Следящий электропривод подачи для станков с ЧПУ

Привод подач — один из основных узлов, определяющих производительность и точность станка с ЧПУ. Поскольку УЧПУ практически безинерционно формирует сигналы управления приводом, обеспечивающие движение по заданной траектории или позиционирование в заданной координате, большое значение приобретает совершенствование параметров исполнительного двигателя и схемы управления им с учетом особенностей кинематической цепи привода.
По мере совершенствования в УЧПУ увеличения жесткости и точности узлов станка повышаются требования к быстродействию и точности привода подач: скорость быстрых перемещений в современных станках доведена до 50 м/мин, а дискретность перемещений — до 1 нм.
Указанным требованиям удовлетворяют приводы и двигатели, разработанные специально для станков с ЧПУ.

наибольшее распространение в современных приводах получили синхронныеэлекродвигатели. Они обладают удовлетворительными характеристиками и в их конструкции полностью отсутствует коллектор, т. к. ротор такого двигателя выполнен из высокоэнергетических магнитов, а обмотки расположены в неподвижном статоре.
Привод подач управляется по заранее заданной УП, определяющей входные сигналы в функции времени по каждой координате, что позволяет заранее компенсировать систематические погрешности, а также формировать в УП входные воздействия, минимизирующие переходные процессы.
Следящий привод имеет, как минимум, два датчика обратной связи — по скорости (тахогенератор) и по пути. Тахогенератор всегда устанавливают на вал двигателя подачи, при этом часто встраивают непосредственно в двигатель. Что касается датчика обратной связи по пути, то существуют три варианта его установки, в зависимости от которых различают и структурные схемы следящих приводов (рис. 2.13).
В станках нормальной точности датчик обратной связи по пути выполняют круговым и устанавливают на ходовой винт или на вал двигателя; поскольку пара винт—гайка не охвачена обратной связью, погрешности этой пары переносятся на изделие. Систематическую слагаемую этих погрешностей, повторяющуюся стабильно, можно компенсировать с помощью заранее программируемых корректирующих сигналов. Следящие приводы с такой структурной схемой, называемой схемой с полузамкнутым контуром обратной связи по положению, обеспечивают точность позиционирования ± 10 мкм.
В микропроцессорных системах ЧПУ обратные связи по пути замыкаются в УЧПУ, а обратные связи по скорости — в блоке управления приводом. Таким образом, в следящих системах используют регулируемый привод с введением обратной связи по пути.
В прецизионных станках устанавливают на столе станка высокоточный линейный датчик 8 (рис. 2.13, б). Такая структурная схема называется замкнутой по положению. При этой схеме зазоры в кинематической цепи и упругие деформации влияют на колебания привода.
Поэтому в ряде случаев (например, в тяжелых станках) применяют гибридную схему обратной связи (рис. 2.13, б), в которой используют два датчика: круговой, установленный на вал двигателя или ходовой винт, и линейный, установленный на стол станка.
При этом круговой датчик используют для позиционирования, а линейный — для автоматической коррекции погрешностей кинематической цепи.

Рис. 2.13. Структурные схемы следящих приводов: а — с полузамкнутым контуром обратной связи по пути; б — то же с замкнутым контуром; в — с гибридной схемой обратной связи; 1 — основной блок УЧПУ; 2 — узел управления приводом; 3 — блок привода; 4 — двигатель подачи; 5 —тахогенератор; 6 — стол станка; 7 — круговой датчик обратной связи по пути; 8 — линейный датчик обратной связи по пути

Привод подачи выбирают с учетом моментов инерции элементов кинематической цепи и нагрузки, нагрузочных моментов (резания и холостого хода), скоростей перемещения и времени переходных процессов (пуска, торможения, реверса).