सीएनसी मशीनसाठी इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह

आधुनिक मल्टीफंक्शनल मेटल-कटिंग मशीन आणि औद्योगिक रोबोट मल्टी-मोटर इलेक्ट्रिक ड्राइव्हसह सुसज्ज आहेत जे कार्यकारी संस्थांना अनेक समन्वय अक्षांसह हलवतात (चित्र 1).

सीएनसी मशीनच्या ऑपरेशनचे नियंत्रण मानक प्रणाली वापरून केले जाते जे डिजिटल स्वरूपात परिभाषित केलेल्या प्रोग्रामनुसार कमांड व्युत्पन्न करतात. उच्च-कार्यक्षमता मायक्रोकंट्रोलर आणि सिंगल-चिप मायक्रोकॉम्प्यूटर्सच्या निर्मितीमुळे, जे प्रोग्राम करण्यायोग्य CPU कोर बनवतात, त्यांच्या मदतीने स्वयंचलितपणे अनेक भौमितिक आणि तांत्रिक ऑपरेशन्स करणे शक्य झाले, तसेच इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह सिस्टमचे थेट डिजिटल नियंत्रण करणे आणि इलेक्ट्रो-ऑटोमेशन.

तांदूळ. 1. सीएनसी मिलिंग मशीनची ड्राइव्ह सिस्टम

सीएनसी मशीनसाठी इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचे प्रकार आणि त्यांच्यासाठी आवश्यकता

धातू कापण्याची प्रक्रिया प्रक्रिया करावयाच्या भागाची आणि कटिंग टूलच्या ब्लेडच्या परस्पर हालचालीद्वारे केली जाते.इलेक्ट्रिक ड्राईव्ह हे मेटल कटिंग मशीनचा भाग आहेत, जे सीएनसी सिस्टमद्वारे मेटलवर्किंग प्रक्रिया करण्यासाठी आणि नियमन करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत.

प्रक्रियेमध्ये, टूल आणि वर्कपीसच्या परस्पर हालचाली दरम्यान नियंत्रित कटिंग प्रक्रिया प्रदान करणार्या मुख्य हालचाली तसेच उपकरणांचे स्वयंचलित ऑपरेशन सुलभ करणार्‍या सहायक हालचाली (निरीक्षण साधने जवळ येणे आणि मागे घेणे, साधने बदलणे आणि बदलणे) वेगळे करणे प्रथा आहे. इ.).

मुख्यांमध्ये मुख्य कटिंग हालचालींचा समावेश होतो, ज्यामध्ये सर्वात जास्त वेग आणि शक्ती असते, जी] आवश्यक कटिंग फोर्स प्रदान करते, तसेच फीड हालचाल, जी दिलेल्या गतीने अवकाशीय मार्गावर कार्यरत शरीरास हलविण्यासाठी आवश्यक असते. दिलेल्या आकारासह उत्पादनाची पृष्ठभाग प्राप्त करण्यासाठी, मशीनची कार्यरत संस्था वर्कपीस आणि टूलला सेट गती आणि शक्तीने इच्छित मार्ग हलवण्यास सांगतात. इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह कार्यरत संस्थांना रोटेशनल आणि ट्रान्सलेशनल हालचाली देतात, ज्याचे संयोजन, मशीनच्या किनेमॅटिक स्ट्रक्चरद्वारे, आवश्यक परस्पर विस्थापन प्रदान करतात.

मेटलवर्किंग मशीनचा उद्देश आणि प्रकार मुख्यत्वे उत्पादित भागाच्या आकारावर (बॉडी, शाफ्ट, डिस्क) अवलंबून असतो. मशिनिंग दरम्यान आवश्यक टूल आणि वर्कपीस हालचाली निर्माण करण्यासाठी मल्टीफंक्शन मशीनची क्षमता समन्वय अक्षांच्या संख्येद्वारे आणि म्हणून परस्पर जोडलेल्या इलेक्ट्रिक ड्राइव्हच्या संख्येद्वारे आणि नियंत्रण प्रणालीच्या संरचनेद्वारे निर्धारित केली जाते.

सध्या, ड्राइव्ह मुख्यतः विश्वसनीय आधारावर केले जातात वारंवारता नियंत्रणासह एसी मोटर्सडिजिटल नियामकांद्वारे चालते.ठराविक औद्योगिक मॉड्यूल्स (Fig. 2) वापरून विविध प्रकारचे इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह लागू केले जातात.

तांदूळ. 2. इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचे वैशिष्ट्यपूर्ण कार्यात्मक आकृती

इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह ब्लॉक्सच्या किमान रचनामध्ये खालील फंक्शनल ब्लॉक्स असतात:

• कार्यकारी इलेक्ट्रिक मोटर (ED);

• फ्रिक्वेन्सी पॉवर कन्व्हर्टर (एचआरसी), जे औद्योगिक नेटवर्कच्या विद्युत शक्तीला आवश्यक मोठेपणा आणि वारंवारतेच्या थ्री-फेज मोटर सप्लाय व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित करते;

• एक मायक्रोकंट्रोलर (MC) जो कंट्रोल युनिट (CU) आणि टास्क जनरेटर (FZ) चे कार्य करतो.

पॉवर फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरच्या औद्योगिक युनिटमध्ये एक रेक्टिफायर आणि पॉवर कन्व्हर्टर असतो जो आउटपुट पीडब्ल्यूएम स्विचच्या मायक्रोप्रोसेसर कंट्रोलचा वापर करून कंट्रोल डिव्हाइसच्या सिग्नलद्वारे निर्धारित आवश्यक पॅरामीटर्ससह साइनसॉइडल व्होल्टेज तयार करतो.

इलेक्ट्रिक ड्राईव्हच्या ऑपरेशनवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी अल्गोरिदम मायक्रोकंट्रोलरद्वारे कार्य जनरेटरचे सिग्नल आणि माहिती-संगणक कॉम्प्लेक्स (आयव्हीसी) कडून प्राप्त झालेल्या डेटाची प्रक्रिया आणि विश्लेषणाच्या आधारे तुलना करून प्राप्त केलेल्या आदेशांची अंमलबजावणी केली जाते. सेन्सर्सच्या सेटमधून सिग्नल.

बहुतेक ऍप्लिकेशन्समधील इलेक्ट्रिक प्राइम मूव्हर ड्राइव्हमध्ये एक इंडक्शन इलेक्ट्रिक मोटर असते ज्यामध्ये गिलहरी-पिंजरा रोटर वाइंडिंग असते आणि मशीन स्पिंडलमध्ये रोटेशनचे यांत्रिक ट्रांसमिशन म्हणून गियरबॉक्स असते. गिअरबॉक्स बहुधा इलेक्ट्रोमेकॅनिकल रिमोट गियर शिफ्टिंगसह गिअरबॉक्स म्हणून डिझाइन केला जातो.मुख्य हालचालीची इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह विशिष्ट घूर्णन गतीने आवश्यक कटिंग फोर्स प्रदान करते आणि म्हणूनच गती नियमन करण्याचा उद्देश सतत शक्ती राखणे हा आहे.

रोटेशन गती नियंत्रणाची आवश्यक श्रेणी प्रक्रिया केलेल्या उत्पादनांचा व्यास, त्यांची सामग्री आणि इतर अनेक घटकांवर अवलंबून असते. आधुनिक स्वयंचलित सीएनसी मशीनमध्ये, मुख्य ड्राइव्ह थ्रेड कटिंग, वेगवेगळ्या व्यासांच्या भागांचे मशीनिंग आणि बरेच काही संबंधित जटिल कार्ये करते. यामुळे वेग नियंत्रणाची खूप मोठी श्रेणी प्रदान करण्याची तसेच उलट करता येण्याजोग्या ड्राइव्हचा वापर करण्याची आवश्यकता निर्माण होते. मल्टीफंक्शन मशीनमध्ये, आवश्यक रोटेशन गती श्रेणी हजारो किंवा अधिक असू शकते.

फीडरमध्ये खूप मोठ्या वेगाच्या श्रेणी देखील आवश्यक आहेत. म्हणून, समोच्च मिलिंगमध्ये, आपल्याकडे सैद्धांतिकदृष्ट्या अनंत गती श्रेणी असणे आवश्यक आहे, कारण काही बिंदूंवर किमान मूल्य शून्य होते. बहुतेकदा, प्रक्रिया क्षेत्रातील कार्यरत संस्थांची जलद हालचाल फीडरद्वारे देखील केली जाते, ज्यामुळे वेग बदलण्याची श्रेणी मोठ्या प्रमाणात वाढते आणि ड्राइव्ह कंट्रोल सिस्टमला गुंतागुंत होते.

फीडर्समध्ये, सिंक्रोनस मोटर्स आणि गैर-संपर्क डीसी मोटर्स वापरल्या जातात, तसेच काही बाबतीत एसिंक्रोनस मोटर्स वापरल्या जातात. त्यांना खालील मूलभूत आवश्यकता लागू होतात:

• गती नियमनाची विस्तृत श्रेणी;

• उच्च उच्च गती;

• उच्च ओव्हरलोड क्षमता;

• पोझिशनिंग मोडमध्ये प्रवेग आणि घसरण दरम्यान उच्च कार्यक्षमता;

• उच्च स्थान अचूकता.

लोड भिन्नता, सभोवतालच्या तापमानातील बदल, पुरवठा व्होल्टेज आणि इतर अनेक कारणांमुळे ड्राइव्ह वैशिष्ट्यांच्या स्थिरतेची हमी दिली पाहिजे. तर्कसंगत अनुकूली स्वयंचलित नियंत्रण प्रणालीच्या विकासाद्वारे हे सुलभ होते.

मशीनच्या ड्राइव्हचा यांत्रिक भाग

ड्राइव्हचा यांत्रिक भाग एक जटिल किनेमॅटिक रचना असू शकतो ज्यामध्ये अनेक भाग वेगवेगळ्या वेगाने फिरतात. खालील घटक सहसा वेगळे केले जातात:

• इलेक्ट्रिक मोटरचे रोटर जे टॉर्क तयार करते (फिरते किंवा ब्रेकिंग);

• यांत्रिक ट्रांसमिशन, टी, एस. एक प्रणाली जी हालचालीचे स्वरूप निर्धारित करते (रोटेशनल, ट्रान्सलेशनल) आणि हालचालीची गती बदलते (रिड्यूसर);

• एक कार्यरत संस्था जी चळवळीच्या ऊर्जेला उपयुक्त कामात रूपांतरित करते.

मेटल कटिंग मशीनच्या मुख्य गतीचे असिंक्रोनस ड्राइव्ह ट्रॅकिंग

सीएनसी मेटलवर्किंग मशीन्सच्या मुख्य हालचालीची आधुनिक समायोज्य इलेक्ट्रिकल ड्राइव्ह मुख्यत्वे केज रोटर विंडिंगसह असिंक्रोनस मोटर्सवर आधारित आहे, जी अनेक घटकांद्वारे सुलभ केली गेली आहे, त्यापैकी प्राथमिक माहिती बेसची सुधारणा लक्षात घेतली पाहिजे आणि पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स.

पॉवर कन्व्हर्टरचा वापर करून पुरवठा व्होल्टेजची वारंवारता बदलून वैकल्पिक करंट मोटर्सच्या मोडचे नियमन केले जाते, जे वारंवारता नियमनासह, इतर पॅरामीटर्स बदलते.

ट्रॅकिंग इलेक्ट्रिक ड्राइव्हची वैशिष्ट्ये मुख्यत्वे अंगभूत एसीएसच्या कार्यक्षमतेवर अवलंबून असतात.उच्च-कार्यक्षमता मायक्रोकंट्रोलरच्या वापराने इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह कंट्रोल सिस्टम आयोजित करण्यासाठी विस्तृत संधी प्रदान केल्या आहेत.

तांदूळ. 3. फ्रिक्वेंसी कनवर्टर वापरून इंडक्शन मोटरची विशिष्ट नियंत्रण रचना

ड्राइव्ह कंट्रोलर पॉवर स्विचसाठी संख्यांचा क्रम तयार करतो जो इलेक्ट्रिक मोटरच्या ऑपरेशनचे नियमन करतो. ऑटोमेशन कंट्रोलर स्टार्ट आणि स्टॉप मोडमध्ये आवश्यक वैशिष्ट्ये तसेच उपकरणांचे स्वयंचलित समायोजन आणि संरक्षण प्रदान करतो.

संगणकीय प्रणालीच्या हार्डवेअर भागामध्ये हे देखील समाविष्ट आहे: - सेन्सरमधून सिग्नल प्रविष्ट करण्यासाठी आणि त्यांचे ऑपरेशन नियंत्रित करण्यासाठी अॅनालॉग-डिजिटल आणि डिजिटल-एनालॉग कन्व्हर्टर;

• इंटरफेस उपकरणे आणि केबल कनेक्टरसह सुसज्ज अॅनालॉग आणि डिजिटल सिग्नलसाठी इनपुट आणि आउटपुट मॉड्यूल;

• इंटरफेस ब्लॉक्स जे अंतर्गत इंटरमॉड्यूल डेटा ट्रान्समिशन आणि बाह्य उपकरणांसह संप्रेषण करतात.

डेव्हलपरद्वारे सादर केलेल्या फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरच्या मोठ्या संख्येने सेटिंग्ज, विशिष्ट इलेक्ट्रिक मोटरचा तपशीलवार डेटा विचारात घेऊन, विशिष्ट नियंत्रण प्रक्रिया प्रदान करतात, ज्यामध्ये हे लक्षात घेतले जाऊ शकते:

• बहु-स्तरीय गती नियमन,

• वरची आणि खालची वारंवारता मर्यादा,

• टॉर्क मर्यादा,

• मोटर टप्प्यांपैकी एकाला थेट प्रवाह पुरवठा करून ब्रेकिंग,

• ओव्हरलोड संरक्षण, परंतु ओव्हरलोड आणि ओव्हरहाटिंगच्या बाबतीत, पॉवर सेव्हिंग मोड प्रदान करते.

कॉन्टॅक्टलेस डीसी मोटर्सवर आधारित ड्राइव्ह करा

मशीन टूल ड्राईव्हमध्ये वेग नियंत्रण श्रेणी, नियंत्रण वैशिष्ट्यांची रेखीयता आणि वेग यासाठी उच्च आवश्यकता असतात, कारण ते साधन आणि भागाच्या सापेक्ष स्थितीची अचूकता तसेच त्यांच्या हालचालीचा वेग निर्धारित करतात.

पॉवर ड्राइव्ह प्रामुख्याने डीसी मोटर्सच्या आधारे लागू केले गेले, ज्यात आवश्यक नियंत्रण वैशिष्ट्ये होती, परंतु त्याच वेळी, यांत्रिक ब्रश कलेक्टरची उपस्थिती कमी विश्वासार्हता, देखभालीची जटिलता आणि उच्च पातळीच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेपाशी संबंधित होती.

पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि डिजिटल कंप्युटिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे इलेक्ट्रिक ड्राईव्हमध्ये कॉन्टॅक्टलेस डायरेक्ट करंट मोटर्सच्या बदल्यात योगदान दिले, ज्यामुळे ऊर्जा वैशिष्ट्ये सुधारणे आणि मशीन टूल्सची विश्वासार्हता वाढवणे शक्य झाले. तथापि, नियंत्रण प्रणालीच्या जटिलतेमुळे संपर्करहित मोटर्स तुलनेने महाग आहेत.

परंतु ब्रशलेस मोटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत म्हणजे रोटरवर मॅग्नेटोइलेक्ट्रिक इंडक्टर आणि स्टेटरवरील आर्मेचर विंडिंगसह थेट चालू विद्युत मशीन आहे. मोटरच्या आवश्यक वैशिष्ट्यांनुसार स्टेटर विंडिंगची संख्या आणि रोटर मॅग्नेटच्या ध्रुवांची संख्या निवडली जाते. ते वाढवल्याने राइड आणि हाताळणी सुधारण्यास मदत होते, परंतु अधिक जटिल इंजिन डिझाइन बनते.

मेटल-कटिंग मशीन चालवताना, तीन आर्मेचर विंडिंग असलेली रचना, अनेक जोडलेल्या विभागांच्या रूपात बनविली जाते आणि अनेक जोड्यांसह स्थायी चुंबकांची उत्तेजना प्रणाली प्रामुख्याने वापरली जाते (चित्र 4).

तांदूळ. 4. संपर्करहित डीसी मोटरचे कार्यात्मक आकृती

स्टेटर विंडिंग्समधील प्रवाह आणि रोटरच्या कायम चुंबकांनी तयार केलेल्या चुंबकीय प्रवाहांच्या परस्परसंवादामुळे टॉर्क तयार होतो. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक क्षणाची स्थिर दिशा थेट प्रवाहासह स्टेटर विंडिंगला पुरवलेल्या योग्य कम्युटेशनद्वारे सुनिश्चित केली जाते. स्त्रोत U शी स्टेटर विंडिंग्जच्या कनेक्शनचा क्रम पॉवर सेमीकंडक्टर स्विचच्या सहाय्याने केला जातो, जो रोटर पोझिशन सेन्सर्समधून व्होल्टेज पुरवताना पल्स वितरकाच्या सिग्नलच्या क्रियेखाली स्विच केला जातो.

गैर-संपर्क डीसी मोटर्सच्या इलेक्ट्रिक ड्राइव्हच्या ऑपरेटिंग मोडचे नियमन करण्याच्या कार्यामध्ये, खालील परस्परसंबंधित समस्या ओळखल्या जातात:

• मापनासाठी उपलब्ध भौतिक प्रमाणांवर परिणाम करून इलेक्ट्रोमेकॅनिकल कन्व्हर्टर नियंत्रित करण्यासाठी अल्गोरिदम, पद्धती आणि माध्यमांचा विकास;

• सिद्धांत आणि स्वयंचलित नियंत्रण पद्धती वापरून स्वयंचलित ड्राइव्ह नियंत्रण प्रणाली तयार करणे.

स्टेपर मोटरवर आधारित इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक ड्राइव्ह

आधुनिक मशीन टूल्समध्ये, जॉइंट इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक ड्राइव्ह (EGD) अर्ध-सामान्य आहेत, ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉनिक CNC प्रणालीमधून येणारे वेगळे इलेक्ट्रिकल सिग्नल सिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्सद्वारे शाफ्ट रोटेशनमध्ये रूपांतरित केले जातात. इलेक्ट्रिक मोटर (ईएम) पासून सीएनसी सिस्टमच्या ड्राइव्ह कंट्रोलर (सीपी) च्या सिग्नलच्या कृती अंतर्गत विकसित टॉर्क हे यांत्रिक ट्रांसमिशन (एमपी) द्वारे कार्यकारी संस्था (आयओ) ला जोडलेल्या हायड्रॉलिक अॅम्प्लिफायरचे इनपुट मूल्य आहे. मशीन टूलचे (चित्र 5).

तांदूळ. 5. इलेक्ट्रो-हायड्रॉलिक ड्राइव्हची कार्यात्मक योजना

इनपुट ट्रान्सफॉर्मेशन (व्हीपी) आणि हायड्रॉलिक व्हॉल्व्ह (जीआर) द्वारे इलेक्ट्रिक मोटर रोटरचे नियंत्रित रोटेशन हायड्रॉलिक मोटर शाफ्ट (जीएम) च्या रोटेशनला कारणीभूत ठरते. हायड्रॉलिक अॅम्प्लीफायरचे पॅरामीटर्स स्थिर करण्यासाठी, अंतर्गत अभिप्राय सामान्यतः वापरला जातो.

स्टार्ट-स्टॉप स्वरूपाच्या हालचाली किंवा सतत हालचाल असलेल्या यंत्रणेच्या इलेक्ट्रिक ड्राइव्हमध्ये, स्टेपर मोटर्स (एसएम) ला अनुप्रयोग सापडला आहे, ज्याला समकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्सचा प्रकार म्हणून वर्गीकृत केले आहे. पल्स-एक्सायटेड स्टेपर मोटर्स सीएनसी कंट्रोलमध्ये वापरल्या जाणार्‍या डायरेक्ट डिजिटल कंट्रोलसाठी सर्वात योग्य आहेत.

प्रत्येक नाडीच्या रोटेशनच्या एका विशिष्ट कोनात रोटरची मधूनमधून (चरणानुसार) हालचाल जवळजवळ शून्यापासून वेगातील भिन्नतेच्या खूप मोठ्या श्रेणीसह पुरेशी उच्च स्थान अचूकता प्राप्त करणे शक्य करते.

जेव्हा तुम्ही इलेक्ट्रिक ड्राइव्हमध्ये स्टेपर मोटर वापरता, तेव्हा ते लॉजिक कंट्रोलर आणि स्विच (चित्र 6) असलेल्या डिव्हाइसद्वारे नियंत्रित केले जाते.

तांदूळ. 6. स्टेपर मोटर कंट्रोल डिव्हाइस

एनचॅनेल सिलेक्शन कंट्रोल कमांडच्या कृती अंतर्गत, सीएनसी ड्राइव्ह कंट्रोलर पॉवर ट्रान्झिस्टर स्विच नियंत्रित करण्यासाठी डिजिटल सिग्नल व्युत्पन्न करतो, जे आवश्यक क्रमाने डीसी व्होल्टेजला स्टेटर विंडिंगशी जोडते. एका चरणात कोनीय विस्थापनाची लहान मूल्ये प्राप्त करण्यासाठी α = π / p, रोटरवर मोठ्या संख्येने ध्रुव जोड्यांसह कायम चुंबक ठेवले जाते.