सीएनसी मशीनों के लिए इलेक्ट्रिक ड्राइव

आधुनिक मल्टीफ़ंक्शनल मेटल-कटिंग मशीन और औद्योगिक रोबोट मल्टी-मोटर इलेक्ट्रिक ड्राइव से लैस हैं जो कार्यकारी निकायों को कई समन्वय अक्षों (छवि 1) के साथ स्थानांतरित करते हैं।

एक सीएनसी मशीन के संचालन का नियंत्रण मानक प्रणालियों का उपयोग करके किया जाता है जो डिजिटल रूप में परिभाषित प्रोग्राम के अनुसार कमांड उत्पन्न करते हैं। उच्च-प्रदर्शन वाले माइक्रोकंट्रोलर्स और सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटरों का निर्माण, जो प्रोग्रामेबल सीपीयू कोर बनाते हैं, ने उनकी मदद से स्वचालित रूप से कई ज्यामितीय और तकनीकी संचालन करने के साथ-साथ इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम का प्रत्यक्ष डिजिटल नियंत्रण करने के लिए संभव बना दिया है। विद्युत स्वचालन।

चावल। 1. सीएनसी मिलिंग मशीन की ड्राइव प्रणाली

सीएनसी मशीनों और उनके लिए आवश्यकताओं के लिए इलेक्ट्रिक ड्राइव के प्रकार

धातु को काटने की प्रक्रिया संसाधित होने वाले हिस्से और काटने के उपकरण के ब्लेड के आपसी संचलन द्वारा की जाती है।इलेक्ट्रिक ड्राइव धातु काटने वाली मशीनों का हिस्सा हैं, जिन्हें सीएनसी प्रणाली के माध्यम से धातु की प्रक्रियाओं को करने और नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

प्रसंस्करण में, यह मुख्य आंदोलनों को अलग करने के लिए प्रथागत है जो उपकरण और वर्कपीस के पारस्परिक आंदोलन के दौरान नियंत्रित काटने की प्रक्रिया प्रदान करते हैं, साथ ही साथ सहायक आंदोलनों जो उपकरण के स्वचालित संचालन की सुविधा प्रदान करते हैं (निगरानी उपकरण, उपकरण बदलना और वापस लेना) वगैरह।)।

मुख्य में मुख्य काटने का आंदोलन शामिल है, जिसमें उच्चतम गति और शक्ति है, जो प्रदान करता है] आवश्यक काटने बल, साथ ही फ़ीड आंदोलन, जो किसी दिए गए गति से स्थानिक प्रक्षेपवक्र के साथ काम करने वाले शरीर को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक है। किसी दिए गए आकार के साथ उत्पाद की सतह प्राप्त करने के लिए, मशीन के कामकाजी निकाय वर्कपीस और उपकरण को निर्धारित गति और बल के साथ वांछित प्रक्षेपवक्र को स्थानांतरित करने के लिए कहते हैं। इलेक्ट्रिक ड्राइव काम करने वाले निकायों को घूर्णी और अनुवाद संबंधी गति प्रदान करते हैं, जिनमें से संयोजन, मशीनों की गतिज संरचना के माध्यम से, आवश्यक पारस्परिक विस्थापन प्रदान करते हैं।

धातु मशीन का उद्देश्य और प्रकार काफी हद तक निर्मित भाग (शरीर, शाफ्ट, डिस्क) के आकार पर निर्भर करता है। मशीनिंग के दौरान आवश्यक उपकरण और वर्कपीस आंदोलनों को उत्पन्न करने के लिए एक मल्टीफ़ंक्शन मशीन की क्षमता समन्वय अक्षों की संख्या और इसलिए परस्पर विद्युत ड्राइव की संख्या और नियंत्रण प्रणाली की संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है।

वर्तमान में, ड्राइव मुख्य रूप से विश्वसनीय के आधार पर किए जाते हैं आवृत्ति नियंत्रण के साथ एसी मोटर्सडिजिटल नियामकों द्वारा किया जाता है।विशिष्ट औद्योगिक मॉड्यूल (चित्र 2) का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रिक ड्राइव लागू किए जाते हैं।

चावल। 2. इलेक्ट्रिक ड्राइव का विशिष्ट कार्यात्मक आरेख

इलेक्ट्रिक ड्राइव ब्लॉकों की न्यूनतम संरचना में निम्नलिखित कार्यात्मक ब्लॉक होते हैं:

• कार्यकारी इलेक्ट्रिक मोटर (ईडी);

• फ़्रीक्वेंसी पॉवर कन्वर्टर (HRC), जो औद्योगिक नेटवर्क की विद्युत शक्ति को आवश्यक आयाम और आवृत्ति के तीन-चरण मोटर आपूर्ति वोल्टेज में परिवर्तित करता है;

• एक माइक्रोकंट्रोलर (MC) जो एक नियंत्रण इकाई (CU) और एक कार्य जनरेटर (FZ) के कार्य करता है।

पावर फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर की औद्योगिक इकाई में एक रेक्टिफायर और एक पॉवर कन्वर्टर होता है जो आउटपुट PWM स्विच के माइक्रोप्रोसेसर कंट्रोल का उपयोग करके कंट्रोल डिवाइस के सिग्नल द्वारा निर्धारित आवश्यक मापदंडों के साथ एक साइनसॉइडल वोल्टेज उत्पन्न करता है।

इलेक्ट्रिक ड्राइव के संचालन को नियंत्रित करने के लिए एल्गोरिथ्म कार्य जनरेटर के संकेतों और सूचना-कंप्यूटिंग कॉम्प्लेक्स (IVC) से प्राप्त डेटा की प्रसंस्करण और विश्लेषण के आधार पर प्राप्त किए गए आदेशों को उत्पन्न करके माइक्रोकंट्रोलर द्वारा कार्यान्वित किया जाता है। सेंसर से एक सेट से संकेत।

अधिकांश अनुप्रयोगों में इलेक्ट्रिक प्राइम मूवर ड्राइव में एक गिलहरी-पिंजरे रोटर वाइंडिंग के साथ एक इंडक्शन इलेक्ट्रिक मोटर और मशीन स्पिंडल के रोटेशन के यांत्रिक संचरण के रूप में एक गियरबॉक्स होता है। गियरबॉक्स को अक्सर इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिमोट गियर शिफ्टिंग के साथ गियरबॉक्स के रूप में डिज़ाइन किया जाता है।मुख्य आंदोलन का विद्युत ड्राइव एक निश्चित घूर्णन गति पर आवश्यक काटने की शक्ति प्रदान करता है, और इसलिए गति विनियमन का उद्देश्य निरंतर शक्ति बनाए रखना है।

घूर्णन गति नियंत्रण की आवश्यक सीमा प्रसंस्कृत उत्पादों के व्यास, उनकी सामग्री और कई अन्य कारकों पर निर्भर करती है। आधुनिक स्वचालित सीएनसी मशीनों में, मुख्य ड्राइव थ्रेड कटिंग, विभिन्न व्यास के भागों की मशीनिंग, और बहुत कुछ से संबंधित जटिल कार्य करता है। यह गति नियंत्रण के साथ-साथ एक प्रतिवर्ती ड्राइव के उपयोग की एक बहुत बड़ी रेंज प्रदान करने की आवश्यकता की ओर ले जाता है। मल्टीफ़ंक्शन मशीनों में, आवश्यक रोटेशन गति सीमा हजारों या अधिक हो सकती है।

फीडरों में बहुत बड़ी गति रेंज की भी आवश्यकता होती है। तो, समोच्च मिलिंग में आपको सैद्धांतिक रूप से एक अनंत गति सीमा होनी चाहिए, क्योंकि कुछ बिंदुओं पर न्यूनतम मान शून्य हो जाता है। अक्सर, प्रसंस्करण क्षेत्र में काम करने वाले निकायों की तीव्र गति भी एक फीडर द्वारा की जाती है, जो गति परिवर्तन की सीमा को बहुत बढ़ा देती है और ड्राइव नियंत्रण प्रणालियों को जटिल बना देती है।

फीडरों में, सिंक्रोनस मोटर्स और गैर-संपर्क डीसी मोटर्स का उपयोग किया जाता है, साथ ही कुछ मामलों में एसिंक्रोनस मोटर्स का भी उपयोग किया जाता है। निम्नलिखित बुनियादी आवश्यकताएं उन पर लागू होती हैं:

• गति विनियमन की विस्तृत श्रृंखला;

• उच्च शीर्ष गति;

• उच्च अधिभार क्षमता;

• पोजिशनिंग मोड में त्वरण और मंदी के दौरान उच्च प्रदर्शन;

• उच्च स्थिति सटीकता।

ड्राइव विशेषताओं की स्थिरता को लोड विविधताओं, परिवेश के तापमान में परिवर्तन, आपूर्ति वोल्टेज और कई अन्य कारणों से गारंटी दी जानी चाहिए। यह एक तर्कसंगत अनुकूली स्वचालित नियंत्रण प्रणाली के विकास द्वारा सुगम है।

मशीन की ड्राइव का यांत्रिक हिस्सा

ड्राइव का यांत्रिक भाग एक जटिल कीनेमेटिक संरचना हो सकता है जिसमें विभिन्न गति से घूमने वाले कई भाग होते हैं। निम्नलिखित तत्व आमतौर पर प्रतिष्ठित हैं:

• एक इलेक्ट्रिक मोटर का रोटर जो टॉर्क (घूर्णन या ब्रेकिंग) बनाता है;

• मैकेनिकल ट्रांसमिशन, टी, एस। एक प्रणाली जो आंदोलन की प्रकृति (घूर्णी, अनुवाद) को निर्धारित करती है और आंदोलन की गति (रिड्यूसर) को बदलती है;

• एक कामकाजी निकाय जो गति की ऊर्जा को उपयोगी कार्य में परिवर्तित करता है।

धातु काटने की मशीन की मुख्य गति की अतुल्यकालिक ड्राइव ट्रैकिंग

सीएनसी धातु मशीनों के मुख्य संचलन का आधुनिक समायोज्य विद्युत ड्राइव मुख्य रूप से एक पिंजरे रोटर वाइंडिंग के साथ अतुल्यकालिक मोटर्स पर आधारित है, जिसे कई कारकों द्वारा सुगम बनाया गया है, जिनमें से प्राथमिक सूचना आधार के सुधार पर ध्यान दिया जाना चाहिए और बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स.

विद्युत कनवर्टर का उपयोग करके आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति को बदलकर वर्तमान मोटर्स के मोड का विनियमन किया जाता है, जो आवृत्ति विनियमन के साथ, अन्य मापदंडों को बदलता है।

ट्रैकिंग इलेक्ट्रिक ड्राइव की विशेषताएं काफी हद तक अंतर्निहित एसीएस की दक्षता पर निर्भर करती हैं।उच्च-प्रदर्शन वाले माइक्रोकंट्रोलर्स के उपयोग ने इलेक्ट्रिक ड्राइव कंट्रोल सिस्टम के आयोजन के लिए व्यापक अवसर प्रदान किए हैं।

चावल। 3. आवृत्ति कनवर्टर का उपयोग कर प्रेरण मोटर की विशिष्ट नियंत्रण संरचना

ड्राइव नियंत्रक विद्युत मोटर के संचालन को नियंत्रित करने वाले पावर स्विच के लिए संख्याओं के अनुक्रम उत्पन्न करता है। स्वचालन नियंत्रक स्टार्ट और स्टॉप मोड में आवश्यक विशेषताओं के साथ-साथ स्वचालित समायोजन और उपकरणों की सुरक्षा प्रदान करता है।

कंप्यूटिंग सिस्टम के हार्डवेयर भाग में भी शामिल हैं: - सेंसर से सिग्नल दर्ज करने और उनके संचालन को नियंत्रित करने के लिए एनालॉग-डिजिटल और डिजिटल-एनालॉग कन्वर्टर्स;

• इंटरफ़ेस उपकरण और केबल कनेक्टर्स से लैस एनालॉग और डिजिटल सिग्नल के लिए इनपुट और आउटपुट मॉड्यूल;

• इंटरफ़ेस ब्लॉक जो बाहरी उपकरणों के साथ आंतरिक इंटरमॉड्यूल डेटा ट्रांसमिशन और संचार करते हैं।

एक विशेष इलेक्ट्रिक मोटर के विस्तृत डेटा को ध्यान में रखते हुए, डेवलपर द्वारा शुरू की गई आवृत्ति कनवर्टर सेटिंग्स की एक बड़ी संख्या, कुछ नियंत्रण प्रक्रियाएं प्रदान करती है, जिनमें से इसे नोट किया जा सकता है:

• बहु स्तरीय गति विनियमन,

• ऊपरी और निचली आवृत्ति सीमा,

• टोक़ सीमा,

• मोटर चरणों में से एक को प्रत्यक्ष धारा की आपूर्ति करके ब्रेक लगाना,

• अधिभार संरक्षण, लेकिन अधिभार और अति ताप के मामले में, बिजली बचत मोड प्रदान करना।

संपर्क रहित डीसी मोटर्स पर आधारित ड्राइव

मशीन टूल ड्राइव में गति नियंत्रण की सीमा, नियंत्रण विशेषताओं और गति की रैखिकता के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं, क्योंकि वे उपकरण और भाग की सापेक्ष स्थिति की सटीकता के साथ-साथ उनके आंदोलन की गति को निर्धारित करते हैं।

पावर ड्राइव मुख्य रूप से डीसी मोटर्स के आधार पर लागू किए गए थे, जिनमें आवश्यक नियंत्रण विशेषताएं थीं, लेकिन साथ ही, यांत्रिक ब्रश कलेक्टर की उपस्थिति कम विश्वसनीयता, रखरखाव की जटिलता और उच्च स्तर के विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से जुड़ी थी।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और डिजिटल कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों के विकास ने इलेक्ट्रिक ड्राइव में संपर्क रहित डायरेक्ट करंट मोटर्स के प्रतिस्थापन में योगदान दिया, जिससे ऊर्जा विशेषताओं में सुधार करना और मशीन टूल्स की विश्वसनीयता बढ़ाना संभव हो गया। हालांकि, नियंत्रण प्रणाली की जटिलता के कारण संपर्क रहित मोटर्स अपेक्षाकृत महंगे हैं।

लेकिन ब्रशलेस मोटर के संचालन का सिद्धांत रोटर पर मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रारंभ करनेवाला और स्टेटर पर आर्मेचर वाइंडिंग के साथ एक प्रत्यक्ष वर्तमान विद्युत मशीन है। मोटर की आवश्यक विशेषताओं के आधार पर स्टेटर वाइंडिंग्स की संख्या और रोटर मैग्नेट के ध्रुवों की संख्या का चयन किया जाता है। उन्हें बढ़ाने से राइड और हैंडलिंग में सुधार होता है, लेकिन इससे इंजन का डिज़ाइन अधिक जटिल हो जाता है।

धातु काटने वाली मशीनों को चलाते समय, तीन आर्मेचर वाइंडिंग्स वाली एक संरचना, जो कई जुड़े हुए वर्गों के रूप में बनाई जाती है, और कई जोड़े ध्रुवों के साथ स्थायी चुम्बकों की एक उत्तेजना प्रणाली मुख्य रूप से उपयोग की जाती है (चित्र 4)।

चावल। 4. संपर्क रहित डीसी मोटर का कार्यात्मक आरेख

स्टेटर वाइंडिंग्स और रोटर के स्थायी चुम्बकों में धाराओं द्वारा बनाए गए चुंबकीय प्रवाह की परस्पर क्रिया के कारण टॉर्क बनता है। विद्युत चुम्बकीय क्षण की निरंतर दिशा स्टेटर वाइंडिंग को प्रत्यक्ष धारा के साथ आपूर्ति किए गए उपयुक्त परिवर्तन द्वारा सुनिश्चित की जाती है। स्रोत यू के लिए स्टेटर वाइंडिंग के कनेक्शन का क्रम पावर सेमीकंडक्टर स्विच के माध्यम से किया जाता है, जो रोटर पोजीशन सेंसर से वोल्टेज की आपूर्ति करते समय पल्स डिस्ट्रीब्यूटर से सिग्नल की कार्रवाई के तहत स्विच किया जाता है।

गैर-संपर्क डीसी मोटर्स के इलेक्ट्रिक ड्राइव के ऑपरेटिंग मोड को विनियमित करने के कार्य में, निम्नलिखित परस्पर संबंधित मुद्दे प्रतिष्ठित हैं:

• माप के लिए उपलब्ध भौतिक मात्राओं को प्रभावित करके एक इलेक्ट्रोमेकैनिकल कनवर्टर को नियंत्रित करने के एल्गोरिदम, विधियों और साधनों का विकास;

• स्वचालित नियंत्रण के सिद्धांत और विधियों का उपयोग करके एक स्वचालित ड्राइव नियंत्रण प्रणाली बनाना।

इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक ड्राइव एक स्टेपर मोटर पर आधारित है

आधुनिक मशीन टूल्स में, संयुक्त इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक ड्राइव (ईजीडी) अर्ध-सामान्य हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक सीएनसी प्रणाली से आने वाले असतत विद्युत संकेतों को सिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्स द्वारा शाफ्ट रोटेशन में परिवर्तित किया जाता है। इलेक्ट्रिक मोटर (EM) से सीएनसी सिस्टम के ड्राइव कंट्रोलर (CP) के संकेतों की कार्रवाई के तहत विकसित टॉर्क मैकेनिकल ट्रांसमिशन (MP) के माध्यम से कार्यकारी निकाय (IO) से जुड़े हाइड्रोलिक एम्पलीफायर के लिए इनपुट मूल्य है। मशीन टूल की (चित्र 5)।

चावल। 5. इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक ड्राइव की कार्यात्मक योजना

इनपुट परिवर्तन (वीपी) और हाइड्रोलिक वाल्व (जीआर) के माध्यम से इलेक्ट्रिक मोटर रोटर के नियंत्रित घुमाव से हाइड्रोलिक मोटर शाफ्ट (जीएम) का रोटेशन होता है। हाइड्रोलिक एम्पलीफायर के मापदंडों को स्थिर करने के लिए, आमतौर पर आंतरिक प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है।

आंदोलन या निरंतर आंदोलन की स्टार्ट-स्टॉप प्रकृति के तंत्र के इलेक्ट्रिक ड्राइव में, स्टेपर मोटर्स (एसएम) ने आवेदन पाया है, जिन्हें एक प्रकार के सिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्स के रूप में वर्गीकृत किया गया है। पल्स-उत्तेजित स्टेपर मोटर्स सीएनसी नियंत्रण में उपयोग किए जाने वाले प्रत्यक्ष डिजिटल नियंत्रण के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

प्रत्येक स्पंद के लिए रोटेशन के एक निश्चित कोण पर रोटर का रुक-रुक कर (स्टेप वाइज) मूवमेंट लगभग शून्य से गति भिन्नता की एक बहुत बड़ी रेंज के साथ पर्याप्त उच्च पोजिशनिंग सटीकता प्राप्त करना संभव बनाता है।

जब आप इलेक्ट्रिक ड्राइव में स्टेपर मोटर का उपयोग करते हैं, तो इसे एक लॉजिक कंट्रोलर और एक स्विच (चित्र 6) वाले डिवाइस द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

चावल। 6. स्टेपर मोटर कंट्रोल डिवाइस

एनचैनल चयन नियंत्रण कमांड की कार्रवाई के तहत, सीएनसी ड्राइव कंट्रोलर पावर ट्रांजिस्टर स्विच को नियंत्रित करने के लिए डिजिटल सिग्नल उत्पन्न करता है, जो आवश्यक क्रम में डीसी वोल्टेज को स्टेटर वाइंडिंग्स से जोड़ता है। एक चरण α = π / p में कोणीय विस्थापन के छोटे मान प्राप्त करने के लिए, बड़ी संख्या में ध्रुव जोड़े p के साथ एक स्थायी चुंबक को रोटर पर रखा जाता है।