8.3. Следящий привод станков с чпу

Следящий привод предназначен для преобразования электри­ческого сигнала малой мощности в пропорциональное ему пере­мещение управляемого объекта, для чего требуется значительно большая мощность. От следящего привода в большой степени зависит качество работы станка с ЧПУ: производительность, точность, а также надежность. Основные параметры следящего привода – мощность, скорость, быстродействие и точность.

Основные элементы следящего привода (рис. 8.9): исполни­тельный двигатель Д того или иного типа (электрический, ги­дравлический), необходимой мощности и частоты вращения; усилитель мощности УМ, снабжающий этот двигатель энергией, регулируемой в широких пределах; датчик обратной связи по положению ДОС, преобразующий фактическое перемещение Х₂ управляемого объекта УО в электрический сигнал Е_ос строго пропорциональный этому положению, и сравнивающее устрой­ство УС, которое сравнивает сигнал обратной связи с входным управляющим сигналом Е, получаемым в каком-либо цифро-аналоговом преобразователе и пропорциональным заданному пере­мещению Х₁.

Если эти сигналы неодинаковы, а следовательно и фактическое перемещение отличается от заданного, возникает сигнал ошибки ε, пропорциональный этой разности, который через усилитель мощ­ности УМ заставляет вращаться ротор двигателя с частотой Ω пропорциональной этому сигналу, в достаточно широком диа­пазоне.

Рис. 8.9. Структурная схема следящего привода

Мощные усилители, в качестве которых чаще всего исполь­зуют управляемые тиристорные преобразователи переменного тока в постоянный, в случае применения электродвигателей по­стоянного тока или золотниковые устройства того или иного типа в случае применения гидродвигателей, как правило, вклю­чают в себя усилитель постоянного тока малой мощности с боль­шим коэффициентом усиления, который совместно с корректирую­щими звеньями и тахогенератором (ТГ) обеспечивает требуемые динамические характеристики внутреннего контура следящего привода, являющегося его основой и называемого регулируемым приводом, или приводом.

Регулируемые приводы применяют и отдельно для вращения шпинделей станков, т. е. для осуществления главного движения. В этих приводах требуется высокая жесткость механической характеристики.

2. Приводы главного движения станков с чпу

9.1. Особенности приводов главного движения станков с чпу

Главный привод в станках обладает рядом особенностей, отличающих его от приводов подач: значительно большие мощ­ности; необходимость использования всей мощности двигателя в большом диапазоне частот вращения шпинделя станка; работа большую часть времени на постоянной заданной частоте вращения; большие моменты инерции, во много раз превосходящие собствен­ные моменты инерции двигателей на высших передачах коробки скоростей.

Приводы главного движения с асинхронными двигателями, как правило, используют с переключаемыми коробками скоростей для того, чтобы можно было использовать максимальную мощ­ность двигателя во всем диапазоне частоты вращения шпинделя. Если диапазон вращения шпинделя велик, конструкция коробки скоростей усложняется. Применение асинхронных двигателей с электрическим переключением частоты вращения (две, три, а иногда и четыре) значительно упрощает конструкцию коробки скоростей. Однако у асинхронных двигателей с переключением частоты вращения ротора вращающий момент постоянен на раз­личных диапазонах, что приводит к снижению мощности при уменьшении частоты вращения.

В связи с этим применение двигателей постоянного тока, частота вращения якоря которых может увеличиваться в 3−4 раза при постоянной мощности путем регулирования поля возбужде­ния, оказывается более предпочтительным, так как значительно упрощает коробку скоростей, являющуюся весьма сложным узлом. В этом случае коробка может иметь всего три–четыре сту­пени, а иногда и две.

Так как двигатели главного движения должны обеспечивать постоянную заданную частоту вращения при изменении нагрузки в широких пределах, происходящем, например, вследствие изме­нения припуска на обработку, то они должны иметь механическую характеристику, которая не должна существенно изменяться при ослаблении поля, иначе возможна неустойчивая работа привода. Это объясняется тем, что при уменьшении по какой-либо причине частоты вращения будет увеличиваться толщина стружки, а сле­довательно, и нагрузка на двигатель при той же скорости движе­ния подачи. Увеличение нагрузки приводит к дальнейшему сни­жению частоты вращения вплоть до полной остановки главного привода, сопровождающейся часто поломкой инструмента или даже авариями, если приводы подач запаздывают с отключением при резком увеличении нагрузки на главный привод.

Особенностью работы главных приводов является также их работа при инерционных моментах нагрузки, значительно изме­няющихся вследствие переключения коробок скоростей. Это создает определенные трудности в стабилизации приводов при замыкании обратной связью по угловому положению, что часто необходимо при ориентации шпинделя двигателем, требуемой в станках с автоматической сменой инструмента.

Система управления приводом главного движения часто пред­ставляет собой отдельный узел, включающий два тиристорных преобразователя: один большой мощности – для регулирования напряжения на якоре двигателя, другой малой мощности – для регулирования напряжения возбуждения. Такой двухзонный привод в настоящее время применяют наиболее часто для осуще­ствления главного движения в различных станках. Помимо двух тиристорных преобразователей, этот узел содержит систему управления автоматизированной коробкой скоростей станка с не­обходимыми блокировками.