1. Cỏc nhiệm vụ của truyền động chạy dao.
Cỏc hệ truyền động chạy dao cú nhiệm vụ chuyển đổi cỏc lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành cỏc chuyển động tịnh tiến hay quay trũn của những bàn mỏy mang dao hoặc mang chi tiết trờn mỏy cụng cụ.
Cỏc truyền động tịnh tiến là cỏc truyền động thẳng theo phương ba trục tọa độ của khụng gian ba chiều; cũn cỏc chuyển động quay trũn là những chuyển động quay trũn xung quanh cỏc trục này.
Hệ truyền động chạy dao của một mỏy cụng cụ CNC phải thể hiện được cỏc tớnh chất sau:
- Cú tớnh động học cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi, bàn mỏy phải theo kịp biến đổi đú trong thời gian ngắn nhất.
- Cú độ vững chắc số vũng quay cao: khi cỏc lực cản chạy dao biến đổi cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nú tới tốc độ chạy dao, ngay cả khi chạy dao với tốc độ nhỏ nhất cũng cần đũi hỏi một quỏ trỡnh tốc độ ổn định.
- Phải giải quyết được những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất . Cấu trỳc nguyờn tắc của một hệ thống truyền động chạy dao được thể hiện nh
trờn hỡnh 31:
Trong đú hệ truyền động gồm: Một động cơ dẫn động quay qua một cặp truyền động bỏnh răng đi tới bộ vớtme - đai ốc - bi, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đú là một dạng tiờu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại.
Hỡnh 31: Truyền động chạy dao của một bàn mỏy trong mỏy CNC. 1. Cảm nhận số vũng quay; 2. Động cơ chạy dao; 3. Đai răng; 4. Vớtme / Đai ốc / Bi; 5. Bàn mỏy; 6. Truyền động đo; 7. Cảm nhận gúc quay.
Cỏc động cơ dẫn động thẳng nh động cơ điện tuyến tớnh hoặc xilanh thủy lực, trờn thực tế động cơ xilanh thủy lực ít được sử dụng cho truyền động chạy dao do nú cú cấu trỳc và vận hành phức tạp hơn so với động cơ điện.
Động cơ đựơc ứng dụng phổ biến trong truyền động chạy dao CNC gồm hai loại động cơ sau: Động cơ chạy điện (động cơ dũng điện một chiều, động cơ bước, động cơ dũng xoay chiều), động cơ thuỷ lực (động cơ thuỷ tĩnh, động cơ bước - điện - thuỷ lực). Trường hợp dựng động cơ bước là để truyền động cho hệ điều khiển vị trớ kiểu mạch hở, khụng phản hồi. Đối với hệ truyền động chạy dao của mỏy cụng cụ, do động cơ bước cú mụmen truyền động rất nhỏ nờn việc ứng dụng trực tiếp chỳng là khụng thớch hợp. Để sử dụng được động cơ bước trong mỏy cụng cụ điều khiển số thỡ cụng suất của hệ truyền dẫn cần phải được khuyếch đại qua một động cơ thủy lực.Tuy nhiờn cỏc động cơ thủy lực cũng bị truyền động điện ngày càng lẫn ỏt do những tớnh chất đơn giản hơn thay vỡ sự phức tạp của động cơ thủy lực là phải đổi cỏc tớn hiệu điện thành cỏc tớn hiệu thủy lực.
Dưới đõy là ba loại động cơ được dựng trong mỏy cụng cụ điều khiển số đú là: Động cơ bước chạy điện, động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều.
2. Động cơ bước chạy điện.
Động cơ bước chạy điện được ứng dụng rất rộng rói và đa dạng trong cỏc mỏy điều khiển số hiện nay, chúng bao gồm:
- Cỏc động cơ dẫn động cho hệ điều khiển điểm, đường, đường cong cho mỏy cụng cụ.
- Cỏc bộ biến đổi số tương tự hoặc khõu điều chỉnh số trong kỹ thuật đo lường và kỹ thuật điều chỉnh.
- Cỏc động cơ dẫn động trong cỏc bộ truy nhập và cấp phỏt của kỹ thuật điện toỏn.
- Cỏc động cơ đồng bộ. Động cơ bước chạy điện đuợc ứng dụng nhiều trong cỏc lĩnh vực, do đú cỏc động cơ bước cũng cú nhiều chủng loại kết cấu và tớnh chất rất khỏc biệt. Trong kết cấu, cỏc hệ thống nhiều pha được phõn biệt thành cỏc hệ thống nhiều phần tĩnh (nhiều Stato). Về nguyờn tắc chỳng được cấu tạo nh mỏy đồng bộ. Những động cơ nhiều phần tĩnh bao gồm một số
Hỡnh 32: Hệ thống Stato – Rotor của một động cơ bước chạy điện. 1. Stato; 2. Rotor; 3. Cuộn kớch từ; 4. Trục động cơ.
lượng hệ thống Stato - Rotor xếp đặt kế tiếp nhau, trong đú từng hệ thống riờng biệt giống nh cuộn dõy của động cơ nhiều pha và được đặt cựng một gúc.
Đối với cỏc truyền dẫn nhanh trong mỏy cụng cụ ta dựng trước hết là hệ thống nhiều Stato vỡ chỳng gắn liền với một kết cấu đơn giản, cú gúc bước nhỏ và đặc tớnh động cơ thuận tiện.
Động cơ bước thường cú mụmen truyền động rất nhỏ, nú thớch hợp trong cỏc truyền hợp lực cản trờn đường dịch chuyển là ổn định và khụng đỏng kể hoặc khụng cú tỏc dụng cản trong khi chạy dao, nếu dựng trong cỏc hệ truyền động cú lực cản lớn cần phải khuếch đại cụng suất qua một động cơ thuỷ lực.
3. Động cơ điện một chiều.
Cho đến nay trờn cỏc mỏy cụng cụ điều khiển số phổ biến vẫn dựng cỏc loại động cơ điện một chiều kớch từ, dựng vũng mạch phụ với nam chõm vĩnh cửu cho truyền động chạy dao. Hỡnh 33:
Hỡnh 33: Mặt cắt ngang của động cơ Servo dũng một chiều cú dũng kớch từ bởi nam chõm vĩnh cửu.
(a). Nguyờn tắc tập trung dũng đường sức từ trường; (b). Nguyờn tắc vỏ nam chõm. Động cơ kớch từ với nam chõm vĩnh cửu cú tổn hao cụng suất điện năng nhỏ hơn loại động cơ kớch từ bằng mạch ngoại lai. Lượng nhiệt tỏa ra thường nhỏ đến mức cú thể qua vỏ động cơ mà truyền ra mụi trờng xung quanh, vỏ bọc động cơ cú thể bao kớn hoàn toàn, khụng cần cú thụng giú.
Cỏc động cơ phải thớch hợp với sự tăng tốcvà chỡ hoón chủ động theo cả hai chiều quay, do vậy chỳng phải thớch hợp với chu kỳ vận hành 4 gúc phần tư.
Cú thể hiểu chu trỡnh 4 gúc phần tư là sự vận hành của bốn động cơ trong tất cả bốn gúc phần tư trờn giản đồ đặc tớnh mụmen quay - số vũng quay. Để điều chỉnh số vũng quay của động cơ thường sử dụng klhuyếch đại thyristo, hiện nay người ta sử dụng ngày càng nhiều khuyếch đại tranzito. Chu trỡnh hoạt động bốn gúc phần tư của mỏy phỏt điện được thể hiện như trờn hỡnh 34:
Hỡnh
34: Mỏy phỏt
điện hoạt động theo chu trỡnh bốn gúc phần tư.
4. Động cơ điện xoay chiều.
Động cơ xoay chiều cú nhiều ưu điểm hơn so với động cơ điện một chiều nh: Động cơ điện xoay chiều khụng cần đến kết cấu cổ gúp chổi quột, và cú lợi thế là khụng cần bảo dưỡng.
Việc thay đổi số vũng quay dựa vào bộ biến đổi tần, do giỏ thành phải chăng của bộ biến đổi tần mà hiện nay truyền động xoay chiều đợc ứng dụng trong mọi trường hợp, trong đú việc khụng cần bảo dưỡng là điểm đặc biệt quan trọng.
Một phỏt triển tiếp theo là cỏc động cơ Servo dũng một chiều khụng dựng chổi điện, cú cuộn dõy ba pha và một mạch Roto kớch từ bằng nam chõm vĩnh cửu. Chỳng là sự kết hợp ưu điểm điều khiển của động cơ dũng một chiều và lợi thế khụng cần bảo dưỡng của động cơ xoay chiều.
Tổn hao nhiệt trong những động cơ này chỉ xảy ra ở cuộn dõy stato và cũng được tỏn xuất theo đường ngắn nhất theo vỏ động cơ, do vậy đõy là những động cơ cho phộp làm việc ở vựng chất tải cao.