Обычная система координат представляет собой правую прямоугольную систему, связанную с деталью, оси которой параллельны прямолинейным вращающим элементам станка.
Все прямолинейные перемещения рассматриваются в системе координат х, Y, Z. а круговое перемещение означают заглавными знаками латинского алфавита: А, B, C. Во всех станках, ось Z это ось шпинделя главного привода, т. е. шпиндель, вращающийся инструмент (токарный сверлильно-фрезерно-расточной станок), либо шпиндель, вращение заготовки (токарные станки).
Ось Z- это ось перпендикулярная к рабочей плоскости стола, на котором крепится деталь.
Оси X расположена почти всегда горизонтально плоскости крепления заготовки. На станках с вращающейся заготовкой, к примеру, токарных, перемещение оси Х ориентировано радиусу заготовки. Оси Х и У расположены в плоскостях рабочей зоны станка перпендикулярно шпинделю.
Следящий привод подачи
Привод подач — один из основных узлов, характеризующих продуктивность и точность станков с ЧПУ. Он генерирует сигналы управления приводом, обеспечивающих перемещение данной линии движения и позиционирования в установленную координату, огромное смысл имеет улучшение характеристик управления двигателем и цепи управления с учетом кинематической цепи привода.
Усовершенствование ЧПУ позволило увеличить жесткость и точность деталей станка и точности подачи привода. Привод на быстрой скорости перемещения в современных ЧПУ имеет скорость до 50 м/мин, дискретность движений — 1 нм.
Высочайшей производительностью характеризуется тиристорным приводом с невысокой скоростью и высоким крутящим моментом двигателя постоянного тока (Рис. 1). Двигатель имеет большой момент инерции, гарантирует отличные динамические свойства, полученные в результате применения (для возбуждения) больших энергий керамические магниты, выдерживают 10-15 раз в пиковые факторы в отсутствии размагничивания.
Рис. 1. Конструктивная схема высокомоментного двигателя: 1 — повышающая передача (мультипликатор) револьвера; 2 — резольвер; 3 — тахогенератор; 4, 5 — коллекторы; 6 - ротор; 7 — корпус статора; 8 — ферритовыс полюсы; 9 — электромагнитный тормоз
В приводах с высокомоментными двигателями в почти всех вариантах исключена необходимость в редукторе либо существенно упростилась его система, что уменьшило динамическую нагрузку приводного приспособления и ее воздействие на переходные процессы. Производить процесс резания с огромным усилием разрешено лишь в размере 15-20 % от скорости быстрого движения.
Невзирая на все достоинства, например на высочайший крутящий момент двигатели с постоянным током не используется в современных ЧПУ. В большей степени, это связано с наличием коллекторных узлов в системы мотора. Ненадежный и быстро изнашиваемый узел, коллектор приводит к нередкому выходу из строя привода. Поэтому в станках получил большее распространение синхронные электродвигатели. Они имеют неплохие свойства. Ротор такового электродвигателя исполнен из высокоэнергетических магнитов и катушки находятся в неподвижном статоре.
Система привода оси контролируется данной УП, описывает входной сигнал как функцию времени по каждой координате.
Привод слежения владеет как минимум 2 измерителями обратной взаимосвязи скорости (тахогенератор). Привод подачи выбирают с учетом моментов инерции элементов кинематической цепи и нагрузки, нагрузочных моментов (резания и холостого хода), скоростей перемещения и времени переходных процессов (пуска, торможения, реверса).
Даже при низкой точности позиционирование выполняется двумя основными способами:
путем предварительного снижения скорости;
отключением в заданной позиции с последующим реверсом на медленной скорости (рис. 2.).
В первом случае необходимо получение дополнительной команды, что связано в цикловых системах управления с установкой еще одного командного органа. Поэтому в тех случаях, когда перебег за заданную точку допустим, предпочтительнее второй способ.
Рис. 2. Траектория одноступенчатого и многоступенчатого позиционирования: 1 — команда на торможение; 2 — команда на снижение скорости; 3 — команда на остановку; V0, V1, V2 — скорость быстрого хода, промежуточная и ползучая соответственно
Чтобы убавить величину перебега (т. е. путь рабочего тела после получения команды приостановки) применяют способы активного торможения. Примером такого способа является введение между главным (торможение) и 2-ой (выключить) команды установки промежуточной скорости.
При сопоставлении одноступенчатой с двухступенчатой диаграммой (показаны жирными чертами на фиг. 2.) существенно (приблизительно в 3 раза) уменьшается время позиционирования.
Дискретный (шаговый) привод подачи
Системы привода с шаговым двигателем (ШД) делят на категории:
привод шагового мотора, соединенного чрез кинематическую цепь привода;
прямолинейный привод с шаговым двигателем.
Синхронные электрические двигатели - это инновационные высокоскоростные шаговые двигатели. Обмотки в синхронных электрических двигателях возбуждаются при несинусоидальных сигналах, т. е. прямоугольных либо ступенчатых импульсах напряжения с изменяющейся в широком спектре частотой. Поэтапный характер напряжений в фазах ШД приводит к дискретному вращению электромагнитного поля в воздушном зазоре двигателя. В итоге перемещения ротора на невысокой частоте состоит из очередности простых шагов, производимых по апериодическому либо осциллирующему закону. С повышением частоты неравномерность частоты вращения ротора шагового двигателя сглаживается.
Значимым преимуществом технологии линейных прямых приводов считается фактическое отсутствие эффектов эластичности, люфта и трения и вибраций в коробки скоростей. Итогом считается высочайшая динамика и точность перемещения узлов. При использовании измерительной системы и климат контроля такие двигатели имеют все шансы осуществлять перемещения с нанометрической точностью.
Невзирая на все достоинства, привод на базе линейных шаговых двигателей имеет ряд недочетов:
- ограниченная пропускная способность (тяга по 14 кн);
- отсутствие самоторможения при снятии напряжения питания;
- высочайшая стоимость.
Привод вспомогательных механизмов
Привода вспомогательных агрегатов бывают гидравлические, пневматические, электрические.
Гидравлические приводы гарантируют высокую плавность перемещения и большой диапазон скоростей. Гидравлический привод гарантирует защиту системы от перегрузки. К недочетам можно отнести появление наружных утечек жидкости.
В станках с ЧПУ гидравлический привод используют для автоматизации вспомогательных механизмов (головки, инструментальные магазины, машины автоматической загрузки, спутники, устройства, зажимные устройства).
По перемещению выходного звена гидравлические двигатели разделяются на:
- цилиндры (поршневые),
- ротационные гидравлические двигатели
- гидравлические двигатели (с неограниченным вращательным ходом выходного звена).
Роторные гидромоторы применяются для осуществления вращательного перемещения на угол по 270°. Двигатели состоят из корпуса, 2-ух крышек, вала с лезвием, стационарные загородки, уплотнения и крепеж. Вал установлен на 2-ух подшипниках, находящихся в крышках. Эти движки употребляются в индустриальных роботах.
Пневматический привод обеспечивает высокую скорость передаваемого движения приводом, имеют маленькие габариты и очень хорошо защищает привод от перегрузки. В ЧПУ они используется в основном для автоматизации вспомогательных движений в тех вариантах, где перемещение нужно для увеличения производительности.