Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (862475), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Современные микропроцессорные транзисторные преобразователи способны регулировать частоту вращения асин11хронного электродвигателя от 2 ... 3 мин~ до 6 ООО ... 8 ООО мин~ •Блок-схема преобразователей с аналоговым управлением подачей фирмыSiemensпоказана на рис.3.13.Для удобства конструирования, наладки и обслуживания она разбита на модули, производством которых заняты отдельные фирмы. Система регулирования аналоговыми модулями электроприводаподачи с применением трехфазного сервомотора М синхронного типа изменяет его частоту вращения при участии вспомогательного адаптивного регулирования токаIэлектродвигателя.
Обратные связи по частоте вращения иуглу поворота вала осуществляются с помощью тахогенератора ТГ и датчика положения ротора ДПР. Установка значений угла поворота вала и егочастоты вращения производится через стандартизованный интерфейс. Таким образом, регулировка по частоте вращения вала возможна лишь присоответствующей регулировке момента на валу электродвигателя.Аналоговое управление приводом подач широко применяется в станкостроении. Регулятор скорости РС (см. рис.3.13)вращения вала действует всоответствии с уравнением:Лпгде п, пфакт -=п-пФакт,заданная и фактическая частота вращения вала соответственно.счттч1 Факт]U(n)Рис.3.13. Блок-схема аналогового преобразователя частоты3.3.Следящие электроприводы подач117Применение регулятора тока РТ в электроприводе подач обусловлено работой синхронного электродвигателя на предельных по моменту (току) режимах.
Широтно-импульсный модулятор ШИМ предназначен для преобразования входных синусоидальных сигналов в прямоугольные определеннойчастоты. Силовая часть преобразователя частоты СЧПЧ содержит ведомыйинвертор на транзисторах, которые открываются при наличии тока управления на базах. В целях предотвращения неправильного включения транзисторов применены специальные диоды.
Ведомый инвертор обеспечивает рекуперацию электрической энергии в сеть при переходных режимах.С появлением мощных сигнальных процессоров и датчиков обратныхсвязей типа резольверов Р стало возможным значительное улучшение точности электроприводов подач и их надежности (рис.3.14).С помощью САРцифровыми модулями привода подач вьшолняется специфическое для каждой оси регулирование тока электродвигателя (как аналогового, так и шагового), а также частоты его вращения (блоки РТ и РЧ).Устройствопсчпчсвязи,___ _ _ _ _ _ _ _ _ _- i УстройствоДСУсвязиРис.3.14. Цифровая САР модулями привода подачОт приводной шины управления ШУ, содержащей входные данные длямногих различных приводов станков, информация в двоичном коде поступаетпо каналам регулятора скорости РС и регулятора тока РТ в блок управления,представляющий собой широтно-импульсный модулятор ШИМ.
При работесиловой части преобразователя частоты СЧПЧ, которая выполнена на шеститранзисторныхключах,шунтированныхбыстродействующимидиодами,обеспечивается ограничение тока короткого замыкания, возникающего вовремя запирания диодов. Максимальный ток силовой частиние300100А, напряжеВ. Данный электропривод подач содержит устройство и канал дополнительной системы управления ДСУ, обеспечивающий подналадку привода в адаптивном режиме (см. рис.3.14).Блок-схемы некоторых преобразователей частоты для питания асинхронных электродвигателей приведены в справочной литературе.
Многие фирмывьшускают специальные каталоги, в которых представлены данные об асинхронных и синхронных электродвигателях, системах ЧПУ, электроприводахи устройствах сопряжения для станков и промышленных роботов.1183.На рис.3.15Приводы станковпоказана САР современного электропривода. Она содержитряд модулей напряжения И и тока 1, вывод к измерительной системе и щупамЩ. Кроме пульта оператора ПО, расположенного у станка, система можетсодержать специальный пульт СП, связанный с ним по системе связиProfibusи предназначенный для введения данных.
Микропроцессорные преобразователи частоты находятся в пульте управления ПУ синхронными и асинхронными электродвигателями приводов подачSinumerik-840D.Программирование возможно как с персонального компьютера ПК, так и с пульта оператораПО. Электродвигатели соединяются с пультом управления ПУ с помощьюспециальных усилителей.Сеть ~-ffo!БППУSinumerik-840DщСтанок11111ПОfProfibus ~СПК электродв игателям привода подаqРис.3.15. Система Sinamics-S 120 для регулирования электропривода подачСистемаSinamics-S 120 защищена от поломок всети питания отдельнымиблоками питания с соответствующими дросселями, сглаживающими высокочастотные импульсы напряжения.Электроприводы подач, управляемые от системыSinamics-S120,чащевсего цифровые. Для программирования и общения с САР электроприводаприменен языкStep-7.Системы ЧПУ разных фирм обеспечивают до2 ООО кадров информации всекунду и имеют открытую архитектуру.
В одном электроприводе могут бытьустановлены два (аналоговый и цифровой) датчика обратных связей по скорости движения стола и его перемещению, работающие в средеWindowsвтокарных, фрезерных, координатно-расточных и других станках. САР привода подач поставляют в унифицированном (модульном) исполнении. Управление электроприводом прямое с использованием ШИМ. Распространена обратная СВЯЗЬ по току.САР электроприводом подач снабжены, как правило, датчиками обратных связей с частотой опроса40МГц, имеют резисторные (перестраиваемые3.3.Следящие электроприводы подач119в зависимости от процесса обработки) фильтры, оптимальные режимы разгона и торможения.
Системы, объединяемые с электродвигателями, имеютупреждающий просмотр кадров и инверсную кинематику (виртуальные оси),позволяющую просматривать выполнение кадров. Большинство связей вэлектроприводах подач оптоволоконные, обеспечивающие соединение блоков цифрового привода.Чаще всего в системах сравнения используется специальный усилитель,который измеряет ток электродвигателя посредством вихретоковых преобразователей.Цифровыеусилителимогутуправлятьчетырьмя любымиэлектродвигателями, а также ШИМ и модулями усилителя, выполненными поспециальной транзисторной технологии.Синхронные и асинхронные двигатели снабжены резольверамидатчи-ками обратных связей по положению и частоте вращения вала. Силовая частьпреобразователя частоты вращения вала электродвигателя, как правило,трехфазная,(рис.3.16).причемсамэлектродвигательвключенвсхему«звезда»Все силовые транзисторы заменены идеализированными ключамиК 1 , ••• ,~'которые замыкаются по командам от инвертора, представляющегоиз себя часть блока управления.Ин вертор+ о-----+--+-----+-+--~г---: к,и---,:11--- ----вРис.3.16.
Силовая часть преобразователя частотыОпределим форму фазных напряжений, поступающих на обмотки фаз А,В, С электродвигателя привода подач. Это должно быть трехфазное напряжение, фазы которого сдвинуты между собой на120°.Инвертор формирует напряжения открытия силовых транзисторов, показанные на рис3.17.Разобьем один оборот вала электродвигателя на6участ-1203.Приводы станковков (тактов) через п/3.
В первый такт, как это видно на рис.3.16, срабатываютключи К 1 и К5 • Следовательно, обмотка фазы А электродвигателя подключается к положительному полюсу источника постоянного напряжения в инверторе, а обмотка фазы В-к отрицательному. Напряжение И делится на этихобмотках поровну. Обмотка фазы С отключена и напряжение на ней равнонулю.оРис.rt/33.17.2rt/3rt4rt/35rt/32rtФормирование квазисинусоидальных напряжений в фазах электродвигателяПрослеживая работу транзисторных ключей шаг за шагом, приходим квыводу, что форма фазных напряжений соответствует графикам, изображенным на рис.3.17,а фазные напряжения представляют собой прямоугольныеимпульсы, сдвинутые на п/3. Поскольку любой электродвигатель приводаподач обладает инерционными свойствами, эти импульсы сглаживаются, образуя квазисинусоидальную кривую.3.3.3.
Расчет параметрови выбор электродвигателяпривода подач токарного станка с ЧПУОт правильного выбора электродвигателя зависит обеспечение всех технологических режимов обработки, а также конструкция механической частиэлектропривода подач. Упрощение кинематической схемы резко повышаетсобственную частоту электропривода, значительно снижает его общий мо-3.3.Следящие электроприводы подач121мент инерции и увеличивает допустимое для электропривода по условиямпрочности ускорение.Диапазон регулирования частоты вращения вала приводного электродвигателя ограничен и сверху, и снизу.
Верхний предел п= легко достигается электромеханическими условиями, однако он определяется механической прочностью элементов электропривода подач, процессами тепловыделения и пределами работоспособности подшипников на валу электродвигателя. Нижнийпредел nmin определяется главным образом устойчивостью вращения валапри колебаниях момента нагрузки и внутренними возмущениями электродвигателя.Исходными данными для выбора электродвигателя являются:сила тренияFтрв опорах ходового винта, направляющих стола и в ШВП;передаточные отношенияi механических звеньев привода:ШВП, коробкиподач и т. п.;масса т перемещаемого органа электропривода вместе с массой заготовкии приспособления, например, инструментального магазина;моменты инерцииJвсех движущихся механических звеньев электропри-вода;КПД11механических передач;скорость Vб.х быстрого хода и диапазон л рабочих подач;допустимые для механизмов ускорения а и необходимое время переходных процессов tп.Кроме того, желательно иметь циклограмму нагрузки электродвигателяпри работе исполнительного органа (стола) и способы регулирования электропривода и управления им в переходных режимах.Расчетная схема электропривода подач токарного станка с ЧПУ (поперечного стола) представлена на рис.3.18.У большинства средних металлорежущих станков для удобства сбора стружки, распределения нагрузки иуменьшения габаритных размеров поперечный стол располагают под углом кгоризонтальной поверхности.Был разработан алгоритм расчета, в котором учтены все базы данных поэлектродвигателям различных фирм, осевым жесткостям опор ходового винта и ШВП, коэффициенты трения и т.
п. После изучения базы данных по известным электродвигателям и составления схемы электропривода необходимо проверить параметры расчетной схемы.Если выбор типа электродвигателя по соответствующей базе данных недал ожидаемого результата, следует составить полную расчетную схему механической системы электропривода и провести статический и динамическийрасчеты недостающих моментов инерции, постоянных времени всех движущихся элементов схемы, ускорений и т. д.Остановимся на расчете основного элемента расчетной схемы электропривода подач-синхронного электродвигателя.1223.Приводы станковуРис.3.18.Расчетная схема поперечного стола токарногостанка с ЧПУ:1-стол;2-шпиндель;беззазорная муфта;3-ШВП;6-резец;7-4-двигатель ;5-гибкаяопораМаксимальная и минимальная частоты вращения вала электродвигателядля передач винт-гайка качения и рейка-шестерня определяются соответственно выражениямиnpaб.max=nраб max=.где Vраб -привода;Vpaб.maxipeдtVpaб.maxipeдnDВ табл.шаг ходового винта;3.3=nраб min=.рабочая скорость резца; iред -t-npaб.minD-Vpaб.rnin iредtVpaб.rninipeдnDпередаточное отношение редукторадиаметр шестерни.приведены формулы, позволяющие определить основные статические параметры электропривода подач.Очень часто при проектировании электропривода подач задают ориентировочные значения ряда величин: массы заготовки, коэффициента демпфирования, постоянных времени и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
