обратите внимание на этот двигатель.

Серводвигатели:

Серводвигатели — типичные электродвигатели, которые работают при подаче напряжения. Для работы на фрезерных станках ЧПУ к серводвигателями добавляются кодеры.

062.jpg

Кодер на двигателе обеспечивает обратную связь и позволяет нам узнать, насколько двигатель продвинулся или вообще не двигался.

Шаговые двигатели могут заклинивать в течение миллисекунды в результате сил, создаваемых станками ЧПУ, что может вызывать пропуск шагов. В итоге шаговый двигатель блокируется и не может принять необходимые меры для исправления ситуации, тогда как компьютер не знает, что произошло и продолжает работу.

При пропуске шагов обрабатываемая деталь может быть неточной, т.к. машина теряет точность, когда движение не может завершиться. Этого не происходит с сервоприводами, поскольку кодер всегда имеет обратную связь со своим приводом и знает когда он заклинивает.

Какой же двигатель мне выбрать для работы с ЧПУ?

Каждый фрезерный станок с ЧПУ имеет свои преимущества. Как правило, любители ЧПУ используют шаговые двигатели, так как они намного дешевле. Если их правильно подобрать и настроить они будут проделывать фантастическую работу и будут долго служить вам.

066.JPG

Более серьезные промышленные фрезерные станки с ЧПУ, которые намного крупнее, тяжелее и требуют более жестких допусков, лучше всего оснащать сервошаговыми или серводвигателями, т.к. они гораздо мощнее и быстрее. Такие приводы вне всякого сомнения гарантируют четкую стабильную работу для вашего производства.

Нужна помощь в выборе двигателя для вашего станка?

Оставьте заявку, инженер свяжется с вами в течение 10ти минут.

Источник



Подбор и расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда не активна

При подборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо отталкиваться от планируемой сферы применения станка и технических характеристик. Ниже представлены критерии выбора, классификация наиболее популярных двигателей и примеры расчета.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ: критерии

  1. Индуктивность. Следует вычислить квадратный корень из индуктивности обмотки и умножить его на 32. Полученное значение нужно сравнить с напряжением источника питания для драйвера. Различия между этими числами не должны сильно отличаться. Если напряжение питания на 30% и более превышает полученное значение, то мотор будет греться и шуметь. Если меньше, то крутящий момент будет слишком быстро убывать со скоростью. Большая индуктивность потенциально обеспечит возможность для большего крутящего момента. Однако для этого потребуется драйвер с большим напряжением питания.
  2. График зависимости крутящего момента от скорости. Позволяет определить, удовлетворяет ли выбранный двигатель условиям в техническом задании.
  3. Геометрические параметры. Имеет значение длина двигателя, фланец и диаметр вала.

Тип двигателя

Важный критерий – тип шагового двигателя для ЧПУ станка. Широко распространены биполярные, униполярные и трехфазные модели. Каждая из них имеет свои особенности:

  • биполярные чаще всего используют для ЧПУ благодаря простому подбору нового драйвера при выходе старого из строя, высокому удельному сопротивлению на малых оборотах;
  • трехфазные отличаются большей скоростью, чем биполярные аналогичного размера. Подходят для случаев, когда требуется высокая скорость вращения;
  • униполярные представляют собой несколько видов биполярных двигателей в зависимости от подключения обмоток.

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

Необходимо определить силу трения в направляющих, которая зависит от используемых материалов. Для примера коэффициент трения составляет 0.2, вес детали – 300 кгс, вес стола – 100 кгс, необходимое ускорение – 2 м/с 2 , сила резания – 3 000 Н.

  1. Чтобы рассчитать силу трения нужно умножить коэффициент трения на вес движущейся системы. Для примера: 0.2 x 9.81 (100 кгс+300 кгс). Получается 785 Н.
  2. Чтобы рассчитать силу инерции надо умножить массу стола с деталью на требуемое ускорение. Для примера: 400 x 2 = 800 Н.
  3. Чтобы рассчитать полную силу сопротивления надо сложить силы трения, инерции и резания. Для примера: 785 + 800 + 3 000. Получается 4 585 Н.

Рассчитываем мощность

Формулы, приведенные ниже, представлены без учета инерции вала самого шагового двигателя и других вращающихся механизмов. Поэтому для большей точности рекомендуется увеличить или убавить требования по ускорению на 10%.

Для расчета мощности шагового двигателя следует воспользоваться формулой F=ma, где:

  • F – сила в ньютонах, необходимая для того, чтобы привести тело в движение;
  • m – масса тела в кг;
  • а – необходимое ускорение m/c 2 .

Для определения механической мощности необходимо умножить силу сопротивления движения на скорость.

Рассчитываем редукцию оборотов

Определяется на основании номинальных оборотов сервопривода и максимальной скорости перемещения стола. Например, скорость перемещения составляет 1 000 мм/мин, шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм. Тогда скорость вращения винта ШВП должна быть (1 000 / 10) 100 оборотов в минуту.

Для расчета коэффициента редукции учесть номинальные обороты сервопривода. Например, они равны 5 000 об/мин. Тогда редукция будет равна (5 000 / 100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Советские модели

В станках часто применяют шаговые двигатели индукторного типа, изготовленные в СССР. Речь о моделях ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Они обладают следующими характеристиками:

Параметр ДШИ-200-2 ДШИ-200-3
Потребляемая мощность 11.8 Вт 16.7 Вт
Погрешность обработки шага 3% 3%
Максимальный статический момент 0.46 нт 0.84 нт
Максимальная чистота приемистости 1 000 Гц 1 000 Гц
Напряжение питания 30 В 30 В
Ток питания в фазе 1.5 А 1.5 А
Единичный шаг 1.8 град 1.8 град
Масса 0.54 кг 0.91 кг

При выборе следует обратить внимание на наличие индекса ОС. Это особая серия с военной приемкой. Имеет более высокое качество исполнения, чем обычные модели.

Китайские модели

Примеры китайских шаговых двигателей для ЧПУ и их характеристики представлены ниже.

Параметр Модель
JKM Nema 17 42mm
Hybrid Stepper Motor
JK42HS48-2504 JK42HS40-1704
Длина, мм 48 40 34
Ток питания в фазе, А 2.5 1.7 1.33
Единичный шаг (угловое перемещение), град 1.8 1.8 1.8
Масса, кг 0.34 0.32 0.22

Биполярные шаговые двигатели для ЧПУ от CNC Technology

Параметр Модель
86HS156-5004 57HS76-3004 42HS48-1704A
Ток питания в фазе, А 5 3 1.7
Единичный шаг (угловое перемещение), град 1.8 1.8 1.8
Индуктивность, мГн 6 3.5 2.8
Диаметр вала 14 8 5

Зная критерии выбора и ориентируясь в предложениях по шаговым двигателям на рынке можно подобрать подходящую модель для станка ЧПУ. Главное – покупать у проверенных поставщиков.

3 причины купить шаговый двигатель для ЧПУ в компании CNC Technology

  1. Двигатели от надежных производителей, эти же двигатели мы используем в наших станках.
  2. Всегда в наличии на складе.
  3. Комплексность: в нашем каталоге можно подобрать не только ШД, но и драйверы, датчики, соединительные муфты и другие комплектующие.

Получить консультацию по выбору шагового двигателя можно по телефону 8 (800) 350 33 60.

Источник

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

электропривод постоянного тока 25-50 Ампер

Привод ЭПУ 25А с дросселем — 5500грн

Электрический привод с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного тока (ДПТ) является в настоящее время основным типом привода станков с ЧПУ. В силу целого ряда эксплуатационных преимуществ он практи­чески вытеснил гидравлический регулируемый и следящий привод, а также элек — трогидравлический привод с шаговыми двигателями. Основные характеристики указанного электропривода определяются главным образом тнпом применяемого ДПТ.

Основным преимуществом ДПТ, определяющим их широкое применение в станочных регулируемых и следящих приводах, является высокая линейность механических характеристик, что позволяет плавно регулировать частоту враще­ния вала двигателя в очень широких пределах (диапазон регулирования частоты вращения современных ДПТ составляет 10 000 и более). К недостаткам ДПТ, по сравнению с асинхронными электродвигателями переменного тока, отиосят большие габариты, меньший к. п. д., необходимость в щетках и коллекторе для подвода тока в обмотку якоря. Последнее существенно снижает нх перегрузоч­ную способность из-за ряда ограничений, связанных с процессами коммутации и опасностью образования кругового огня на коллекторе. Несмотря на эти недо­статки, ДПТ продолжают совершенствовать в направлении повышения быстро­действия и увеличения перегрузочной способности, повышения к. п. д., равномер­ности вращения на низких скоростях и т. д.

Потребности совершенствования технических характеристик регулируемых и следящих электроприводов станков с ЧПУ привели к разработке специальных ДПТ. Общими особенностями двигателей для следящих приводов являются воз­можность длительной работы на малых скрростях при полном моменте, что требует, специальных мер для их охлаждения, а также возможность многократной пере­грузки по току в течение небольшого времени, что связано с необходимостью достижения высокого быстродействия привода. В частности, специально для ста­ночных следящих приводов были разработаны электродвигатели серии ПБСТ (серия П безобдувная станочная со встроенным тахогенератором), особенностью которых является наличие встроенного тахогенератора с большим числом (96) коллекторных пластин и коллектора якоря также с увеличенным числом пластин. Эти меры значительно повышают равномерность вращения вала двига­теля на ннзких скоростях. Необходимый тепловой режим на этнх скоростях обес­печивается за счет снижения электромагнитных нагрузок, т. е. за счет недоисполь­зования по току и напряжению, что приводит к увеличению габаритов таких дви­гателей по сравнению с нормальными двигателями общепромышленной серии П, но вместе с тем увеличивается и тепловая постоянная времени двигателя. Дви­гатели этой серии допускают перегрузку на 40% в часовом режиме, четырех­кратную перегрузку по току в течение 1 мин н десятикратную — в течение 1 с.

Были разработаны также специальные малоинерционные двигатели с глад­ким якорем серии ПГ (ПГТ— со встроенным тахогенератором). Уменьшение момента инерции, а следовательно, и постоянных времени (в 5—6 раз меньше, чем у обычных) достигается за счет уменьшения диаметра и увеличения длины якоря. Якорь такого двигателя имеет беспазовую конструкцию. Проводники об­мотки якоря из меди прямоугольного сечения наклеиваются на гладкую наруж­ную поверхность якоря (шихтованного из тонких стальных кружков), укрепля­ются стеклотканью и заливаются эпоксидной смолой. Такая конструкция обмотки обеспечивает малую индуктивность якорной цепи, что позволяет обеспечить хо­рошую коммутацию тока при больших нагрузках двигателя (допускается проте­кание 10-кратиых против номинального значений тока в переходных режимах). Беспазовая конструкция позволяет также, при определенном распределении об­мотки на поверхности якоря, исключить пульсации момента, обычно имеющиеся при входе пазов в полюсную зону и выходе из нее. Увеличению перегрузочной способности таких двигателей способствуй хорошее охлаждение обмотки якоря, расположенной на его поверхности, обеспечиваемое за счет принудительной вен­тиляции (от отдельного вентилятора с приводом от асинхронного двигателя, ук­репляемого на корпусе двигателя серии ПГТ). Двигатели с-гладким якорем обес­печивают отработку максимальных ускорений порядка (2-f-6)-104 рад/с2. Однако нз-за сложности изготовления, высокой стоимости и малой надежности эти дви­гатели не нашли широкого применения — в станкостроении, кроме того, из-за уве­личенной длины они плохо встраиваются «в станки.

Более удобными для приводов подач станков с ЧПУ оказались высокомо — ментные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Относитель­но низкие значения номинальной частоты этих двигателей (500—1000 об/мин) и возможность длительной работы на малых оборотах с большими моментами позволяют обходиться без редукторов и связывать такой двигатель непосредст­венно с ходовым винтом рабочего органа. При этом значительно упрощается ки­нематика станка, увеличивается’ надежность и точность работы. Такие двигатели в настоящее время стали основными для приводов подач станков с ЧПУ. По этой причине ниже будут более подробно рассмотрены особенности конструкции и характеристики высокомоментных электродвигателей.

Особенности высокомоментных двигателей (ВМД). ВМД впервые начали выпускаться в 1968—1970 гг. в США на базе двигателей, применяемых в спе­циальной технике. Большие преимущества таких двигателей по сравнению с ма­лоинерционными с гладким якорем обеспечили быстрое’ их внедрение в приво­
дах подач станков с ЧПУ. Главные конст­руктивные особенности ВМД следующие:

— возбуждение осуществляется от вы­сокоэнергетических постоянных магнитов;

— увеличено число пазов якоря и число коллекторных пластин;

— применение изоляционных материа­лов с высокой допустимой температурой;

— усиленная конструкция вала и под­шипников;

— ужесточенная конструкция корпуса;

— повышено отношение длины якоря к его диаметру;

— используются специальные щетки с большой перегрузочной ‘способностью;

— высокие значения электромагнитного вращающего момента.

Как правило, ВМД выполняются с вст­роенными: тахогенератором (с малым уров­нем пульсаций при малых частотах враще­ния), датчиком пути высокой точности (•многополюсный ВТ-резольвер) и электро­магнитным тормозом.

Отмеченные конструктивные особенности придают ВМД ряд — ценных свойств. Так,, замена электромагнитного возбуждения на возбуждение от постоянных вы — сокоэнергетичес^их магнитов обеспечила возможность мно’гополюсного (6—12 полюсов) исполнения двигателей (рис. 1.1) и полную компенсацию реакции яко­ря без добавочных полюсов. При этом значительно повышается к. п. д. двигателя (на 15—20%), достигаются высокие значения развиваемых двигателем Моментов При относительно небольших габаритах и массе (рис. 1.2). Работа двигателя с большими пусковыми токами потребовала совершенствования конструкции кол­лектора н щеточного аппарата. Использование пазового якоря с большим чйслом пазов и коллекторных пластин обеспечило равномерность вращения якоря дви­гателя иа малых частотах и сравнительно высокую температурную постоянную времени (до 120 мни). Очень важно для повышения качества и устойчивости следящего привода отсутствие люфтов в соединениях двигателя и датчиков ско­рости и пути, что обеспечивается в ВМД наличием встроенных тахогенератора и резольвера. ВМД обладают следующими техническими характеристиками [1]:

— относительно низкие номинальные (до 1000 об/мин) и максимальные ча­стоты вращения (до 1500—2000 об/мин)’;

— высокие перегрузочные моменты (6— 10-жратные) при малых частотах со значительным их уменьшением (1,5—3-кратные) при номинальных и особенно максимальных частотах вращения;

— большая термическая постоянная времени (60—120 мин);

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Рис. 1.1. Система возбуждения вы- сокомоментных электродвигателей

От постоянных магнитов 1 — корпус двигателя; 2 — феррито — вые магниты для возбуждения; 3 — якорь.

-— обеспечение равномерного вращения якоря на низких скоростях (до 0,1 об/мин);

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

Рис. 1.2. Сравнение ВМД. с ДПТ обычного исполнения по габаритам (а), общей массе (б), массе меди (в), потерям (г). ДПТ с электромагнитным возбуждением и самовентиляцией (1) и ВМД с ферритовыми магнитами (2) имеют мбмент 30 Нм при 1000 об/мин

— момент инерции ВМД сравним с моментом инерции ДПТ нормального исполнения;

— относительно небольшие диаметр и вес двигателей, что позволяет встраи­вать их а. механизм подач станков с ЧПУ.

Необходимость значительного снижения допустимого максимального момен­та по мере увеличения частоты вращения якоря связана с ухудшением коммута­ции в двигате-ле при отсутствии добавочных полюсов. При этом требуется приме­нение нелинейных схем токоограничения. В приводах подач станков с ЧПУ ВМД соединяются с шариковыми ходовыми винтами при помощи специальных соеди­нительных муфт.

Подробные технические данные, габаритные и присоединительные размеры электродвигателей серий 2П, ПБСТ, ПСТ, ПСПТ и ПГТ приведены в [2]. Отече­ственной промышленностью освоен выпуск высокомоментных электродвигателей серий ПВ и ДК1, которые применяются для приводов подач станков с ЧПУ. Технические данные этих двигателей приведены в [3, 4]. Двигателями этих серий охватывается достаточно широкий диапазон моментов (табл. 1.1).

Источник

Электропривод станка, в поисках золотой середины.

Продолжаем тему, начатую в предыдущем номере, о том, как не повторять ошибки совершенные ранее Вашими коллегами.

Модернизация станка, в первую очередь подразумевает обновление систем ответственных за точное перемещение инструмента и детали. Проблем связанных с механической обработкой и заменой изношенных механических узлов мы касаться не будем, поговорим об электроприводе, так как без него ни один станок работать не будет.

На большинстве отечественных станков ранее штатно устанавливались двигатели постоянного тока. Они относительно надежны и неприхотливы в эксплуатации. Однако это не относится к их щеточным аппаратам, которые требуют регулярного контроля и обслуживания. Возникает законное желание оставить их на станке. Отдельный разговор — настройка приводов постоянного тока. Штука сложная, настроить такой привод может только специалист, а если его нет или он заболел, то приходится его искать на стороне, а станок при этом простаивает, принося убытки вместо прибыли. В крайнем случае, при острой нехватке средств, можно конечно «постоянники» и оставить, но лучше заменить привода на современные. Выбор новых приводов очень широк, только одних производителей станочных приводов наберется с сотню. Кого выбрать — решайте сами, как выбрать — постараемся разобраться.

Собственно вариантов замены старого привода на новый, не так уж много. Осталось найти тот, который наиболее полно будет соответствовать поставленной задаче:

Асинхронный электродвигатель с датчиком поворота (энкодером) на валу и преобразователем частоты с обратной связью — наиболее простой вариант замены. При выборе надо учитывать, что у асинхронного электродвигателя, при одинаковой мощности, крутящий момент меньше чем у электродвигателя постоянного тока. Обычно выбирается двигатель на 20-30% большей мощности. Современные асинхронные привода позволяют получить характеристику скорость/момент не хуже чем у привода постоянного тока. Причем у них отсутствуют щетки, а все остальное в обслуживании практически не нуждается. Поставили на станок, настроили и забыли, просто и удобно.

Асинхронный электродвигатель с преобразователем частоты без обратной связи. Если требуется выбрать привод для вращения патрона токарного станка, не предназначенного для нарезания резьбы и прочих операций, требующих позиционирования патрона, то использование привода с обратной связью не всегда будет оправдано, в некоторых случаях можно обойтись обычным общепромышленным асинхронным электродвигателем и преобразователем частоты без обратной связи или с виртуальной обратной связью.

Бесколлекторный электродвигатель на постоянных магнитах с датчиком положения ротора (резольвером или абсолютным энкодером) и преобразователем частоты — этот лучший вариант замены, но не самый экономичный. Бесколлекторный электродвигатель выбирается по требуемой частоте вращения вала и максимальному крутящему моменту. Выбирать такой мотор по мощности не стоит, так как их характеристики сильно отличаются как от двигателей постоянного тока, так и асинхронных. Эти электромоторы при меньших габаритах обеспечивают больший крутящий момент, что может являться решающим фактором при недостатке места для монтажа. В обслуживании они так же не нуждаются.

Бесколлекторный электродвигатель на постоянных магнитах с датчиком положения ротора, преобразователем частоты и безлюфтовым редуктором — очень хорошее решение для приводов, где не требуется большая скорость. За счет использования редуктора, можно увеличить крутящий момент, используя двигатель и преобразователь частоты меньшей мощности. Не стоит пугаться высокой стоимости безлюфтовых редукторов, стоимость маломощного двигателя с редуктором, скорее всего, окажется ниже, чем электродвигателя большой мощности. Вполне возможно, что двигатели изначально стоявшие на Вашем станке, обеспечивали такие максимальные скорости перемещения, каким Вы никогда не пользовались и, переоценив необходимые скоростные характеристики можно хорошо сэкономить на приводах, не потеряв в качестве работы станка.

Линейный электродвигатель прямого привода с преобразователем частоты— достаточно новое явление на станочном рынке. Конструктивно это тот же Бесколлекторный электродвигатель на постоянных магнитах, ротор и статор которого развернуты в плоскости. Имеет серьезные преимущества по сравнению с обыкновенными электродвигателями — отсутствие редуктора и шарико-винтовой пары, превосходная динамика, большая скорость перемещения, отсутствие люфтов. Но при модернизации станка может потребовать значительной переделки механической части, потому его использование более целесообразно в новых станках или при серьезной модернизации механики. Первый взгляд на цену такого привода может напугать. Однако следует сравнить его стоимость с тем, во сколько обойдется покупка всех компонентов отдельной оси перемещения из привычных компонентов:

Весь этот комплект заменяется линейным приводом и при таком сравнении он уже не кажется чрезмерно дорогим.

Еще одним преимуществом линейного привода является наличие датчика линейного перемещения установленного на каретке, что позволяет отказаться от использования дополнительных магнитных или оптических линеек для точного считывания перемещений.

Шаговый электродвигатель с блоком управления — сомнительный выбор, однако также применяется в станках, где его использование оправдано в силу каких либо причин. Простота управления и относительно низкая цена, как самих двигателей, так и их блоков управления, позволяет строить на шаговых двигателях очень дешевые системы перемещения, например для гравировальных или фрезерных столов «гаражного» изготовления. В качестве управляющей системы ЧПУ в таком случае используется обычный компьютер. Главным недостатком шаговых двигателей является небольшой крутящий момент, низкая максимальная скорость, достаточно большая величина «шага», ярко выраженный «шаговый» характер перемещения на низких скоростях, большую потребляемую мощность в состоянии покоя и крайне неприятную возможность проскальзывания шага при чрезмерной нагрузке. Эти недостатки частично компенсируются использованием понижающей передачи, однако максимальная скорость при этом падает еще больше. Значительно улучшить характеристики шагового двигателя, можно используя дробление шага и обратную связь по положению вала, но это резко увеличивает стоимость системы.

Электродвигатель постоянного тока с блоком управления — если и стоит рассматривать, то как крайний вариант. До сих пор производимые в нашей стране и бывшем соцлагере, блоки управления и сами двигатели постоянного тока, своим качеством изготовления, возможностями и сервисом только усугубляют проблемы их эксплуатации и обслуживания. Асинхронный или бесколлекторный электродвигатель позволяют решать те же задачи, но с меньшими затратами и головной болью.

Применение датчиков угла поворота и линейного перемещения так же имеет некоторые тонкости, которые следует учитывать при модернизации станочного оборудования.

Большинство электроприводов станка имеют датчики на валу электродвигателя, в большинстве случаев сигналы этих датчиков можно использовать для контроля перемещения оси со стороны СЧПУ, но в некоторых случаях такое использование недопустимо. Датчик, отслеживающий положение и перемещение оси, должен иметь жесткую связь с точкой, в которой контролируется позиция. В некоторых случаях наличие люфтов, возможно, скомпенсировать в настройках программы СЧПУ, однако это возможно только в том случае, когда люфт имеет одинаковую величину на всей протяженности перемещения. Например: люфт в цилиндрическом редукторе имеет практически неизменную величину и легко компенсируется программно. Другой пример — изношенная зубчатая рейка, в данном случае величина люфта будет меняться в зависимости от степени изношенности зубьев рейки, и его программная компенсация может оказаться невозможной. В данном случае логично будет установить дополнительно линейный датчик, непосредственно на перемещаемый узел.

Иногда возникает обратная ситуация, имеется асинхронный электродвигатель без датчика и датчик имеющий механическую связь с двигателем но установленный после редуктора или коробки переключения скоростей, например на валу патрона токарного станка. Возникает желание использовать этот датчик в цепи обратной связи по скорости преобразователя частоты. Однако ввиду того, что цилиндрические редукторы имеют люфты в зубчатых передачах, использование такой обратной связи может оказаться невозможным, так как для нормальной работы, преобразователю частоты необходимо, чтобы датчик поворота вала имел жесткую связь с электродвигателем. По той же причине невозможно использовать для контроля скорости, датчики соединенные с валом электродвигателя через ременные передачи. Так как в ременном приводе возможно проскальзывание и ремень может растягиваться при изменении нагрузки, добавляя в цепь обратной связи неконтролируемое упругое звено.

Как итог изложенного следует, что датчик положения ротора должен быть закреплен непосредственно на валу электродвигателя или, если это невозможно, в качестве крайней меры, на выходном валу безлюфтового редуктора. По этому датчику, так же возможно контролировать положение и перемещение исполнительного узла, при условии, что в кинематической схеме отсутствуют элементы проскальзывания и неравномерных люфтов. В противном случае, следует использовать для контроля позиции отдельный датчик, соединенный непосредственно с перемещаемым узлом.

Еще один вопрос, на котором стоит остановиться отдельно — как осуществляется связь преобразователя частоты и управляющей части станка, например системы ЧПУ. Самый старый и распространенный вариант, это управление аналоговым сигналом по напряжению амплитудой 5 или 10 вольт или по току 0..20ма или 4..20ма. Аналоговое управление достаточно просто реализуется, но имеет существенный недостаток — подверженность электромагнитным помехам. Практически любой блок управления электродвигателем (как постоянного тока, так и асинхронным) имеет на выходе импульсное напряжение высокой энергии, которое создает помехи в слаботочных цепях расположенных по соседству. Причем аналоговые сигналы с управлением по напряжению более подвержены помехам, чем токовые. Полностью избавиться от этих помех невозможно, можно только минимизировать их влияние установкой выходных фильтров, правильным экранированием всех аналоговых и силовых цепей и использованием гальванической развязки. Неправильное соединение цепей экранирования и заземления — одна из распространенных причин вызывающих проблемы при работе приводов на станке. Причем часто возникает ситуация что в процессе наладки привод работает нормально, а проблемы появляются только в процессе работы, когда одновременно функционируют несколько приводов станка.

Гораздо проще бороться с помехами, если управляющие сигналы от СЧПУ к приводу передаются в цифровом виде. При этом задание скорости приводу не проходит двойного преобразования «цифра-аналог-цифра» что вносит свои ошибки, а так же в намного меньшей степени подвержено влиянию внешних электромагнитных помех. Современные привода обычно позволяют работать с несколькими цифровыми интерфейсами, выбор одного из вариантов осуществляется установкой платы или модуля расширения в блок управления. К сожалению, многие системы ЧПУ, производимые в настоящее время, не позволяют использовать цифровое управление приводом, а используют только управление аналоговым сигналом. Поэтому при выборе интерфейса, стоит предварительно убедиться, что он поддерживается СЧПУ, которую вы собираетесь использовать или искать СЧПУ имеющую такую возможность.

Некоторые системы ЧПУ, рассчитанные для управления шаговыми двигателями, используют для управления приводами дискретные сигналы «направление, шаг». Этот способ можно считать достаточно хорошо защищенным от помех, однако изначально он ориентирован на пошаговое перемещение, и использовать его для управления приводами других типов затруднительно.

Существует еще один интересный вариант построения станка с ЧПУ, это использование систем в одном корпусе сочетающих преобразователи частоты и контроллер управления движением. В таком варианте управление преобразователями частоты осуществляется по скоростному цифровому интерфейсу внутри блока. Такой вариант имеет значительные преимущества по сравнению с обычной конфигурацией, когда контроллер управления движением (СЧПУ) и преобразователи частоты располагаются отдельно, это наилучшая согласованность элементов системы, высокая помехозащищенность и что немаловажно экономия пространства внутри шкафа управления. Преобразователи частоты встроенные в такие устройства обычно имеют большое количество вариантов настройки для работы с электродвигателями различных типов и производителей. Управление блоком осуществляется по последовательному интерфейсу от внешней панели оператора (или индустриального компьютера, выполняющего роль операторской панели) и устройства хранения и редактирования управляющих программ. Такой вариант удобен еще и тем, что панель оператора можно отнести на достаточно большое расстояние от шкафа управления. При этом не требуется тянуть больше количество проводов к пульту, так как датчики и клапаны, концевые выключатели и прочие элементы подключаются к контроллеру движения, а все данные передаются в пульт оператора по последовательному интерфейсу, требующему максимум четыре провода.

Еще одна проблема, которую надо учитывать при выборе приводов, это возможность сопряжения датчика на валу двигателя с блоком управления. Одно то, что на двигателе закреплен резольвер, а в преобразователе частоты установлена плата связи с резольвером, еще не является гарантией работоспособности такой связки. Резольверы разных производителей могут быть рассчитаны на различные рабочие напряжения и частоты, так же распайка разъемов датчиков у разных производителей может отличаться. Если электродвигатель и блок управления изготовлены одним производителем и продаются комплектно, таких проблем не возникает. Но если вы собираетесь использовать двигатели уже установленные на станке или просто компоненты от разных производителей то стоит предварительно убедится в их совместимости, причем не «по телефону», а взяв образец у поставщика для испытаний. Серьезные продавцы приводной техники предоставляют такую возможность, а с другими лучше не связываться

Планируя модернизацию станка, стоит призадуматься и об эффективности работы на нем. Даже если станок предназначается исключительно для ручного перемещения инструмента, стоит оснастить его устройством цифровой индикации, что, несомненно, ускорит операции по обработке деталей, так как рабочему не придется периодически останавливать станок для измерений. Стоимость УЦИ невысока, а эффект от ее использования будет виден уже в первый день работы. Это самый простой дешевый способ добавить станку удобства и качества работы. Перемещение инструмента выполняется вручную, но координаты уже считываются и отображаются автоматически.

Немного сложнее вариант использования УЦИ с предварительным набором позиции. Это ещё не система ЧПУ, но уже подразумевает наличие приводов подачи. Её имеет смысл использовать на тех станках, где уже есть привода подачи, но управление ими осуществляется вручную. Станочнику достаточно задать скорость и расстояние перемещения, дальше все сделает автоматика, значительно сокращается шанс «проскочить» требуемую точку. Скорости работы это прибавит немного, зато человек, работающий на станке, меньше устанет и сделает меньше ошибок. Особенно эффективна такая схема, когда выполнение одной операции занимает продолжительное время, например токарная обработка длинномерных деталей с малыми подачами.

Ну и, наконец, вершина инженерной мысли — СЧПУ. Собственно это не более чем компьютер, выполняющий одну единственную программу «управление станком». Бытует ошибочное мнение, что система ЧПУ требуется только там где идет серийное изготовление одинаковых деталей. Это совсем не обязательно и скорее даже наоборот, конечно станок «автомат» выдаст больше деталей чем «ручной», но даже при штучном производстве система ЧПУ позволит оптимизировать процесс за счет автоматизации простых операций вроде нарезания резьбы или глубокого сверления. Конечно, даже самая простая система ЧПУ стоит немалых денег и прежде чем решится на её использование стоит посчитать затраты.

Сейчас на рынке представлено большое количество систем ЧПУ как отечественного, так и импортного производства и первый раз оказавшись перед проблемой выбора можно растеряться. Хотя на самом деле все не так страшно. В первую очередь стоит определиться, сколько координат имеется на станке. Естественно выбранная СЧПУ должна поддерживать не меньше осей, чем есть на станке. Далее стоит определиться требуется ли линейное и нелинейное перемещение по нескольким осям одновременно. Некоторые системы ЧПУ в минимальной комплектации поддерживают только линейную интерполяцию по двум осям, дорогие системы позволяют согласованно перемещать 6-8 осей по различным нелинейным траекториям. Разнообразие возможностей конечно хорошо, однако, зачем нам 8 осей с интерполяцией на простом сверлильном станке? Выбирать стоит систему, содержащую все требуемые и минимум ненужных функций, ведь платить придется за все, даже за неиспользуемые опции. Следует очень внимательно пересчитать все имеющиеся на станке датчики, органы контроля и управления (конечные выключатели, кнопки, манипуляторы, и.т.д.) и исполнительные механизмы (электромагнитные муфты, электроклапаны, и.т.д.) для того чтобы определить количество требуемых дискретных входов и выходов. Некоторые системы имеют ограничение по количеству входных и выходных сигналов, другие позволяют добавлять необходимое количество, подсоединяя дополнительные модули расширения. Если в процессе окончательной сборки станка обнаружится что, не хватает двух-трех релейных выходов, то добавить их будет очень сложно, значительно проще в процессе разработки заложить 20%-й избыток, он может пригодиться и при модификации станка в будущем.

Неплохо также перед приобретением убедиться, что данная СЧПУ сопрягается с выбранными Вами приводами, а еще лучше получить об этом письменное подтверждение фирмы изготовителя или проверить самому до приобретения.

Иногда проблемы возникают в стыковке СЧПУ датчикам положения, магнитными или оптическими линейками, о возможности сопряжения всех используемых у Вас датчиков стоит предварительно проконсультироваться с производителем. Таким образом, можно избежать многих неприятностей в процессе пуско-наладочных работ.

Еще стоит упомянуть проблему, возникающую в основном в больших цехах старых предприятий, это сеть. В теории, то есть в распределительном щите цеха должно быть 3 фазы по 380 вольт, вот только на практике такое встречается редко. Нагрузки большой мощности, коммутируемые в цеху, и недостаточное сечение питающих цех кабелей приводят к сильным просадкам сетевого напряжения, а это в свою очередь одна из основных причин сбоев станков со сложной электроникой. Для станков без электроники, имеющих в электрической части один или несколько двигателей, такие просадки могут быть незаметны, а вот для системы ЧПУ это может стать причиной отказа. Поэтому стоит проконтролировать состояние питающей сети в цеху и при значительных отклонениях напряжения использовать для питания СЧПУ устройство бесперебойного питания или как минимум стабилизатор напряжения, хотя как показывает практика, на производстве он малоэффективен. Возможно, окажется полезным, проложить к станку отдельный кабель от распределительного щита, стоит это недорого, а снижение помех от питающей сети позволит избежать многих проблем в работе.

Источник

Читайте также:  Под переменным электрическим током понимают