Шаговые приводы подачи.
Шаговый привод является простейшим вариантом исполнительного позиционного привода подачи. Достоинством его является простота конструкции, отсутствие каналов обратной связи и средств измерения положения и скорости исполнительного органа, а также естественный характер связи с устройством задания программы в унитарном коде. К недостаткам шагового привода следует отнести существенное ограничение по скорости, необходимость (во избежание пропуска импульсов) плавного разгона при выходе на режим ускоренных перемещений и плавного торможения при выходе из режима, а также невосполнимый характер потери информации в случае сбоя, т.е. пропуска шага. Уступая в этом смысле следящему привода, шаговой привод, однако, как более простой, более высокой надежности и низкой стоимости шаговый привод продолжают использовать, особенно при использовании большого числа управляемых по программе координат в малых и средних станках. Кроме того шаговый двигатель применяют для управления различными вспомогательными механизмами станков - поворот и смещение суппортов, резцедержателей и т.д.
 |
Шаговые приводы могут использовать несиловые и силовые шаговые двигатели. В первом случае в состав привода дополнительно входит система усиления крутящего момента, выполненная в виде автономной следящей системы (обычно гидравлической). Во втором случае выходной вал ШД непосредственно связан с винтом или редукторам механизма передачи.
Рассмотрим структуру шагового привода с несиловым ШД. Импульсы программы в унитарном коде поступают на вход электронного коммутатора по одному из двух каналов в зависимости от заданного направления. Электронный коммутатор представляет собой кольцевой сдвиговый регистр, изменяющий свое состояние под действием каждого очередного входящего импульса. Смена состояний коммутатора приводит через усилитель мощности к переключению фаз электрического ШД и повороту его ротора на угловой шаг.
Цена одного шага неизменна и обусловлена особенностями
конструкции ШД.ШД является механическим задатчиком своеобразной гидравлической копировальной системы (с жесткой обратной связью), выполняющей функции усиления крутящего момента. Т.о., шаговые перемещения ШД воспроизводятся с усилением на общем силовом входе привода.
Конструктивно ШД и контрольная система усиления крутящего момента составляют единый агрегат. ШД 1 через пару шестерен поворачивает следящий золотник 2 гидравлического усилителя в гайке, связанной с выходным валом гидромотора 5,в силу чего золотник смещается в осевом направлении и из нейтрального исходного положения. При этом во внешних магистралях гидравлического усилителя возникает перепад давления, приложенный к плунжерам гидромотора через неподвижный распределительный узел 4,а выходной вал гидромотора приходит во вращение. Одновременно вращается и
гайка винтового механизма обратной связи 3,так что следящему золотнику сообщается осевое перемещение в осевом направлении, противоположном заданному шаговым двигателем.
Таким образом, по мере отработки на выходном валу заданного ШД перемещения золотник возвращается в исходное положение. В исходном положении перепад давления во внешних магистралях гидравлического усилителя равен нулю, а выходной вал гидромотора неподвижен. Направление смещения следящего золотника из нейтрали зависит от направления вращения ШД; для разных направлений сериообразная проточка торцевого распределительного узла соединена в одном случае с давлением, а в другом -со сливом, чем и достигается реверс гидромотора.
Рассмотрим два характерных режима работы системы усиления крутящего момента: режим отработки единичных шагов и режим некоторой постоянной скорости. В первом случае каждому импульсу управления соответствует поворот вала ШД на строго определенный угол, определяемый конструкцией ШД и способом переключения его обмоток, чем обусловливается рассогласование гидроусилителю, равному, соответственно, величине одного углового шага, т.е. до тех пор, пока рассогласование не исчезнет за счет обратной связи.
Режиму постоянной скорости предшествует режим разгона, в котором рассогласование увеличивается до тех пор, пока угловые скорости ШД и гидромотора не уравняются. Скорость вращения и суммарный угол поворота пропорциональны соответственно частоте и числу поданных импульсов управления.
В установившемся режиме рассогласования гидроусилителя момента будет удерживаться на уровне, соответствующем частоте вращения и внешней нагрузке гидромотора. Величина рассогласования определяет динамическую (скоростную) ошибку шагового привода и может, в зависимости от заданной частоты вращения и внешней нагрузке, составлять несколько десятков шагов.
Силовой ШД представляет собой двухстаторную шестифазную машину с реактивным ротором и по конструкции напоминает конструкцию несилового ШД.
Современные быстродействующие ШД являются модифицированными синхронными электростатическими машинами, обмотки которых возбуждаются несинусоидальными сигналами - прямоугольными и ступенчатыми импульсами напряжения с изменяющейся в широких пределах частотой. Ступенчатому характеру напряжений на фазах ШД соответствует дискретное вращение электромагнитного поля в воздушном зазоре двигателя, вследствие чего движение ротора на низкой частоте слагается из последовательности элементарных перемещений, совершенных по апериодическому или колебательному закону. При возрастании управляющей частоты девиация (отключение) скорости ротора ШД сглаживается.