Підсистема приводів верстатів з ЧПУ
У підсистему приводів верстата з ЧПУ входять різні гвинтові передачі і двигуни, які реалізують остаточне виконання команд системи управління, простіше кажучи - надають руху виконавчі органи верстата.
Високоточні ходові гвинти
Високоточні ходові гвинти є одним з найважливіших компонентів підсистеми приводів. Ті, хто знайомий з роботою ручних верстатів знає, що при обертанні рукоятки з'єднаної з ходовим гвинтом буде переміщатися робочий стіл верстата. На днище столу закріплюється спеціальна гайка, що реагує на поворот гвинта. Таким чином і відбувається переміщення столу.
У верстатах з ЧПУ ходовий гвинт вдосконалений і дозволяє виконувати переміщення з мінімальним люфтом і практично без тертя. Є дві причини, за якими усунення люфту дуже важливо, а саме:
- Забезпечення надточного позиціонування;
- Нормальне попутне фрезерування можливо в разі виконання даних умов;
Двигуни - друга, і не менш важлива, складова підсистеми приводів верстата з ЧПУ. Саме двигун приводить в рух високоточний ходовий гвинт верстата з ЧПУ. У конструкціях сучасних верстатів з ЧПУ найбільш часто використовують серводвігателі або крокові двигуни.
Кроковий двигун - пристрій електромеханічне, призначене для перетворення електричного сигналу управління в механічне дискретне переміщення. За конструктивним виконанням крокові двигуни ділять на:
- З постійним магнітним опором;
- Зі змінним магнітним опором;
- Гібридні електродвигуни;
За принципом роботи ці електродвигуни не сильно відрізняються між собою.
Кроковий двигун зі змінним магнітним опором
Даний електродвигун складається з ротора, зробленого з магніто-м'якого матеріалу, і статора, на якому є кілька полюсів обмотки. Нижче показаний електродвигун з трьома незалежними обмотками, шести полюсним статором і чотирьох зубчастих ротором.
При подачі напруги на якусь із обмоток ротор буде прагне зайняти позицію, при якій магнітний потік замкнеться. Це означає, що зуби ротора повинні знаходиться строго напроти обмоток статора, на які подано напругу (в даному випадку напруга подано на обмотку 1). Якщо з обмотки 1 зняти напругу і подати його на обмотку 2, то ротор повернеться і займе позицію зубами навпаки обмотки 2. Якщо подати на третю обмотку, то по відношенню до обмотці 3 і так далі. Для обертання такого типу електродвигуна необхідно по черзі подавати напругу на обмотки 1, 2, 3.
Кроковий двигун з постійним магнітним опором
Статор такої машини не відрізняється за своєю конструкцією від попередньої, а ось ротор тут не такий, він складається з постійних магнітів. Нижче показаний двигун з двома парами полюсів статора і трьома ротора.
При подачі напруги на обмотку 1 ротор стане таким чином, що різнойменні полюси будуть знаходиться один навпроти одного (якщо в одній частині обмотки статора буде полюс N, то навпроти нього буде полюс S ротора і навпаки). Для обертання такої машини потрібно поперемінно подавати напруги на обмотки 1 і 2.
гібридні двигуни
Такі електродвигуни поєднують в собі переваги попередній електромашин, мають більшу кількість зубів ротора і полюсів обмотки статора, а це забезпечує значно менший крок обертання.
При надсиланні керуючого імпульсу системою управління електродвигуна шаговому відбувається його поворот на певний кут, безпосередньо залежить від конструкції машини (наприклад, 0,7 0). При кроці ходового гвинта в 1 мм один імпульс перемістить виконавчий орган верстата з ЧПУ на 0,7 / 360х1 = 0,0019 мм. Цю величину називають ціною імпульсу або дозволом системи. Неможливо здійснити переміщення робочого органу на величину меншу дозволу системи. Тому легко простежити взаємозв'язок між точністю переміщення верстата з ЧПУ, електродвигуном і ходовим гвинтом.
Популярність кроковим електродвигуном допомогла завоювати їх простота конструкції і легкість управління. Але один істотний мінус досить сильно псує його позитивні якості - дискретна або толчковая робота. Це призводить до зниження якості чистової обробки, появи ефекту «сходинок» при обробці по дузі або похилій прямій. Можливість роботи без складних і дорогих зворотних зв'язків дозволяє створювати на базі крокових двигунів недорогі, але і не високоточні верстати з ЧПУ.
Поява на ринку серводвигунів призвело до значного зменшення попиту на крокові двигуни для ЧПУ. Серводвигуни мають значно кращі характеристики і більш складну систему управління. Серводвигуни встановлюються практично на всі нові верстати з ЧПУ.
Для управління сервоприводами необхідні цілі комплекси, що складаються з мікроконтролерів і датчиків зворотного зв'язку, що істотно впливає на вартість верстата з ЧПУ.