Система выбора конфигурации и функций системы ЧПУ

Система выбора конфигурации и функций системы ЧПУ является важной частью станка с ЧПУ. Какую систему ЧПУ настроить и какие функции ЧПУ выбрать — это вопросы, волнующие производителей станков и конечных пользователей.
Система управления с разомкнутым контуром: в качестве приводных компонентов используются шаговые двигатели, без устройств обратной связи по положению и скорости, поэтому управление простое и цена низкая, но их нагрузочная способность мала, точность управления положением низкая, скорость подачи низкая, и они в основном используются в экономичных устройствах с ЧПУ;

Система управления положением полузамкнутого и замкнутого контура: серводвигатель постоянного или переменного тока используется в качестве приводного компонента, а импульсный энкодер, встроенный в двигатель, и вращающийся трансформатор могут использоваться в качестве устройства определения положения/скорости для формирования системы управления положением полузамкнутого контура. Решетчатый или индукционный синхронизатор, непосредственно установленный на рабочем столе, также может использоваться в качестве устройства определения положения для формирования высокоточной системы управления положением полного замкнутого контура.

Из-за наличия погрешности шага изменение угла поворота винта, получаемое от детектора положения полузамкнутой системы, не может точно отражать положение линейного движения оси подачи. Однако после того, как система ЧПУ компенсирует погрешность шага, можно добиться довольно высокой точности управления положением. По сравнению с полностью замкнутыми системами они дешевле, установленные внутри двигателя устройства позиционной обратной связи хорошо герметизированы, работают более стабильно и надежно и практически не требуют обслуживания, поэтому они широко используются в различных типах станков с ЧПУ.

Управление серводвигателями постоянного тока относительно простое, а цена относительно низкая. Его главный недостаток в том, что двигатель имеет механическое коммутационное устройство внутри, угольные щетки легко изнашиваются, а объем работ по техническому обслуживанию большой. Во время работы легко образуются искры, что затрудняет увеличение скорости и мощности двигателя.
Серводвигатели переменного тока бесщеточные, почти не требуют обслуживания, относительно малы по размеру и способствуют увеличению скорости и мощности. В настоящее время они в значительной степени заменили серводвигатели постоянного тока.

[Типы сервоприводов для систем ЧПУ]
Отдельный блок сервоуправления характеризуется относительной независимостью системы числового программного управления и блока сервоуправления, то есть они могут использоваться с различными системами числового программного управления. Инструкции, выдаваемые системой ЧПУ, представляют собой напряжения постоянного тока, связанные со скоростью перемещения оси (например, 0-10 В), а то, что возвращается от станка, представляет собой сигнал определения положения перемещения оси, который соответствует системе ЧПУ (например, энкодер, индукционный синхронизатор и другие выходные сигналы). Данные сервопривода устанавливаются и регулируются на стороне блока управления сервоприводом (регулируются потенциометром или вводятся цифровым способом).

Блок сервоуправления с последовательной передачей данных характеризуется тем, что передача данных между системой ЧПУ и блоком сервоуправления является двунаправленной. Данные команд, данные сервопривода и сигнал тревоги, связанные с движением оси, передаются через соответствующую линию тактового сигнала, линию сигнала выбора, линию отправляемых данных, линию принимающих данных и линию сигнала тревоги. Информация, возвращаемая на устройство ЧПУ от позиционного энкодера, включает фактическое положение и состояние движущейся оси.

Блок сервоуправления с сетевой передачей данных характеризуется тем, что блоки управления осями плотно установлены вместе и питаются от общего блока питания постоянного тока. Устройство NC последовательно соединено с точками SR и ST сетевого модуля обработки данных каждого блока управления осью (подстанции) через точки подключения SR и ST сетевого модуля обработки данных на плате FCP для формирования контура сервоуправления. Датчик положения каждой оси подключен к блоку управления осью через две высокоскоростные линии связи, а информация обратной связи включает в себя положение оси движения и соответствующую информацию о состоянии.

Параметры сервопривода для блоков сервоуправления с последовательной передачей данных и сетевым типом передачи данных устанавливаются в цифровом виде в устройстве ЧПУ и загружаются в блок сервоуправления во время инициализации при включении питания, что делает модификацию и настройку очень удобными.

Блоки сервоуправления с сетевой передачей данных (например, система Okuma OSP-U10/U100) обладают возможностями регулировки в реальном времени при сочетании с соответствующим программным обеспечением управления. Например, в функции ускорения и замедления позиционирования Hi-G соответствующая функция может быть рассчитана на основе характеристик скорости и крутящего момента двигателя, а затем ускорение и замедление во время высокоскоростного позиционирования могут контролироваться с помощью этой функции, тем самым подавляя вибрацию, которая может быть вызвана высокоскоростным позиционированием.

Увеличение скорости позиционирования может сократить время простоя и повысить эффективность обработки. Например, в функции управления скоростью подачи Hi-Cut после считывания программы обработки детали система может автоматически определить форму детали (дугу, кромку и т. д.), которую необходимо обработать с помощью инструкции ЧПУ, автоматически отрегулировать скорость обработки для ее оптимизации и таким образом добиться высокоскоростной и высокоточной обработки.

С появлением полностью цифровых сервосистем переменного тока, использующих высокоскоростные микропроцессоры и специализированные цифровые сигнальные процессоры (DSP), аппаратное сервоуправление трансформировалось в программное сервоуправление, а также были реализованы некоторые передовые алгоритмы современной теории управления, что значительно улучшило характеристики управления сервосистемой.

Блоки сервоуправления являются компонентами в системах ЧПУ, которые напрямую связаны с оборудованием. Их производительность тесно связана со скоростью резки и точностью позиционирования станков, а их цена также составляет большую часть системы ЧПУ. Соответственно, частота отказов компонентов сервопривода также относительно высока и составляет более 70% электрических отказов, поэтому выбор блоков управления сервоприводом очень важен.

Помимо надежности блока сервоуправления, отказ сервопривода также тесно связан с рабочей средой станка, механическим состоянием и условиями резания. Например, если температура окружающей среды слишком высокая, устройство может легко перегреться и выйти из строя; если защита не надежна, вода может попасть в двигатель и вызвать короткое замыкание; если направляющая и ходовой винт недостаточно смазаны или нагрузка при резке слишком велика, это приведет к перегрузке двигателя по току. Заклинивание механизма механической передачи приведет к повреждению силовых устройств. Хотя сам блок управления сервоприводом имеет определенную защиту от перегрузки, если неисправность серьезная или повторяется многократно, устройство все равно будет повреждено.

Некоторые системы ЧПУ имеют функцию отображения нагрузки шпинделя и оси подачи в реальном времени (например, страница «Текущее положение» системы Okuma OSP может не только отображать данные о положении оси в реальном времени, но и одновременно отображать процент нагрузки в реальном времени по каждой оси). Пользователи могут использовать эту информацию для принятия мер по предотвращению несчастных случаев.

[Выбор серводвигателя подачи для системы ЧПУ]
Выходной крутящий момент является показателем нагрузочной способности двигателя подачи. При непрерывной работе выходной крутящий момент уменьшается с ростом скорости. Чем лучше производительность двигателя, тем меньше значение снижения. При настройке двигателя для оси подачи необходимо обеспечить выходной крутящий момент при максимальной скорости резания. Хотя при быстрой подаче резание не выполняется и нагрузка невелика, следует также учитывать пусковой крутящий момент при максимальной скорости быстрой подачи. Чрезмерное падение выходного крутящего момента на высокой скорости также повлияет на характеристики управления осью подачи.

[Выбор серводвигателя шпинделя для системы ЧПУ]
Выходная мощность является показателем нагрузочной способности двигателя шпинделя. Как видно из рисунка 3, номинальная мощность двигателя шпинделя относится к выходной мощности, когда он работает в области постоянной мощности (скорость N1-N2). Номинальная мощность не может быть достигнута, когда скорость ниже базовой скорости N1.

Чем ниже скорость, тем меньше выходная мощность. Для того чтобы удовлетворить потребность шпинделя в мощности на низкой скорости, обычно используется редуктор для изменения скорости, так что скорость двигателя на низкой скорости шпинделя также превышает базовую скорость N1. В это время механическая структура становится более сложной, и стоимость соответственно увеличивается. В станках с ЧПУ, где шпиндель напрямую соединен с серводвигателем, существует два способа удовлетворения требований к мощности шпинделя на низкой скорости.

Один из них заключается в выборе двигателя шпинделя с более низкой базовой скоростью или более высокой номинальной мощностью. Другой способ заключается в использовании специального серводвигателя шпинделя с переключением обмоток (например, японского двигателя шпинделя Okuma YMF). Трехфазная обмотка этого двигателя соединена звездой на низкой скорости и треугольником на высокой скорости, тем самым улучшая характеристики мощности двигателя шпинделя на низкой скорости и снижая стоимость механических компонентов шпинделя.

Здесь следует отметить, что хотя высокоскоростная обработка является эффективным способом повышения эффективности производства станков с ЧПУ, высокоскоростная и высокоточная резка предъявляет более высокие требования к сервоприводам и компьютерным компонентам, что неизбежно увеличит стоимость системы ЧПУ. Еще одной важной областью применения высокоскоростной обработки является обработка легких металлов и тонкостенных деталей. Поэтому скорость вращения шпинделя и двигателя подачи следует выбирать в соответствии с реальными потребностями станка.

Рекомендации по сопутствующим продуктам：https://chinamachinetool.ru/%d1%82%d0%be%d0%ba%d0%b0%d1%80%d0%bd%d1%8b%d0%b9-%d1%81%d1%82%d0%b0%d0%bd%d0%be%d0%ba-%d1%81-%d0%bf%d0%bb%d0%be%d1%81%d0%ba%d0%be%d0%b9-%d1%81%d1%82%d0%b0%d0%bd%d0%b8%d0%bd%d0%be%d0%b9-%d1%81-%d1%87/