1. Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao.
Các hệ truyền động chạy dao có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc mang chi tiết trên máy công cụ.
Các truyền động tịnh tiến là các truyền động thẳng theo phơng ba trục tọa độ của không gian ba chiều; còn các chuyển động quay tròn là những chuyển động quay tròn xung quanh các trục này.
Hệ truyền động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện đợc các tính chất sau:
- Có tính động học cao: nếu đại lợng dẫn biến đổi, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất.
- Có độ vững chắc số vòng quay cao: khi các lực cản chạy dao biến đổi cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hởng của nó tới tốc độ chạy dao, ngay cả khi chạy dao với tốc độ nhỏ nhất cũng cần đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định.
- Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất có thể từ 1:10000 đến 1:30000. - Phải giải quyết đợc những lợng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất ≤1àm.
Cấu trúc nguyên tắc của một hệ thống truyền động chạy dao đợc thể hiện nh trên hình 31:
Trong đó hệ truyền động gồm: Một động cơ dẫn động quay qua một cặp truyền động bánh răng đi tới bộ vítme - đai ốc - bi, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là một dạng tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại.
Hình 31: Truyền động chạy dao của một bàn máy trong máy CNC.
1. Cảm nhận số vòng quay; 2. Động cơ chạy dao; 3. Đai răng; 4. Vítme / Đai ốc / Bi; 5. Bàn máy; 6. Truyền động đo; 7. Cảm nhận góc quay.
Các động cơ dẫn động thẳng nh động cơ điện tuyến tính hoặc xilanh thủy lực, trên thực tế động cơ xilanh thủy lực ít đợc sử dụng cho truyền động chạy dao do nó có cấu trúc 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 dòng điện một chiều, động cơ bớc, động cơ dòng xoay chiều), động cơ thuỷ lực (động cơ thuỷ tĩnh, động cơ bớc - điện - thuỷ lực).
Trờng hợp dùng động cơ bớc là để truyền động cho hệ điều khiển vị trí kiểu mạch hở, không phản hồi. Đối với hệ truyền động chạy dao của máy công cụ, do động cơ bớc có mômen truyền động rất nhỏ nên việc ứng dụng trực tiếp chúng là không thích hợp. Để sử dụng đợc động cơ bớc trong máy công cụ điều khiển số thì công suất của hệ truyền dẫn cần phải đợc khuyếch đại qua một động cơ thủy lực.Tuy nhiên các động cơ thủy lực cũng bị truyền động điện ngày càng lẫn át do những tính chất đơn giản hơn thay vì sự phức tạp của động cơ thủy lực là phải đổi các tín hiệu điện thành các tín hiệu thủy lực.
Dới đây là ba loại động cơ đợc dùng trong máy công cụ điều khiển số đó là: Động cơ bớc chạy điện, động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều.
Động cơ bớc chạy điện đợc ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng trong các máy điều khiển số hiện nay, chúng bao gồm:
- Các động cơ dẫn động cho hệ điều khiển điểm, đờng, đờng cong cho máy công cụ.
- Các bộ biến đổi số tơng tự hoặc khâu điều chỉnh số trong kỹ thuật đo lờng và kỹ thuật điều chỉnh.
- Các động cơ dẫn động trong các bộ truy nhập và cấp phát của kỹ thuật điện toán.
- Các động cơ đồng bộ. Động cơ bớc chạy điện đuợc ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực, do đó các động cơ bớc cũng có nhiều chủng loại kết cấu và tính chất rất khác biệt. Trong kết cấu, các hệ thống nhiều pha đợc phân biệt thành các hệ thống nhiều phần tĩnh (nhiều Stato). Về nguyên tắc chúng đợc cấu tạo nh máy đồng bộ. Những động cơ nhiều phần tĩnh bao gồm một số
Hình 32: Hệ thống Stato – Rotor của một động cơ bớc chạy điện. 1. Stato; 2. Rotor; 3. Cuộn kích từ; 4. Trục động cơ.
lợng hệ thống Stato - Rotor xếp đặt kế tiếp nhau, trong đó từng hệ thống riêng biệt giống nh cuộn dây của động cơ nhiều pha và đợc đặt cùng một góc.
Đối với các truyền dẫn nhanh trong máy công cụ ta dùng trớc hết là hệ thống nhiều Stato vì chúng gắn liền với một kết cấu đơn giản, có góc bớc nhỏ và đặc tính động cơ thuận tiện.
Động cơ bớc thờng có mômen truyền động rất nhỏ, nó thích hợp trong các truyền hợp lực cản trên đờng dịch chuyển là ổn định và không đáng kể hoặc không có tác dụng cản trong khi chạy dao, nếu dùng trong các hệ truyền động có lực cản lớn cần phải khuếch đại công suất qua một động cơ thuỷ lực.
3. Động cơ điện một chiều.
Cho đến nay trên các máy công cụ điều khiển số phổ biến vẫn dùng các loại động cơ điện một chiều kích từ, dùng vòng mạch phụ với nam châm vĩnh cửu cho truyền động chạy dao. Hình 33:
Hình 33: Mặt cắt ngang của động cơ Servo dòng một chiều có dòng kích từ bởi nam châm vĩnh cửu.
(a). Nguyên tắc tập trung dòng đờng sức từ trờng; (b). Nguyên tắc vỏ nam châm. Động cơ kích từ với nam châm vĩnh cửu có tổn hao công suất điện năng nhỏ hơn loại động cơ kích từ bằng mạch ngoại lai. Lợng nhiệt tỏa ra thờng nhỏ đến mức có thể qua vỏ động cơ mà truyền ra môi trờng xung quanh, vỏ bọc động cơ có thể bao kín hoàn toàn, không cần có thông gió.
Các động cơ phải thích hợp với sự tăng tốcvà chì hoãn chủ động theo cả hai chiều quay, do vậy chúng phải thích hợp với chu kỳ vận hành 4 góc phần t.
Có thể hiểu chu trình 4 góc phần t là sự vận hành của bốn động cơ trong tất cả bốn góc phần t trên giản đồ đặc tính mômen quay - số vòng quay. Để điều chỉnh số vòng quay của động cơ thờng sử dụng klhuyếch đại thyristo, hiện nay ngời ta sử dụng ngày càng nhiều khuyếch đại tranzito. Chu trình hoạt động bốn góc phần t của máy phát điện đợc thể hiện nh trên hình 34:
Hình 34: Máy phát điện hoạt động theo chu trình bốn góc phần t.
4. Động cơ điện xoay chiều.
Động cơ xoay chiều có nhiều u điểm hơn so với động cơ điện một chiều nh: Động cơ điện xoay chiều không cần đến kết cấu cổ góp chổi quét, và có lợi thế là không cần bảo dỡng.
Việc thay đổi số vòng quay dựa vào bộ biến đổi tần, do giá thành phải chăng của bộ biến đổi tần mà hiện nay truyền động xoay chiều đợc ứng dụng trong mọi trờng hợp, trong đó việc không cần bảo dỡng là điểm đặc biệt quan trọng.
Một phát triển tiếp theo là các động cơ Servo dòng một chiều không dùng chổi điện, có cuộn dây ba pha và một mạch Roto kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Chúng là sự kết hợp u điểm điều khiển của động cơ dòng một chiều và lợi thế không cần bảo dỡng của động cơ xoay chiều.
Tổn hao nhiệt trong những động cơ này chỉ xảy ra ở cuộn dây stato và cũng đợc tán xuất theo đờng ngắn nhất theo vỏ động cơ, do vậy đây là những động cơ cho phép làm việc ở vùng chất tải cao.
- 53 – Góc phần tư thứ nhất M i Vận hành động cơ Vận hành máy phát Góc phần tư thứ hai i G Vận hành máy phát Góc phần tư thứ tư i G M i Góc phần tư thứ ba Vận hành động cơ +M -M -n +n - - + + - - + +