Следящий привод

Являясь одним из основ­ных узлов, электроприводы подачи определяют точность и произ­водительность станков с ЧПУ. В связи с тем, что устройство ЧПУ практически безынерционно формирует сигналы управления при­водом как в режиме движения по заданной траектории, так и в режиме позиционирования (остановки в заданной координате), решающее значение для обеспечения точности имеют характери­стики и параметры привода подачи с учетом особенностей кине­матической цепи привода.

По мере совершенствования устройств ЧПУ, повышения точ­ности датчиков положения, увеличения жесткости и точности механических узлов станка повышаются требования к быстродей­ствию и точности приводов подачи. Следует выделить три типа электроприводов, разработанных специально для механизмов по­дачи станков с ЧПУ:

• электроприводы постоянного тока с высокомоментными дви­гателями, имеющими возбуждение от постоянных магнитов;

• электроприводы переменного тока с синхронными (вентиль­ными) двигателями, имеющими ротор с постоянными магнитами;

• электроприводы переменного тока с асинхронными двигате­лями, имеющими короткозамкнутую обмотку ротора.

Использование данных электроприводов позволяет значитель­но упростить конструкцию механизма подачи и исключить при­менение редуктора в кинематической цепи. В современных меха­низмах подачи станков с ЧПУ вал двигателя через муфту присоединяется к валу винта шариковинтовой пары (ШВП), а гайка ШВП жестко соединена с исполнительным органом станка (координат­ный стол, суппорт, револьверная головка и т.п.). Привод подачи имеет два датчика обратной связи – по скорости (тахогенератор) и по пути (круговой или линейный). В перспективных цифровых электроприводах подачи датчик скорости отсутствует, так как ско­рость вычисляется как отношение пути ко времени (вычисление осуществляется непосредственно в цифровой системе управления). Техогенератор всегда устанавливается на вал двигателя (некото­рые двигатели подачи изготовляют со встроенным тахогенератором, и/или круговым датчиком положения, и/или электромаг­нитным тормозом для механической фиксации неподвижной координаты). Существуют три варианта реализации обратной связи по пути в зависимости от установки датчика (датчиков) пути в кинематической цепи привода. На рис. 1 приведены следящие приводы с полузамкнутым, замкнутым и гибридным контурами обратной связи по пути. В станках нормальной точности, обеспе­чивающих точность позиционирования ±10 мкм, возможно при­менение полузамкнутого контура обратной связи по пути. В этом случае круговой датчик пути устанавливается на вал двигателя, а ШВП не охвачена обратной связью.

Это приводит к тому, что погрешность ШВП переносится на изделие. Систематическую составляющую этой погрешности, по­вторяющуюся стабильно, можно компенсировать с помощью за­ранее программируемых компенсирующих сигналов.

В прецизионных станках непосредственно на исполнительном механизме подачи (координатный стол) станка устанавливается высокоточный линейный датчик. Такая структура является замк­нутой по пути. При данной схеме зазоры в кинематической цепи и упругие деформации влияют на колебания привода. В ряде слу­чаев, особенно в тяжелых станках с длинными кинематическими цепями, применяют схему с гибридным контуром обратной свя­зи по пути, в которой используют два датчика: круговой, уста­новленный на валу двигателя, и линейный, размещенный на сто­ле станка. При этом круговой датчик служит для позиционирова­ния, а линейный – для автоматической коррекции погрешнос­тей кинематической цепи.

Рисунок 1 – Структурные схемы следящих электроприводов: а, б, в – с полузамкнутым, замкнутым и гибридным контурами обратной связи по пути; 1 – основной блок устройства ЧПУ; 2 – узел управления приводом; 3 – блок привода; 4 – двигатель подачи; 5 — тахогенератор Т; 6 – стол станка; 7 – круговой датчик R обратной связи по пути; 8 – линейный датчик обратной связи по пути; 9 – задание перемещения; 10 – блок программного или аппарат­ного сравнения; 11 – задание дополнительного перемещения; 12 – блок сумми­рования.