Сравнение шаговых и серводвигателей фрезерных станков с ЧПУ

Фрезерные станки с системой числового программного управления (ЧПУ) предназначены для ведения точной обработки в автоматической режиме. Программирование маршрута обработки позволяет изготавливать сложные детали с высокой скоростью и минимальным участием человека. Заданием на обработку является программный файл, построенный на базе 3D-модели изделия. Такой подход жёстко замыкает цепочку «проектирование-изготовление», позволяя использовать наработки инженеров (в виде CAD-документов) для оперативной подготовки заданий на производство изделий.

Коды управляющей программы воспринимает контроллер системы ЧПУ и в соответствие с ними формирует управляющие импульсы для исполнительных элементов — приводных электродвигателей инструментального портала. Электродвигатели обеспечивают движение портала вдоль трёх-пяти осей (в зависимости от типа фрезерного станка). Такое количество степеней свободы позволяет режущему инструменту (фрезе) совершать сложное движение относительно обрабатываемой заготовки. Этим обеспечивается возможность обработки сложных фасонных поверхностей или множества конструктивных элементов (пазов, бобышек, отверстий и т. п.) без перезакрепления заготовки.

Всё это обеспечивает ту степень универсальности, которой отличаются современные станки с ЧПУ. При этом очевидно, что конструкция и особенности функционирования исполнительных элементов (электродвигателей инструментального портала) будет оказывать существенное влияние на характеристики обработки.

Типы исполнительных элементов

В качестве исполнительных элементов в современных моделях фрезерных станков с ЧПУ используются шаговые электродвигатели или серводвигатели.

Шаговый электродвигатель имеет несколько обмоток статора, последовательное включение которых вызывает перемещение (поворот) ротора на строго определённую величину (шаг). При этом ротор не только вращается на заранее известную величину, но и жёстко фиксируется в заданном положении.

Шаговые электродвигатели отличаются высоким крутящим моментом при сравнительно низких частотах вращения ротора. А также обеспечивают высокую точность управления позиционированием (двигатель всегда «знает», на какой угол повернут ротор). Поэтому шаговый электродвигатель не нуждается в специальной обратной связи.

К недостаткам шаговых электродвигателей можно отнести ограничение по максимальному крутящему моменту, а также явление «пропуска шагов» при превышении номинальной нагрузки на валу. А поскольку двигатель лишён обратной связи, такие сбои никак не будут заметны электронной системе управления — а проявятся лишь при фактическом искажении движения связанного механизма (в нашем случае — инструментального портала фрезерного станка с ЧПУ).

Серводвигателем называется комплексная система, состоящая из силового элемента (электродвигателя), датчика положения (обратной связи) и электронного блока управления.

По сравнению с шаговыми электродвигателями, сервосистема отличается большей мощностью и лучшими динамическими характеристиками. Серводвигатели в принципе не имеют ограничений по максимальной мощности. Благодаря обратной связи, сервосистема обеспечивает заданную точность независимо от наличия люфтов/износа деталей (все погрешности автоматически компенсируются). Это же свойство позволяет сервосистеме компенсировать собственное тепловое расширение. Следовательно, серводвигатель может длительное время (и в условиях интенсивной нагрузки) работать без снижения точности.

К недостаткам серводвигателей (по сравнению с шаговыми электродвигателями) относится более высокая стоимость, большая сложность конструкции и отсутствие самофиксирования вала ротора.

Особенности работы шаговых и серводвигателей на фрезерных станках с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ комплектуются как шаговыми, так и серводвигателями. Последние, как правило, устанавливаются на более мощные модели станков, имеющие значительную рабочую площадь. При этом и те и другие двигатели обеспечивают заданную точность позиционирования режущего инструмента.

Бытует мнение, что замена шаговых электродвигателей сервосистемой позволяет повысить интенсивность обработки и увеличить показатели точности фрезерного станка. Однако на практике доказано, что серводвигатели лишь улучшают динамику перемещения инструментального портала на высоких скоростях. Т. е. точность позиционирования инструмента в системе с сервоприводом не увеличивается априори. А будет определяться, во-первых, конструктивными особенностями конкретного станка и его физическим состоянием (износом, загрязнением и т. п.). А во-вторых, программными настройками (величиной шага инструмента).

Кроме того, замена шаговых электродвигателей на сервосистему предполагает слишком большой объём работ по переделке систем фрезерного станка. В отсутствие значительных преимуществ, такой шаг выглядит сомнительным. Однако следует заметить, что некоторые производители оборудования с ЧПУ предлагают серводвигатели в виде комплексных систем, оптимизированных для интеграции в «родную» стойку системы ЧПУ. В этом случае замена шаговых электродвигателей сервосистемой может быть проведено относительно просто.


Оцените информацию на странице

Средняя оценка: 5
Голосов: 1
Яндекс.Метрика