Назначение и состав электрооборудования станков с ЧПУ

Электрооборудование станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и автоматических линий предназна­чается для того, чтоб приводить в движение агрегаты и механизмы, автоматически управлять ими, контролировать их состояния, а также производить техническую диагностику и сигнали­зацию. От четкости работы электрооборудования в конечном счете зависит производительность и надежность станков, автоматов, авто­матических линий и гибких производственных систем.

На рис. 1.1 показана функциональная схема электрооборудова­ния современного станка с ЧПУ. В состав электрооборудования входят:

• электропривод главного движения 1;
• Также электропривод подачи 2;
• вспомогатель­ные электропривода 5, которые служат для создания вращательного и поступательного движения механизмов;
• датчики технологических параметров 4;
• датчики обратных связей 5 электропривода, преобразующие параметры элек­троприводов в пропорциональные им электрические сигналы.

Электрический привод включает электрическую часть (электродвигатель и электрические устройства управления), а также механическую часть для передачи движения рабочим органам стан­ков с ЧПУ.

Электроавтоматика станка 6 может выполняться либо релейно- контактной, либо (для повышения надежности и увеличения функциональных возможностей) с помощью бесконтактных устройств и элементов на базе программируемых контроллеров.

Коммутирующая аппаратура 7 (контакторы, магнит­ные пускатели) – предназначены для того, чтобы в автоматическом режиме включать и отключать силовые цепи электроприводов в зависимости от программы управления.

Устройства диагностики и контроля 8 служат для контроля и индикации основных рабочих режимов, а также для защиты станка с ЧПУ в аварийном режиме. Автоматические контроли­рующие устройства измеряют геометрические размеры обрабатывае­мых деталей и выдают команды на продолжение или окончание обработки. Для управления станками в различных режимах и контро­ля состояний их механизмов служат пульты управления.

Для электрической связи между отдельными аппаратами и узлами применяют различные кабели и монтажные элементы, в том числе соединительные разъемы.

Необходимо отметить, что в составе электрооборудования кон­кретных станков ЧПУ некоторые компоненты, изображенные на схеме, могут отсутствовать.

В зависимости от назначения все электрические элементы, вхо­дящие в состав электрооборудования станков с ЧПУ, подразделяются на:

• командные – это такие устройства как кнопки, путевые выключатели, датчики и пр.;
• логиче­ские – элементы выполняющие логические функции, а именно реле, логические элементы, программируемые контроллеры и прочие устройства;
• исполнительные – приводящие в действие механизмы и приборы, а именно контакторы, электрические магниты и муф­ты, исполнительные двигатели;
• источники питания и преобразова­тели напряжений (выпрямители, инверторы);
• защитные – выполняют защиту элементов станка от различных воздействий — предохра­нители, автоматические выключатели, тепловые реле и прочее.

Рис.1.Функциональная схема электрооборудования станков с ЧПУ

где: 1 — электропривод главного движения, 2 — электроприводы подачи, 3 — вспомога­тельные электроприводы, 4 — датчики технологических параметров, 5 — датчики обратных связей электроприводов, 6 — электроавтоматика станка, 7 — коммутирующая аппаратура, 8 — устройство электрической блокировки, диагностики и контроля, 9 — пульт управления станком (в том числе и пульты ЧПУ).

Такие электрические устройства характеризуют родом тока, питающего его, типом управляемых цепей (силовые или цепи управления), наличием или отсутствием подвижных частей (контактные или бес­контактные), длительностью работы под нагрузкой (кратковремен­ный, повторно-кратковременный, продолжительный режимы), быстро­действием, допустимой частотой срабатывания, номинальными напря­жением, током и мощностью, местом установки.

В современных станках с ЧПУ для питания электрических цепей управ­ления используется либо постоянный ток напряжением 24 В, либо переменный напряжением 110 В. Аппараты переменного тока облада­ют повышенной надежностью контактирования, уменьшенным пот­реблением тока, однако они более громоздкие, что в свою очередь увеличивает объем электрошкафов и ниш, в которые они устанавли­ваются. Аппараты постоянного тока характеризуются лучшими усло­виями коммутации и более высокой степенью электробезопасности.

При существующей тенденции к оснащению станков ЧПУ бесконтакт­ными элементами управления электрооборудование содержит все еще большое количество релейно-контактных аппаратов. К числу таких элементов относят автоматические выключатели (или как их еще называют автоматы), которые предназначены  для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания, а также тепловые и температурные реле, предназначенные для защит от перегрузок, контакторы и магнит­ные пускатели для дистанционного управления двигателями, раз­личные кнопки, выключатели и переключатели, а также контактные путевые выключатели, применяемые для контроля передвижения рабочих органов станков. Перечисленные релейно-контактные аппа­раты являются традиционными для станкостроения и подробно рассмотрены в учебной и специальной литературе.

Недостатком всей релейно-контактной аппаратуры является невы­сокая надежность и быстродействие, снижающие безотказность работы станков и автоматических линий. Поэтому в настоящее время в системах управления все более широкое применение находят бес­контактные электрические аппараты коммута­ции. В них нет механических контактов, а для переключения электрического тока служит элемент, сопротивление которого плавно или скачкообразно изменяется в широких пределах. Существенным достоинством таких аппаратов (по сравнению с контактными) явля­ется отсутствие в процессе переключений электрической дуги, при образовании которой может произойти сваривание соединяемых контактов.

К числу таких бесконтакных электрических аппаратов относятся магнитоуправляемые контакты, или, как чаще называют, герконы (герметичные контакты). В отличие от обычных реле, у которых контакты находятся в воздушной среде, что приводит к их загрязне­нию и окислению, в герконах рабочей средой является инертный газ или вакуум,

К достоинствам герконовых реле относятся: высокая механиче­ская износостойкость, быстродействие, надежные коммутации и сте­пень защиты контактов от влияния внешней среды, относительно малые размеры и небольшая потребляемая мощность. По своим тех­ническим свойствам они занимают промежуточное положение между электромеханическими контактными и полупроводниковыми бескон­тактными реле.

Для создания современных и перспективных систем автоматиче­ского управления требуется все большее количество электронных устройств самого различного назначения; особенно это относится к системам числового и программного управления станками. Устрой­ства ЧПУ содержат в себе сотни тысяч, а иногда и миллионы элект­ронных элементов, которые должны обладать высокой надежностью, экономичностью и иметь малые габаритные размеры. Полупроводни­ковые дискретные элементы (диоды, триоды и т. д.) уже не удовлет­воряют полностью этим требованиям. В настоящее время разрабо­таны принципиально новые виды электронных схем — это пленочные и полупроводниковые интегральные микросхемы, способные полно­стью выполнять какую-либо функцию, для реализации которой рань­ше требовалось большое количество элементов. При этом каждый элемент интегральной микросхемы теряет свои индивидуальные функции и интегральная схема рассматривается как «функциональ­ный» блок (например, усилитель постоянного тока).

В систему управления современного станка с ЧПУ входит довольно большое количество функциональных блоков. При неисправности опе­ратору не нужно искать отдельный элемент вышедший из строя, а достаточно определить функциональный блок, в котором произошла поломка и заменить этот блок. Это значительно ускоряет скорость проведения ремонта и облегчает работу оператора.

Конечно, технология изготовления таких интегральных микро­схем довольно сложна; стоимость интегральной схемы выше стоимо­сти отдельного транзистора или другого полупроводникового при­бора. Однако если рассматривать стоимость, приходящуюся на одну функцию схемы, то оказывается, что для интегральных схем она существенно ниже. Итак, переход на интегральную элементную базу позволил значительно снизить габариты и стоимость систем управле­ния при повышении надежности и ремонтоспособности.

В современных металлорежущих станках используется не раз­розненное, а унифицированное комплектное электрооборудование, позволяющее снизить трудоемкость его изготовления, сократить сро­ки наладки и ввода станка в эксплуатацию, повысить надежность и удобство обслуживания станков, снизить время ремонта, а также уменьшить габаритные показатели всего электрооборудования.