ไดรฟ์ไฟฟ้าสำหรับเครื่องจักร CNC

เครื่องตัดโลหะแบบมัลติฟังก์ชั่นสมัยใหม่และหุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีการติดตั้งไดรฟ์ไฟฟ้าแบบหลายมอเตอร์ที่เคลื่อนย้ายผู้บริหารไปตามแกนพิกัดต่างๆ (รูปที่ 1)

การควบคุมการทำงานของเครื่อง CNC ดำเนินการโดยใช้ระบบมาตรฐานที่สร้างคำสั่งตามโปรแกรมที่กำหนดไว้ในรูปแบบดิจิทัล การสร้างไมโครคอนโทรลเลอร์ประสิทธิภาพสูงและไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดี่ยวซึ่งประกอบขึ้นเป็นแกน CPU ที่ตั้งโปรแกรมได้ ทำให้เป็นไปได้ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาในการดำเนินการทางเรขาคณิตและเทคโนโลยีต่างๆ โดยอัตโนมัติ ตลอดจนทำการควบคุมแบบดิจิตอลโดยตรงของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าและ ระบบอัตโนมัติด้วยไฟฟ้า

ข้าว. 1. ระบบขับเคลื่อนของเครื่องกัดซีเอ็นซี

ประเภทของไดรฟ์ไฟฟ้าสำหรับเครื่องจักร CNC และข้อกำหนดสำหรับพวกเขา

กระบวนการตัดโลหะดำเนินการโดยการเคลื่อนไหวร่วมกันของชิ้นส่วนที่ต้องดำเนินการและใบมีดของเครื่องมือตัดไดรฟ์ไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องตัดโลหะ ซึ่งออกแบบมาเพื่อดำเนินการและควบคุมกระบวนการทำงานโลหะผ่านระบบซีเอ็นซี

ในการประมวลผล เป็นเรื่องปกติที่จะแยกการเคลื่อนไหวหลักที่ให้กระบวนการตัดที่มีการควบคุมระหว่างการเคลื่อนไหวร่วมกันของเครื่องมือและชิ้นงาน เช่นเดียวกับการเคลื่อนไหวเสริมที่อำนวยความสะดวกในการทำงานอัตโนมัติของอุปกรณ์ (การเข้าใกล้และการถอนเครื่องมือตรวจสอบ การเปลี่ยนเครื่องมือ และ ฯลฯ).

สิ่งหลัก ได้แก่ การเคลื่อนที่ของการตัดหลัก ซึ่งมีความเร็วและกำลังสูงสุด ซึ่งให้] แรงตัดที่จำเป็น เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ป้อน ซึ่งจำเป็นในการเคลื่อนย้ายชิ้นงานไปตามวิถีอวกาศด้วยความเร็วที่กำหนด เพื่อให้ได้พื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างตามที่กำหนด หน่วยงานของเครื่องจักรจะบอกชิ้นงานและเครื่องมือให้เคลื่อนไปตามวิถีที่ต้องการด้วยความเร็วและแรงที่ตั้งไว้ ไดรฟ์ไฟฟ้าให้การเคลื่อนไหวแบบหมุนและการแปลแก่หน่วยงานซึ่งการรวมกันซึ่งผ่านโครงสร้างจลนศาสตร์ของเครื่องจักรทำให้เกิดการเคลื่อนที่ร่วมกันที่จำเป็น

วัตถุประสงค์และประเภทของเครื่องจักรงานโลหะส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของชิ้นส่วนที่ผลิต (ตัวเครื่อง เพลา จาน) ความสามารถของเครื่องมัลติฟังก์ชั่นในการสร้างเครื่องมือและการเคลื่อนที่ของชิ้นงานที่จำเป็นระหว่างการตัดเฉือนจะพิจารณาจากจำนวนของแกนพิกัด ดังนั้นด้วยจำนวนของไดรฟ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันและโครงสร้างของระบบควบคุม

ขณะนี้ไดรฟ์ส่วนใหญ่ทำงานบนพื้นฐานของความน่าเชื่อถือ มอเตอร์ AC พร้อมการควบคุมความถี่ดำเนินการโดยหน่วยงานกำกับดูแลดิจิทัลไดรฟ์ไฟฟ้าประเภทต่างๆ ถูกนำมาใช้โดยใช้โมดูลอุตสาหกรรมทั่วไป (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. แผนภาพการทำงานทั่วไปของไดรฟ์ไฟฟ้า

องค์ประกอบขั้นต่ำของบล็อกไดรฟ์ไฟฟ้าประกอบด้วยบล็อกการทำงานต่อไปนี้:

• มอเตอร์ไฟฟ้าผู้บริหาร (ED);

• ตัวแปลงพลังงานความถี่ (HRC) ซึ่งแปลงพลังงานไฟฟ้าของเครือข่ายอุตสาหกรรมเป็นแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายมอเตอร์สามเฟสของแอมพลิจูดและความถี่ที่ต้องการ

• ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MC) ที่ทำหน้าที่ของชุดควบคุม (CU) และตัวสร้างงาน (FZ)

หน่วยอุตสาหกรรมของตัวแปลงความถี่ไฟฟ้าประกอบด้วยวงจรเรียงกระแสและตัวแปลงพลังงานที่สร้างแรงดันไฟฟ้าไซน์พร้อมพารามิเตอร์ที่จำเป็นซึ่งกำหนดโดยสัญญาณของอุปกรณ์ควบคุมโดยใช้การควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ของสวิตช์ PWM เอาต์พุต

อัลกอริทึมสำหรับควบคุมการทำงานของไดรฟ์ไฟฟ้านั้นใช้งานโดยไมโครคอนโทรลเลอร์โดยสร้างคำสั่งที่ได้รับจากการเปรียบเทียบสัญญาณของเครื่องกำเนิดงานและข้อมูลที่ได้รับจากคอมเพล็กซ์คอมพิวเตอร์ข้อมูล (IVC) ตามการประมวลผลและการวิเคราะห์ สัญญาณจากชุดจากเซ็นเซอร์

ระบบขับเคลื่อนไพรม์มูฟเวอร์แบบไฟฟ้าในการใช้งานส่วนใหญ่ประกอบด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำที่มีโรเตอร์แบบกรงกระรอกที่คดเคี้ยวและกระปุกเกียร์เป็นตัวส่งกำลังเชิงกลของการหมุนไปยังแกนหมุนของเครื่องจักร กระปุกเกียร์มักได้รับการออกแบบให้เป็นกระปุกเกียร์ที่มีการเปลี่ยนเกียร์ระยะไกลแบบเครื่องกลไฟฟ้าการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของกลไกหลักให้แรงตัดที่จำเป็นที่ความเร็วรอบที่กำหนด ดังนั้น จุดประสงค์ของการควบคุมความเร็วคือเพื่อรักษากำลังให้คงที่

ช่วงที่จำเป็นของการควบคุมความเร็วรอบขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของผลิตภัณฑ์แปรรูป วัสดุของผลิตภัณฑ์ และปัจจัยอื่นๆ อีกมากมาย ในเครื่องจักร CNC อัตโนมัติสมัยใหม่ ไดรฟ์หลักจะทำหน้าที่ที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการตัดเกลียว การตัดเฉือนชิ้นส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน และอื่นๆ อีกมากมาย สิ่งนี้นำไปสู่ความจำเป็นในการควบคุมความเร็วที่หลากหลายรวมถึงการใช้ไดรฟ์แบบพลิกกลับได้ ในเครื่องมัลติฟังก์ชั่น ช่วงความเร็วในการหมุนที่ต้องการสามารถเป็นพันหรือมากกว่านั้น

จำเป็นต้องใช้ช่วงความเร็วที่กว้างมากในตัวป้อน ดังนั้น ในการกัดรูปร่างตามทฤษฎีแล้ว คุณควรมีช่วงความเร็วที่ไม่จำกัด เนื่องจากค่าต่ำสุดมักจะเป็นศูนย์ในบางจุด บ่อยครั้งที่การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วของหน่วยงานในพื้นที่การประมวลผลนั้นดำเนินการโดยตัวป้อนซึ่งเพิ่มช่วงของการเปลี่ยนแปลงความเร็วอย่างมากและทำให้ระบบควบคุมไดรฟ์ซับซ้อน

ในตัวป้อนจะใช้มอเตอร์แบบซิงโครนัสและมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่สัมผัส รวมถึงมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสในบางกรณี ข้อกำหนดพื้นฐานต่อไปนี้ใช้กับพวกเขา:

• การควบคุมความเร็วที่หลากหลาย

• ความเร็วสูงสุดสูง

• ความจุเกินพิกัดสูง

• ประสิทธิภาพสูงระหว่างการเร่งความเร็วและการลดความเร็วในโหมดกำหนดตำแหน่ง

• ความแม่นยำของตำแหน่งสูง

ต้องรับประกันความเสถียรของลักษณะเฉพาะของไดรฟ์ภายใต้ความผันแปรของโหลด การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อม แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย และเหตุผลอื่นๆ อีกมากมาย สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยการพัฒนาระบบควบคุมอัตโนมัติแบบปรับได้ที่มีเหตุผล

ส่วนทางกลของไดรฟ์ของเครื่อง

ชิ้นส่วนเชิงกลของไดรฟ์สามารถเป็นโครงสร้างจลนศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งมีชิ้นส่วนมากมายที่หมุนด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน มักจะแยกแยะองค์ประกอบต่อไปนี้:

• โรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าที่สร้างแรงบิด (หมุนหรือเบรก)

• ระบบส่งกำลังเชิงกล t, s ระบบที่กำหนดลักษณะของการเคลื่อนไหว (การหมุน การแปล) และเปลี่ยนความเร็วของการเคลื่อนที่ (ตัวลด)

• ร่างการทำงานที่แปลงพลังงานของการเคลื่อนไหวเป็นงานที่เป็นประโยชน์

การติดตามไดรฟ์แบบอะซิงโครนัสของการเคลื่อนไหวหลักของเครื่องตัดโลหะ

ไดรฟ์ไฟฟ้าแบบปรับได้ที่ทันสมัยของการเคลื่อนไหวหลักของเครื่องจักรงานโลหะ CNC นั้นส่วนใหญ่ใช้มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่มีขดลวดโรเตอร์แบบกรงซึ่งได้รับการอำนวยความสะดวกจากหลายปัจจัย ซึ่งควรสังเกตการปรับปรุงฐานข้อมูลเบื้องต้นและ ไฟฟ้ากำลัง.

การควบคุมโหมดของมอเตอร์กระแสสลับนั้นดำเนินการโดยการเปลี่ยนความถี่ของแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ตัวแปลงไฟซึ่งพร้อมกับการควบคุมความถี่จะเปลี่ยนพารามิเตอร์อื่น ๆ

คุณลักษณะของไดรฟ์ไฟฟ้าติดตามส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของ ACS ในตัวการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ประสิทธิภาพสูงทำให้มีโอกาสมากมายในการจัดระบบควบคุมไดรฟ์ไฟฟ้า

ข้าว. 3. โครงสร้างการควบคุมทั่วไปของมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยใช้ตัวแปลงความถี่

ตัวควบคุมไดรฟ์สร้างลำดับของตัวเลขสำหรับสวิตช์ไฟที่ควบคุมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า ตัวควบคุมการทำงานอัตโนมัติมีคุณสมบัติที่จำเป็นในโหมดเริ่มต้นและหยุดทำงาน ตลอดจนการปรับและป้องกันอุปกรณ์โดยอัตโนมัติ

ส่วนฮาร์ดแวร์ของระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วย: - ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลและดิจิตอลเป็นอนาล็อกสำหรับป้อนสัญญาณจากเซ็นเซอร์และควบคุมการทำงาน

• โมดูลอินพุตและเอาต์พุตสำหรับสัญญาณอะนาล็อกและดิจิทัลพร้อมกับอุปกรณ์เชื่อมต่อและตัวเชื่อมต่อสายเคเบิล

• บล็อกอินเทอร์เฟซที่ทำหน้าที่รับส่งข้อมูลระหว่างโมดูลภายในและการสื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอก

การตั้งค่าจำนวนมากของตัวแปลงความถี่ที่ผู้พัฒนาแนะนำโดยคำนึงถึงข้อมูลโดยละเอียดของมอเตอร์ไฟฟ้าเฉพาะทำให้มีขั้นตอนการควบคุมบางอย่างซึ่งสามารถสังเกตได้:

• การควบคุมความเร็วหลายระดับ

• ขีด จำกัด ความถี่บนและล่าง

• ขีด จำกัด ของแรงบิด,

• เบรกโดยการจ่ายกระแสตรงไปยังเฟสใดเฟสหนึ่งของมอเตอร์

• ป้องกันการโอเวอร์โหลด แต่ในกรณีที่โอเวอร์โหลดและร้อนเกินไป ให้โหมดประหยัดพลังงาน

ขับเคลื่อนโดยใช้มอเตอร์ DC แบบไร้สัมผัส

ไดรฟ์เครื่องจักรมีความต้องการสูงสำหรับช่วงของการควบคุมความเร็ว ความเป็นเชิงเส้นของลักษณะการควบคุมและความเร็ว เนื่องจากเป็นตัวกำหนดความแม่นยำของตำแหน่งสัมพัทธ์ของเครื่องมือและชิ้นส่วน ตลอดจนความเร็วในการเคลื่อนที่

ไดรฟ์กำลังถูกนำมาใช้เป็นหลักโดยใช้มอเตอร์กระแสตรงซึ่งมีลักษณะการควบคุมที่จำเป็น แต่ในขณะเดียวกันการมีตัวรวบรวมแปรงเชิงกลนั้นสัมพันธ์กับความน่าเชื่อถือต่ำ ความซับซ้อนของการบำรุงรักษา และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับสูง

การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและเทคโนโลยีการประมวลผลแบบดิจิทัลมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนไดรฟ์ไฟฟ้าด้วยมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบไม่สัมผัส ซึ่งทำให้สามารถปรับปรุงลักษณะพลังงานและเพิ่มความน่าเชื่อถือของเครื่องมือเครื่องจักรได้ อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ไร้สัมผัสมีราคาค่อนข้างแพงเนื่องจากความซับซ้อนของระบบควบคุม

แต่หลักการทำงานของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านคือเครื่องไฟฟ้ากระแสตรงที่มีตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็กบนโรเตอร์และขดลวดกระดองบนสเตเตอร์ จำนวนขดลวดสเตเตอร์และจำนวนขั้วของแม่เหล็กโรเตอร์จะถูกเลือกขึ้นอยู่กับลักษณะที่ต้องการของมอเตอร์ การเพิ่มขึ้นจะช่วยปรับปรุงการขับขี่และการควบคุม แต่นำไปสู่การออกแบบเครื่องยนต์ที่ซับซ้อนมากขึ้น

เมื่อขับเครื่องตัดโลหะ โครงสร้างที่มีขดลวดกระดองสามอันซึ่งทำในรูปแบบของส่วนที่เชื่อมต่อกันหลายส่วน และระบบกระตุ้นของแม่เหล็กถาวรที่มีขั้วหลายคู่ส่วนใหญ่จะใช้ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. แผนภาพการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้สัมผัส

แรงบิดเกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานร่วมกันของฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสในขดลวดสเตเตอร์และแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์ ทิศทางคงที่ของโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้านั้นมั่นใจได้โดยการสลับที่เหมาะสมที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ด้วยกระแสตรง ลำดับของการเชื่อมต่อขดลวดสเตเตอร์กับแหล่ง U นั้นดำเนินการโดยใช้สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์กำลังซึ่งจะเปลี่ยนภายใต้การกระทำของสัญญาณจากตัวจ่ายพัลส์เมื่อจ่ายแรงดันจากเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์

ในงานควบคุมโหมดการทำงานของไดรฟ์ไฟฟ้าของมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่สัมผัส ประเด็นที่สัมพันธ์กันต่อไปนี้จะแตกต่างกัน:

• การพัฒนาอัลกอริธึม วิธีการ และวิธีการควบคุมตัวแปลงไฟฟ้าโดยส่งผลต่อปริมาณทางกายภาพที่สามารถวัดได้

• การสร้างระบบควบคุมการขับเคลื่อนอัตโนมัติโดยใช้ทฤษฎีและวิธีการควบคุมอัตโนมัติ

ระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิกไฟฟ้าที่ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์

ในเครื่องมือกลสมัยใหม่ ระบบขับร่วมไฮดรอลิกไฟฟ้า (EGD) เป็นแบบกึ่งทั่วไป ซึ่งสัญญาณไฟฟ้าที่ไม่ต่อเนื่องที่มาจากระบบ CNC แบบอิเล็กทรอนิกส์จะถูกแปลงโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสเป็นการหมุนเพลา แรงบิดที่พัฒนาขึ้นภายใต้การทำงานของสัญญาณของตัวควบคุมไดรฟ์ (CP) ของระบบ CNC จากมอเตอร์ไฟฟ้า (EM) เป็นค่าอินพุตสำหรับแอมพลิฟายเออร์ไฮดรอลิกที่เชื่อมต่อผ่านเกียร์กล (MP) ไปยังส่วนบริหาร (IO) ของเครื่องมือกล (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. รูปแบบการทำงานของไดรฟ์ไฮดรอลิกไฟฟ้า

การหมุนที่ควบคุมของโรเตอร์มอเตอร์ไฟฟ้าโดยการแปลงอินพุต (VP) และวาล์วไฮดรอลิก (GR) ทำให้เกิดการหมุนของเพลามอเตอร์ไฮดรอลิก (GM) เพื่อให้พารามิเตอร์ของแอมพลิฟายเออร์ไฮดรอลิกมีความเสถียร มักจะใช้ข้อเสนอแนะภายใน

ในการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของกลไกที่มีลักษณะของการเคลื่อนไหวแบบสตาร์ท-สต็อปหรือการเคลื่อนไหวแบบต่อเนื่อง สเต็ปเปอร์มอเตอร์ (SM) พบการใช้งานซึ่งจัดอยู่ในประเภทของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัส สเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบกระตุ้นด้วยพัลส์เหมาะที่สุดสำหรับการควบคุมแบบดิจิตอลโดยตรงที่ใช้ในการควบคุม CNC

การเคลื่อนที่ของโรเตอร์เป็นระยะๆ (ตามขั้นบันได) ที่มุมหนึ่งของการหมุนสำหรับแต่ละพัลส์ทำให้สามารถได้รับตำแหน่งที่แม่นยำสูงเพียงพอโดยมีช่วงความเร็วที่เปลี่ยนแปลงมากจากเกือบเป็นศูนย์

เมื่อคุณใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ในไดรฟ์ไฟฟ้า สเต็ปเปอร์มอเตอร์จะถูกควบคุมโดยอุปกรณ์ที่มีลอจิกคอนโทรลเลอร์และสวิตช์ (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. อุปกรณ์ควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์

ภายใต้การทำงานของคำสั่งควบคุมการเลือก nchannel ตัวควบคุมไดรฟ์ CNC จะสร้างสัญญาณดิจิตอลเพื่อควบคุมสวิตช์ทรานซิสเตอร์พลังงาน ซึ่งจะเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเข้ากับขดลวดสเตเตอร์ในลำดับที่ต้องการ เพื่อให้ได้ค่าการเคลื่อนที่เชิงมุมเล็กน้อยในขั้นตอนเดียว α = π / p แม่เหล็กถาวรที่มีคู่ขั้ว p จำนวนมากจะถูกวางไว้บนโรเตอร์