В следящих приводах подач станков с ЧПУ в настоящее время применяют исполнительные двигатели постоянного тока традиционного исполнения с несколько улучшенными датчиками и регулировочными характеристиками. Такие двигатели имеют повышенную перегрузочную способность и широкий диапазон регулирования частоты вращения. Такие двигатели соединяют с ходовым винтом через редуктор. Массивный якорь двигателя улучшает отвод тепла от обмотки и имеет большую тепловую инерционность, однако существенно снижает быстродействие.
Для улучшения динамических свойств двигателей обычно увеличивают отношение момента двигателя к собственному моменту инерции М/I путем снижения момента инерции вращающихся частей, т.е. делают двигатели малоинерционными. Уменьшение момента инерции достигается за счет резкого увеличения отношения активной длины якоря к его диаметру, которое может достигать 4-х-кратной величины. Обмотка якоря размещается не в пазах, как в обычных машинах, а на его гладкой внешней поверхности, что улучшает охлаждение обмотки и тем самым позволяет увеличить ток якоря и динамический момент. Такие двигатели способны развивать ускорение до 25000 1/с2 .
Однако малоинерционные двигатели требуют специального динамического согласования с механической системой станка. Если собственная частота двигателя и частота механической системы станка будут соизмеримы, то может произойти потеря устойчивости всей системы электромеханического привода. Поэтому более рациональный путь повышения быстродействия двигателя связан с увеличением динамического момента М двигателя при неизменном моменте инерции его якоря. Двигатели подобного типа получили название высокомоментных.
Существенной конструктивной особенностью высокомоментных двигателей является возбуждение от постоянных ферритовых магнитов. Такое решение конструкции двигателя исключает потери на нагрев обмотки возбуждения, на 10-15% увеличивает КПД и уменьшает размеры двигателя. Высокомоментные двигатели обеспечивают равномерное вращение при частотах до 0,1 об/мин. Номинальная же частота вращения составляет обычно 1000 об/мин, но может быть повышена до 2000 об/ мин за счет кратковременной форсировки напряжения якоря. Высокомоментные двигатели обеспечивают 6-10 кратную перегрузку по моменту при низких частотах вращения в течение 20-30 минут, что позволяет устанавливать их непосредственно на ходовой винт механизма подач. С повышением частоты вращения коммутация двигателя ухудшается и перегрузочная способность снижается.
Ниже приведена типичная конструкция высокомоментного двигателя с ферритовыми магнитами.
Ферритовые сегменты 1 многополюсной магнитной системы располагаются в цилиндрическом корпусе 2 и охватывают якорь 3. На валу двигателя расположен коллектор 4 со щетками 5.Двигатель снабжен электромагнитным тормозом 6 и встроенным тахогенератором 7. Для осуществления обратной связи по перемещению предусматривается револьвер 8, который связан с валом двигателя прецизионной повышающей передачей 9.Конструкция двигателя допускает применение внешнего вентилятора.
Дальнейшим развитием исполнительных электродвигателей постоянного тока являются вентильные бесконтактные электродвигатели, в котором коммутация (переключение обмоток за счет перераспределения токов и напряжений)осуществляется полупроводниковыми приборами. Это позволяется избавиться от коллектора и щеток и существенно улучшить динамические свойства машины. Обмотка якоря в таких двигателях расположена на неподвижной части машины - статоре, а на роторе расположены постоянные магниты, которые создают ток возбуждения. С помощью полупроводникового коммутатора (инвертора) управляемого в функции поворота ротора по сигналам датчика положения, в такой обмотке создается вращающееся магнитное поле. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия этого поля с полем ротора. Внешне машина напоминает синхронный безконтактный двигатель. Однако наличие датчика положения приводит к тому, что частоту вращения двигателя можно регулировать посредством изменения напряжения в цепи якоря, а не путем изменения частоты задающего генератора, управляемого инвертором, как в синхронной машине.
Регулируемый привод станков с ЧПУ
Регулируемый привод применяют в механизмах главного движения станков с ЧПУ, а кроме того он является главным структурным компонентом следящего привода подачи станков с ЧПУ. Регулируемый привод для станков с ЧПУ выполняют по схеме "теристорный преобразователь - двигатель" (ТП - Д) и регулируют напряжением в цепи якоря при неизменном возбуждении, что обеспечивает постоянный максимально - допустимый момент на всем диапазоне регулирования.
 |
Особенностью этих приводов является широкий диапазон регулирования частоты вращения от Д = 1:1000 до Д = 1:50000,что позволяет полностью обеспечить не только рабочие движения, связанные с технологическим процессом обработки, но также и быстрые установочные перемещения без применения промежуточных механических передач. Минимальная частота вращения привода должна составлять 1 об/ мин, а в некоторых случаях 0,1 об/мин.
При малых скоростях привод должен обеспечить равномерное перемещение. Современный регулируемый привод должен обладать высоким быстродействием при переходе с одной установочной частоты на другую.
Силовая часть регулируемого привода должна состоять из двигателя Д и силового преобразователя П ,который преобразует переменное напряжение на якоре двигателя.
Для увеличения диапазона регулирования привод охватывается жесткой обратной связью по частоте вращения. Для этого на валу двигателя Д устанавливается тахогенератор ТГ, напряжение которого пропорционально угловой скорости .Это напряжение сравнивается с задающем. Разность напряжений задающего и тахогенератора усиливается усилителем У и подается на силовой преобразователь П. Точность работы привода и диапазон регулирования увеличиваются по мере возрастания общего коэффициента передачи К. Однако чрезмерное увеличение К может привести к потери устойчивости системы. Во избежание этого и для обеспечения требуемого быстродействия в приводе применяются специальные корректирующие устройства.
Точность работы привода в большей степени зависит от точности и стабильности характеристик цепи обратной связи по частоте вращения и в первую очередь от стабильности коэффициента передачи тахогенератора. К остальным элементам привода, охваченным обратной связью, таких жестких требований по стабильности характеристик не предъявляется.