محركات كهربائية لماكينات CNC

تم تجهيز آلات قطع المعادن الحديثة متعددة الوظائف والروبوتات الصناعية بمحركات كهربائية متعددة المحركات تحرك الهيئات التنفيذية على طول محاور تنسيق متعددة (الشكل 1).

يتم التحكم في تشغيل آلة CNC باستخدام أنظمة قياسية تولد أوامر وفقًا لبرنامج محدد في شكل رقمي. إن إنشاء متحكمات دقيقة عالية الأداء وأجهزة كمبيوتر صغيرة أحادية الشريحة ، والتي تشكل جوهر وحدة المعالجة المركزية القابلة للبرمجة ، جعلت من الممكن بمساعدتها إجراء العديد من العمليات الهندسية والتكنولوجية تلقائيًا ، بالإضافة إلى إجراء تحكم رقمي مباشر لنظام الدفع الكهربائي و الأتمتة الكهربائية.

أرز. 1. نظام القيادة لآلة الطحن CNC

أنواع المحركات الكهربائية لآلات CNC ومتطلباتها

تتم عملية قطع المعدن بالحركة المتبادلة للجزء المراد معالجته وشفرة أداة القطع.تعد المحركات الكهربائية جزءًا من آلات قطع المعادن ، المصممة لأداء وتنظيم عمليات تشغيل المعادن من خلال نظام CNC.

في المعالجة ، من المعتاد فصل الحركات الرئيسية التي توفر عمليات قطع محكومة أثناء الحركة المتبادلة للأداة وقطعة العمل ، بالإضافة إلى الحركات المساعدة التي تسهل التشغيل التلقائي للمعدات (الاقتراب من أدوات المراقبة وسحبها ، وتغيير الأدوات و إلخ.).

تشمل أهمها حركة القطع الرئيسية ، التي تتمتع بأعلى سرعة وقوة ، والتي توفر] قوة القطع اللازمة ، بالإضافة إلى حركة التغذية ، وهي ضرورية لتحريك جسم العمل على طول مسار مكاني بسرعة معينة. للحصول على سطح المنتج بالشكل المحدد ، تخبر الهيئات العاملة بالماكينة قطعة العمل والأداة لتحريك المسار المطلوب بسرعة وقوة محددين. تعطي المحركات الكهربائية حركات دورانية وانتقالية للأجسام العاملة ، والتي توفر مجموعاتها ، من خلال الهيكل الحركي للآلات ، عمليات الإزاحة المتبادلة الضرورية.

يعتمد الغرض من آلة تصنيع المعادن ونوعها إلى حد كبير على شكل الجزء المصنّع (الجسم ، العمود ، القرص). يتم تحديد قدرة الآلة متعددة الوظائف على توليد حركات الأداة وقطعة العمل المطلوبة أثناء المعالجة من خلال عدد محاور الإحداثيات وبالتالي من خلال عدد المحركات الكهربائية المترابطة وهيكل نظام التحكم.

حاليًا ، يتم تنفيذ محركات الأقراص بشكل أساسي على أساس موثوق محركات التيار المتردد مع التحكم في الترددنفذت من قبل المنظمين الرقميين.يتم تنفيذ أنواع مختلفة من المحركات الكهربائية باستخدام وحدات صناعية نموذجية (الشكل 2).

أرز. 2. مخطط وظيفي نموذجي لمحرك كهربائي

يتكون الحد الأدنى من تكوين كتل القيادة الكهربائية من الكتل الوظيفية التالية:

• محرك كهربائي تنفيذي (ED) ؛

• محول طاقة التردد (HRC) ، الذي يحول الطاقة الكهربائية للشبكة الصناعية إلى جهد إمداد محرك ثلاثي الطور بالسعة والتردد المطلوبين ؛

• متحكم (MC) يؤدي وظائف وحدة التحكم (CU) ومولد المهام (FZ).

تحتوي الوحدة الصناعية لمحول تردد الطاقة على مقوم ومحول طاقة يولدان جهدًا جيبيًا مع المعلمات الضرورية التي تحددها إشارات جهاز التحكم باستخدام تحكم المعالج الدقيق لمفتاح PWM الناتج.

يتم تنفيذ خوارزمية التحكم في تشغيل المحرك الكهربائي بواسطة وحدة التحكم الدقيقة عن طريق توليد الأوامر التي تم الحصول عليها نتيجة لمقارنة إشارات مولد المهام والبيانات الواردة من مجمع حوسبة المعلومات (IVC) بناءً على معالجة وتحليل إشارات من مجموعة من أجهزة الاستشعار.

يحتوي محرك المحرك الرئيسي الكهربائي في معظم التطبيقات على محرك كهربائي حثي مع لف دوار قفص السنجاب وعلبة تروس مثل النقل الميكانيكي للدوران إلى مغزل الآلة. غالبًا ما يتم تصميم علبة التروس كعلبة تروس مزودة بإمكانية نقل التروس الكهروميكانيكية عن بُعد.يوفر المحرك الكهربائي للحركة الرئيسية قوة القطع اللازمة عند سرعة دوران معينة ، وبالتالي فإن الغرض من تنظيم السرعة هو الحفاظ على قوة ثابتة.

يعتمد النطاق الضروري للتحكم في سرعة الدوران على أقطار المنتجات المصنعة وموادها والعديد من العوامل الأخرى. في آلات CNC الأوتوماتيكية الحديثة ، يقوم المحرك الرئيسي بوظائف معقدة تتعلق بقطع الخيط ، وتصنيع أجزاء بأقطار مختلفة ، وأكثر من ذلك بكثير. هذا يؤدي إلى الحاجة إلى توفير نطاق كبير جدًا من التحكم في السرعة بالإضافة إلى استخدام محرك عكسي. في الآلات متعددة الوظائف ، يمكن أن يكون نطاق سرعة الدوران المطلوب آلافًا أو أكثر.

نطاقات السرعة الكبيرة جدًا مطلوبة أيضًا في المغذيات. لذلك ، في الطحن الكنتوري ، يجب أن يكون لديك نظريًا نطاق سرعة لانهائي ، حيث تميل القيمة الدنيا إلى الصفر في بعض النقاط. في كثير من الأحيان ، يتم أيضًا تنفيذ الحركة السريعة للهيئات العاملة في منطقة المعالجة بواسطة وحدة التغذية ، مما يزيد بشكل كبير من نطاق تغيير السرعة ويعقد أنظمة التحكم في القيادة.

في المغذيات ، يتم استخدام محركات متزامنة ومحركات DC غير متصلة ، وكذلك في بعض الحالات محركات غير متزامنة. تنطبق عليهم المتطلبات الأساسية التالية:

• مجموعة واسعة من تنظيم السرعة ؛

• سرعة قصوى عالية

• قدرة زائدة عالية

• أداء عالٍ أثناء التسارع والتباطؤ في وضع تحديد المواقع ؛

• دقة عالية في تحديد المواقع.

يجب ضمان استقرار خصائص القيادة في ظل تغيرات الأحمال ، والتغيرات في درجة الحرارة المحيطة ، والجهد الكهربائي والعديد من الأسباب الأخرى. يتم تسهيل ذلك من خلال تطوير نظام تحكم أوتوماتيكي تكيفي منطقي.

الجزء الميكانيكي لمحرك الآلة

يمكن أن يكون الجزء الميكانيكي للمحرك عبارة عن بنية حركية معقدة تحتوي على أجزاء كثيرة تدور بسرعات مختلفة. عادة ما يتم تمييز العناصر التالية:

• الدوار للمحرك الكهربائي الذي يولد عزم الدوران (الدوران أو الكبح) ؛

• ناقل حركة ميكانيكي ، تي ، ق. نظام يحدد طبيعة الحركة (الدوران ، متعدية) ويغير سرعة الحركة (المخفض) ؛

• هيئة عاملة تحول طاقة الحركة إلى عمل مفيد.

تتبع محرك غير متزامن للحركة الرئيسية لآلة قطع المعادن

يعتمد المحرك الكهربائي الحديث القابل للتعديل للحركة الرئيسية لآلات تشغيل المعادن CNC بشكل أساسي على المحركات غير المتزامنة مع لف دوار القفص ، والذي تم تسهيله من خلال العديد من العوامل ، من بينها يجب ملاحظة تحسين قاعدة المعلومات الأولية و إلكترونيات الطاقة.

يتم تنظيم أوضاع محركات التيار المتناوب عن طريق تغيير تردد جهد الإمداد باستخدام محول طاقة ، والذي يغير المعلمات الأخرى ، إلى جانب تنظيم التردد.

تعتمد خصائص محرك التعقب الكهربائي إلى حد كبير على كفاءة ACS المدمج.لقد وفر استخدام وحدات التحكم الدقيقة عالية الأداء فرصًا واسعة لتنظيم أنظمة التحكم في المحرك الكهربائي.

أرز. 3. هيكل التحكم النموذجي للمحرك الحثي باستخدام محول التردد

تقوم وحدة التحكم في القيادة بتوليد تسلسلات من الأرقام لمفتاح الطاقة الذي ينظم تشغيل المحرك الكهربائي. توفر وحدة التحكم في الأتمتة الخصائص الضرورية في وضعي البدء والإيقاف ، بالإضافة إلى الضبط التلقائي وحماية المعدات.

يحتوي جزء الأجهزة في نظام الحوسبة أيضًا على: - المحولات التناظرية الرقمية والرقمية التناظرية لإدخال الإشارات من أجهزة الاستشعار والتحكم في تشغيلها ؛

• وحدات الإدخال والإخراج للإشارات التناظرية والرقمية ، مزودة بمعدات الواجهة وموصلات الكابلات ؛

• كتل السطح البيني التي تقوم بنقل بيانات الوحدة النمطية الداخلية والاتصال مع المعدات الخارجية.

يوفر عدد كبير من إعدادات محول التردد ، التي قدمها المطور ، مع مراعاة البيانات التفصيلية لمحرك كهربائي معين ، إجراءات تحكم معينة ، من بينها:

• تنظيم السرعة متعدد المستويات ،

• حد التردد العلوي والسفلي ،

• حد عزم الدوران ،

• الكبح عن طريق توفير تيار مباشر لإحدى مراحل المحرك ،

• حماية من التحميل الزائد ، ولكن في حالة التحميل الزائد والسخونة الزائدة ، يتم توفير وضع توفير الطاقة.

محرك يعتمد على محركات التيار المستمر غير التلامسية

تتطلب محركات أدوات الماكينة متطلبات عالية لنطاق التحكم في السرعة ، وخطية خصائص التحكم والسرعة ، حيث إنها تحدد دقة الموضع النسبي للأداة والجزء ، وكذلك سرعة حركتهما.

تم تنفيذ محركات الطاقة بشكل أساسي على أساس محركات التيار المستمر ، والتي تتمتع بخصائص التحكم اللازمة ، ولكن في نفس الوقت ، ارتبط وجود مجمع الفرشاة الميكانيكي بانخفاض الموثوقية وتعقيد الصيانة ومستوى عالٍ من التداخل الكهرومغناطيسي.

ساهم تطوير إلكترونيات الطاقة وتقنيات الحوسبة الرقمية في استبدالها في المحركات الكهربائية بمحركات تيار مباشر لا تلامس ، مما جعل من الممكن تحسين خصائص الطاقة وزيادة موثوقية الأدوات الآلية. ومع ذلك ، فإن المحركات غير التلامسية باهظة الثمن نسبيًا نظرًا لتعقيد نظام التحكم.

لكن مبدأ تشغيل المحرك عديم الفرشاة هو آلة كهربائية ذات تيار مباشر مع مغو مغناطيسي كهربائي على لفات العضو الدوار والمُحرك على الجزء الثابت. يتم اختيار عدد لفات الجزء الثابت وعدد أقطاب المغناطيس الدوار اعتمادًا على الخصائص المطلوبة للمحرك. تساعد زيادتها على تحسين الركوب والتعامل ، ولكنها تؤدي إلى تصميم محرك أكثر تعقيدًا.

عند قيادة آلات قطع المعادن ، يتم استخدام هيكل بثلاث لفات حديدية ، مصنوعة على شكل عدة أقسام متصلة ، ونظام إثارة من المغناطيس الدائم مع عدة أزواج من الأعمدة (الشكل 4).

أرز. 4. رسم تخطيطي وظيفي لمحرك DC بدون تلامس

يتشكل عزم الدوران نتيجة تفاعل التدفقات المغناطيسية الناتجة عن التيارات في لفات الجزء الثابت والمغناطيسات الدائمة للعضو الدوار. يتم ضمان الاتجاه الثابت للعزم الكهرومغناطيسي عن طريق التبديل المناسب الذي يتم توفيره لملفات الجزء الثابت بالتيار المباشر. يتم تنفيذ تسلسل توصيل لفات الجزء الثابت بالمصدر U عن طريق مفاتيح أشباه موصلات الطاقة ، والتي يتم تبديلها تحت تأثير الإشارات من موزع النبض عند إمداد الجهد من مستشعرات موضع الدوار.

في مهمة تنظيم أوضاع التشغيل للمحرك الكهربائي لمحركات DC غير المتصلة ، يتم تمييز المشكلات المترابطة التالية:

• تطوير الخوارزميات وطرق ووسائل التحكم في المحول الكهروميكانيكي من خلال التأثير على الكميات المادية المتاحة للقياس ؛

• إنشاء نظام التحكم الآلي في القيادة باستخدام نظرية وطرق التحكم الآلي.

محرك كهربائي هيدروليكي يعتمد على محرك متدرج

في أدوات الآلات الحديثة ، تعد المحركات الكهروهيدروليكية المشتركة (EGD) شبه شائعة ، حيث يتم تحويل الإشارات الكهربائية المنفصلة القادمة من نظام CNC الإلكتروني بواسطة محركات كهربائية متزامنة إلى دوران عمود الدوران. إن عزم الدوران الذي تم تطويره تحت تأثير إشارات وحدة التحكم في القيادة (CP) لنظام CNC من المحرك الكهربائي (EM) هو قيمة الإدخال للمضخم الهيدروليكي المتصل من خلال ناقل الحركة الميكانيكي (MP) إلى الجسم التنفيذي (IO) من أداة الآلة (الشكل 5).

أرز. 5. مخطط وظيفي للمحرك الكهروهيدروليكي

يؤدي الدوران المتحكم فيه لدوار المحرك الكهربائي عن طريق تحويل الإدخال (VP) والصمام الهيدروليكي (GR) إلى دوران عمود المحرك الهيدروليكي (GM). من أجل تثبيت معلمات مكبر الصوت الهيدروليكي ، عادة ما يتم استخدام التغذية الراجعة الداخلية.

في المحركات الكهربائية للآليات ذات طبيعة بدء - توقف للحركة أو الحركة المستمرة ، وجدت محركات السائر (SM) تطبيقًا ، والذي تم تصنيفه على أنه نوع من المحركات الكهربائية المتزامنة. تعد محركات السائر ذات النبضات هي الأنسب للتحكم الرقمي المباشر المستخدم في التحكم CNC.

تتيح الحركة المتقطعة (التدريجية) للجزء المتحرك بزاوية دوران معينة لكل نبضة الحصول على دقة تحديد عالية بما فيه الكفاية مع نطاق كبير جدًا من تغير السرعة من الصفر تقريبًا.

عند استخدام محرك متدرج في محرك كهربائي ، يتم التحكم فيه بواسطة جهاز يحتوي على وحدة تحكم منطقية ومفتاح (الشكل 6).

أرز. 6. جهاز التحكم في محرك متدرج

تحت تأثير أمر التحكم في اختيار القناة ، تولد وحدة التحكم في محرك CNC إشارات رقمية للتحكم في مفتاح ترانزستور الطاقة ، والذي يربط في التسلسل المطلوب جهد التيار المستمر بملفات الجزء الثابت. للحصول على قيم صغيرة للإزاحة الزاوية في خطوة واحدة α = π / p ، يتم وضع مغناطيس دائم مع عدد كبير من أزواج القطب p على الدوار.