Система ЧПУ фирмы Siemens

СЧПУ фирмы Siemens являются высококачественными системами управления для обрабатывающих станков. ЧПУ Siemens представлены такими сериями: SINUMERIK 802D, SINUMERIK 810D, SINUMERIK 840D (рис. 1.4).

Рис. 2.5. СЧПУ фирмы Siemens

СЧПУ фирмы Siemens представляют собой целостный комплекс взаимодействующих компонентов: устройство ЧПУ — управляющее ядро системы, компоненты управления для общения оператора с системой, контролирующий электроавтоматику, силовые исполнители: привода и двигатели в различных исполнениях в зависимости от задач, обратные связи измерительных систем, соединительные силовые и сигнальные кабели и программное обеспечение: системное, операторское, ввода в эксплуатацию, администрирования и информационного обмена.

Фирма Siemens разработала две группы УЧПУ:

1) Семейство SINUMERIK 802C, 802S, 802D, которое ориентировано на применение в простых токарных и фрезерных станках. Эти УЧПУ ограничены по количеству осей и имеют оптимальные функциональные возможности, соответствующие их назначению.

2) Семейство SINUMERIK 810D, 840D. SINUMERIK 810D – для станков с небольшими рабочими усилиями. SINUMERIK 840D - наиболее распространенное базовое модульное УЧПУ для широкого круга станков и технологических задач.

Подсистема приводов

Подсистема приводов включает двигатель и передачу для преобразования вращательного движения в поступательное перемещение исполнительных органов станка.

А) Высокоточные ходовые винты

Они расположены на днище стола, где закреплена гайка. При повороте винта гайка перемещается и происходит линейное движение стола.

Усовершенствованные ходовые винты позволяют выполнять перемещение исполнительного органа с минимальным трением и имеют механизм устранения люфта.

Б) Двигатели

Вращение вала двигателя приводит к повороту высокоточного ходового винта и линейному перемещению рабочего стола. В конструкции станков используются шаговые электродвигатели и серводвигатели. Шаговый электродвигатель - это электромеханическое устройство, преобразующее электрический сигнал управления в дискретное механическое перемещение. Существует несколько основных видов шаговых двигателей, отличающихся конструктивным исполнением:

1. шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением;

2. шаговые двигатели с постоянным магнитным сопротивлением;

3. гибридные двигатели.

Принцип работы у всех этих двигателей примерно одинаков и достаточно прост.

Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением имеет несколько полюсов на статоре и ротор из магнитно-мягкого материала (реактивный ротор).

Рис. 2.6. Устройство шагового двигателя с переменным магнитным сопротивлением:

шесть полюсов на статоре, ротор с четырьмя зубьями,

три независимые обмотки

При подаче электрического тока в одну из обмоток ротор стремится занять положение, при котором возникший магнитный поток будет замкнут. То есть зубья ротора будут находиться напротив соответствующих полюсов статора. Если подать его в следующую обмотку, то ротор повернется на один шаг. Для непрерывного вращения ротора необходимо попеременно подавать электрический ток в 1, 2 и 3 обмотки, при этом шаг по углу вращения для представленного двигателя составит 30°.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами состоит из статора с обмотками и ротора с постоянными магнитами.

Рис. 2.7. Устройство шагового двигателя с постоянными магнитами:

две пары полюсов статора и три пары полюсов ротора

При подаче электрического тока в одну из обмоток ротор займет положение, при котором разноименные полюса статора и ротора будут находиться напротив друг друга. Для непрерывного вращения ротора необходимо попеременно подавать электрический ток в 1 и 2 обмотки.

Большинство современных шаговых электродвигателей являются гибридными, то есть сочетают достоинства двигателей с переменным магнитным полем и двигателей с постоянными магнитами, имеют большее число полюсов статора и зубьев ротора. Шаг вращения при (дискрета) может достигать одного и менее градуса.

Когда подсистема управления посылает шаговому двигателю электрический импульс, то происходит поворот ротора на определенный угол. Если ходовой винт имеет шаг 1 мм, а дискрета угла имеет 1 градус, то за один импульс исполнительный орган станка переместиться на величину 2,8 мкм. Эта величина называется разрешением системы, или ценой импульса. Нельзя переместить исполнительный орган на величину, меньшую, чем разрешение системы.

Простота конструкции и легкость управления сделали шаговые электродвигатели очень популярными. Основным минусом двигателей этого типа является их толчковая или дискретная работа, которая может привести к ухудшению качества чистовой обработки поверхностей и эффекту «ступенек» на поверхности. Однако шаговые двигатели могут работать без использования дорогостоящей и сложной обратной связи. Это позволяет создавать недорогие, хотя и не высокоточные станки.

Самые современные станки с ЧПУ оснащаются серводвигателями, которые имеют более сложную конструкцию. Серводвигатели, в отличие от шаговых двигателей, работают гладко, имеют лучшие характеристики, но ими тяжелее управлять.

Рис. 2.8. Сервопривод

Для работы с серводвигателем необходимо наличие специальных контроллеров и устройств обратной связи, что, несомненно, приводит к увеличению стоимости станка.

В последнее время на высокоточных станках стали использоваться ролико-винтовые передачи.

Рис. 2.9. Ролико-винтовая передача