В подсистему приводов станка с ЧПУ входят различные винтовые передачи и двигатели, реализующие окончательное выполнение команд системы управления, проще говоря – приводят в движение исполнительные органы станка.
Высокоточные ходовые винты
Высокоточные ходовые винты являются одним из важнейших компонентов подсистемы приводов. Те, кто знаком с работой ручных станков знает, что при вращении рукоятки соединенной с ходовым винтом будет перемещаться рабочий стол станка. На днище стола закрепляется специальная гайка, реагирующая на поворот винта. Таким образом и происходит перемещения стола.
В станках с ЧПУ ходовой винт усовершенствован и позволяет выполнять перемещение с минимальным люфтом и практически без трения. Имеется две причины, по которым устранение люфта очень важно, а именно:
- Обеспечение сверхточного позиционирования;
- Нормальное попутное фрезерование возможно в случае выполнения данных условий;
Двигатели
Двигатели – вторая, и не менее важная, составляющая подсистемы приводов станка с ЧПУ. Именно двигатель приводит в движение высокоточный ходовой винт станка с ЧПУ. В конструкциях современных станков с ЧПУ наиболее часто используют серводвигатели или шаговые двигатели.
Шаговый двигатель – устройство электромеханическое, предназначенное для преобразования электрического сигнала управления в механическое дискретное перемещение. По конструктивному исполнению шаговые двигатели делят на:
- С постоянным магнитным сопротивлением;
- С переменным магнитным сопротивлением;
- Гибридные электродвигатели;
По принципу работы эти электродвигатели не сильно отличаются между собой.
Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением
Данный электродвигатель состоит из ротора, сделанного из магнито-мягкого материала, и статора, на котором имеется несколько полюсов обмотки. Ниже показан электродвигатель с тремя независимыми обмотками, шести полюсным статором и четырех зубчатым ротором.
При подаче напряжения на какую-то из обмоток ротор будет стремится занять позицию, при которой магнитный поток замкнется. Это значит, что зубья ротора должны находится строго напротив обмоток статора, на которые подано напряжение (в данном случае напряжение подано на обмотку 1). Если с обмотки 1 снять напряжение и подать его на обмотку 2, то ротор повернется и займет позицию зубьями напротив обмотки 2. Если подать на третью обмотку, то по отношению к обмотке 3 и так далее. Для вращения такого типа электродвигателя необходимо поочередно подавать напряжение на обмотки 1, 2, 3.
Шаговый двигатель с постоянным магнитным сопротивлением
Статор такой машины не отличается по своей конструкции от предыдущей, а вот ротор здесь не такой, он состоит из постоянных магнитов. Ниже показан двигатель с двумя парами полюсов статора и тремя ротора.
При подаче напряжения на обмотку 1 ротор станет таким образом, что разноименные полюса будут находится друг напротив друга (если в одной части обмотки статора будет полюс N, то напротив него будет полюс S ротора и наоборот). Для вращения такой машины нужно попеременно подавать напряжения на обмотки 1 и 2.
Гибридные двигатели
Такие электродвигатели сочетают в себе достоинства предыдущий электромашин, имеют большее количество зубьев ротора и полюсов статорной обмотки, а это обеспечивает значительно меньший шаг вращения.
При посылании управляющего импульса системой управления электродвигателю шаговому происходит его поворот на определенный угол, напрямую зависящий от конструкции машины (например, 0,70). При шаге ходового винта в 1 мм один импульс переместит исполнительный орган станка с ЧПУ на 0,7/360х1 = 0,0019 мм. Эту величину называют ценой импульса или разрешением системы. Невозможно осуществить перемещение рабочего органа на величину меньшую разрешения системы. Поэтому легко проследить взаимосвязь между точностью перемещения станка с ЧПУ, электродвигателем и ходовым винтом.
Популярность шаговым электродвигателем помогла завоевать их простота конструкции и легкость управления. Но один существенный минус довольно сильно портит его положительные качества – дискретная или толчковая работа. Это приводит к снижению качества чистовой обработки, появления эффекта «ступенек» при обработке по дуге или наклонной прямой. Возможность работы без сложных и дорогостоящих обратных связей позволяет создавать на базе шаговых двигателей недорогие, но и не высокоточные станки с ЧПУ.
Появление на рынке серводвигателей привело к значительному уменьшению спроса на шаговые двигатели для ЧПУ. Серводвигатели имеют значительно лучшие характеристики и более сложную систему управления. Серводвигатели устанавливаются практически на все новые станки с ЧПУ.
Для управления сервоприводами необходимы целые комплексы, состоящие из микроконтроллеров и датчиков обратных связей, что существенно влияет на стоимость станка с ЧПУ.
