application de l'unité de rétroaction pgc dans les machines-outils à commande numérique
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application de l'unité de rétroaction pgc dans les machines-outils à commande numérique

Les machines-outils à commande numérique, ou machines-outils CNC, sont des machines-outils automatisées équipées de systèmes de commande par programme. Ce système est capable de traiter logiquement les programmes à l'aide de codes de contrôle ou d'autres instructions symboliques, de les décoder, de les représenter sous forme de nombres codés et de les transmettre aux dispositifs de commande numérique via des supports d'information. Après calcul et traitement, différents signaux de commande sont émis par le dispositif de commande numérique pour piloter le fonctionnement de la machine-outil et usiner automatiquement les pièces selon la forme et les dimensions requises par le dessin. Les machines-outils à commande numérique ont permis de résoudre efficacement les problèmes d'usinage de pièces complexes, précises, en petites séries et de grande variété. Machines-outils automatisées flexibles et performantes, elles représentent l'avenir de la technologie moderne de commande des machines-outils et constituent un produit mécatronique typique.

1. Caractéristiques des machines-outils à commande numérique

(1) Haute précision d'usinage. Les machines-outils à commande numérique (CNC) traitent les instructions sous forme numérique. Actuellement, l'équivalent d'impulsion des CNC atteint généralement 0,001, et le jeu inverse de la chaîne d'avance ainsi que l'erreur de pas de vis sont compensés par le dispositif CNC. Par conséquent, les machines-outils CNC permettent d'atteindre une haute précision d'usinage. Pour les CNC de petite et moyenne taille, la précision de positionnement atteint généralement 0,03, et la précision de positionnement répétable est de 0,01.

(2) Grande adaptabilité aux objets à usiner. Lors du changement de pièces à usiner sur une machine-outil à commande numérique (CNC), il suffit de reprogrammer le système et de saisir le nouveau programme pour réaliser l'usinage des nouvelles pièces. Ceci facilite grandement la production de pièces uniques complexes, de petites séries et la production d'essais de nouveaux produits. Pour les pièces de précision et complexes difficiles, voire impossibles à usiner avec des machines-outils manuelles classiques, les machines-outils à commande numérique permettent également un usinage automatique.

(3) Haut degré d'automatisation et faible pénibilité du travail. L'usinage des pièces par machines-outils à commande numérique (CNC) est entièrement automatisé et s'effectue selon des procédures préprogrammées. Hormis la mise en place des bandes perforées, la manipulation des claviers, le chargement et le déchargement des pièces, les contrôles intermédiaires des étapes clés et la surveillance du fonctionnement de la machine, les opérateurs n'ont plus à effectuer de tâches manuelles complexes et répétitives. La pénibilité du travail et la fatigue s'en trouvent considérablement réduites. De plus, les machines-outils à commande numérique sont généralement équipées de dispositifs de sécurité performants, d'évacuation automatique des copeaux, de refroidissement automatique et de lubrification automatique, ce qui améliore significativement les conditions de travail des opérateurs.

(4) Haute productivité. Le temps d'usinage d'une pièce se compose principalement de deux parties : le temps de manœuvre et le temps auxiliaire. La plage de variation de la vitesse de broche et de l'avance des machines-outils à commande numérique (CNC) est plus étendue que celle des machines-outils conventionnelles, ce qui permet de sélectionner des paramètres de coupe optimaux pour chaque opération. Grâce à leur grande rigidité structurelle, les machines-outils CNC permettent un usinage robuste et de grande quantité, ce qui améliore la productivité et réduit le temps de manœuvre. La vitesse de rotation à vide élevée des pièces mobiles des machines-outils CNC permet de réduire le temps de bridage et le temps auxiliaire de la pièce par rapport aux machines-outils conventionnelles.

Il est quasiment inutile de réajuster la machine-outil CNC lors du remplacement des pièces usinées. Cela permet un gain de temps considérable pour l'installation et le réglage des composants. La qualité d'usinage des machines-outils CNC est stable ; généralement, seuls le contrôle de la première pièce et un contrôle par échantillonnage des dimensions clés sont effectués entre les processus, ce qui réduit les temps d'arrêt pour inspection. Lors de l'usinage dans un centre d'usinage, la machine-outil assure un traitement continu de plusieurs processus, ce qui se traduit par une amélioration significative de la productivité.

(5) Les avantages économiques sont considérables. Bien que les machines-outils à commande numérique (CNC) soient onéreuses et nécessitent un amortissement important pour chaque pièce usinée, leur utilisation permet, pour la production de pièces unitaires et de petites séries, de gagner du temps de marquage, de réduire les temps de réglage, d'usinage et de contrôle, et de diminuer les coûts de production directs. 2) L'usinage de pièces sur machines CNC ne requiert généralement pas la fabrication de montages spécifiques, ce qui réduit les coûts d'équipement. 3) La précision stable de l'usinage CNC diminue le taux de rebut et, par conséquent, les coûts de production. 4) Les machines-outils à commande numérique sont polyvalentes, permettent un gain d'espace et réduisent les investissements de construction. Ainsi, leur utilisation reste économiquement avantageuse.

2. L'utilisation des machines-outils à commande numérique (CNC) présente de nombreux avantages par rapport aux machines-outils classiques. Son champ d'application est en constante expansion, mais elle ne peut ni remplacer complètement les machines-outils classiques, ni résoudre tous les problèmes d'usinage de manière économique. Les machines-outils à commande numérique sont adaptées à l'usinage de pièces présentant les caractéristiques suivantes :

(1) Pièces produites en plusieurs variétés et en petits lots.

(2) Pièces aux formes et structures complexes.

(3) Pièces nécessitant des modifications fréquentes.

(4) Composants coûteux et non critiques pour la mise au rebut.

(5) Pièces urgentes avec des cycles de conception et de fabrication courts.

(6) Pièces avec une taille de lot importante et des exigences de haute précision.

 

Plan de rénovation de deux machines-outils à commande numérique

 

1. Présentation de l'équipement

Les principaux paramètres de la machine-outil de transformation à économie d'énergie de l'usine de traitement CNC Zhongshan Liqiong sont les suivants :

(1) Marque de la machine-outil : Yirun Keitel ; Modèle : YRX-46A ; Puissance de la broche : 7,5 kW

(2) Cycle de fonctionnement : 5 secondes, temps de freinage : 1 seconde, courant de freinage : 12 A

(3) Alimentation électrique : 380 V 50 Hz

 

2. Traitement de l'énergie électrique régénérée

Lorsqu'une machine CNC termine une opération ou un cycle de travail, son moteur entre en mode de récupération d'énergie. Les six diodes de l'onduleur convertissent l'énergie mécanique du mécanisme de transmission en énergie électrique et la réinjectent dans le circuit CC intermédiaire, provoquant une augmentation de la tension aux bornes du condensateur de stockage d'énergie. En l'absence de mesures appropriées, le convertisseur de fréquence se déclenche en raison d'une surtension lorsque la tension du condensateur du circuit CC atteint le seuil de protection. Dans les onduleurs industriels haute performance, deux solutions permettent de traiter l'énergie électrique régénérée en continu : ① l'ajout de résistances dans le circuit CC intermédiaire pour dissiper l'énergie électrique régénérée sous forme de chaleur (freinage par consommation d'énergie) ; ② l'utilisation de redresseurs régénératifs pour réinjecter l'énergie électrique régénérée en continu dans le réseau (freinage par rétroaction).

(1) Le freinage par consommation d'énergie est composé d'une unité de freinage et d'une résistance de freinage.

(2) Afin de réinjecter au réseau l'énergie récupérée lors du freinage du moteur électrique, l'onduleur côté réseau doit être réversible. Le dispositif de récupération d'énergie à onde sinusoïdale IPC-PGC, commercialisé par Jianeng, présente la même structure que le convertisseur et l'onduleur côté réseau, et utilise une carte de reconnaissance de tension réseau avec commande PWM. Grâce à cette technologie, l'amplitude et la phase de la tension alternative côté réseau sont contrôlées, ce qui permet de synchroniser le courant d'entrée alternatif avec la tension réseau et de le rapprocher d'une onde sinusoïdale. Le facteur de puissance du système de transmission est supérieur à 0,96, et le système assure une réinjection au réseau de 100 % lors du freinage par retour d'énergie, sans nécessiter d'autotransformateur.

Le dispositif de rétroaction à économie d'énergie à onde sinusoïdale IPC-PGC peut réinjecter dans le réseau électrique l'énergie électrique régénérée générée lors de la régulation de la vitesse du moteur et d'autres processus, évitant ainsi les pertes d'énergie dues à l'échauffement par résistance lors de l'utilisation d'unités de freinage conventionnelles consommatrices d'énergie, permettant ainsi d'obtenir des effets d'économie d'énergie idéaux et un fonctionnement efficace.


Description

La consommation électrique des machines-outils à commande numérique (CNC) est directement déterminée par la puissance du moteur et la durée de fonctionnement continu. Cette dernière dépend des conditions de fonctionnement, notamment la fréquence des démarrages et arrêts, le temps d'accélération, le temps d'usinage et le temps d'arrêt. Par conséquent, nous calculons la consommation électrique en fonction de la puissance, du temps de fonctionnement et des coefficients liés aux conditions de fonctionnement de la machine-outil CNC.

3. Présentation du produit : Dispositif de rétroaction à économie d'énergie à onde sinusoïdale IPC-PGC

 

Le dispositif de récupération d'énergie par onde sinusoïdale IPC-PGC est un produit écoénergétique à faible bruit, fabriqué selon une technologie canadienne. Il utilise des algorithmes avancés pour obtenir une récupération d'énergie complète par onde sinusoïdale. Il réinjecte l'énergie électrique régénérée lors de la régulation de la vitesse du moteur dans le réseau électrique, évitant ainsi les pertes d'énergie dues aux systèmes de freinage classiques et permettant des économies d'énergie substantielles. Le dispositif PGC est équipé de réacteurs et de filtres antiparasites internes, ce qui lui permet d'être connecté directement au réseau électrique sans perturber ce dernier ni les équipements électriques environnants.

Actuellement, il est largement utilisé dans les machines-outils à commande numérique, les systèmes de servocommande et dans d'autres applications.

Lors d'un freinage brusque de la broche d'une machine-outil à commande numérique ou d'un système de servocommande, le moteur électrique entre en mode de récupération d'énergie. Les six diodes de l'onduleur convertissent l'énergie mécanique du mécanisme de transmission en énergie électrique et la réinjectent dans le circuit CC intermédiaire, ce qui provoque une augmentation de la tension aux bornes du condensateur de stockage d'énergie. Afin de réinjecter l'énergie électrique récupérée lors du freinage du moteur dans le réseau, l'onduleur côté réseau doit être réversible. Le dispositif de récupération d'énergie IPC-PGC, commercialisé par Jianeng, utilise une carte de reconnaissance de tension réseau avec commande PWM. Grâce à cette technologie, l'amplitude et la phase de la tension alternative côté réseau sont contrôlées, ce qui permet de synchroniser le courant d'entrée alternatif avec la tension réseau et de le rapprocher d'une onde sinusoïdale. Le facteur de puissance du système de transmission est supérieur à 0,96 et il assure une récupération d'énergie réseau de 100 % lors du freinage par retour d'énergie, sans nécessiter d'autotransformateur.

Le dispositif de retour d'énergie électrique IPC-PGC peut réinjecter dans le réseau électrique l'énergie électrique régénérée générée lors de la régulation de la vitesse du moteur et d'autres processus, évitant ainsi les pertes d'énergie dues à l'échauffement par résistance lors de l'utilisation d'unités de freinage conventionnelles consommatrices d'énergie, permettant ainsi d'obtenir des effets d'économie d'énergie idéaux et un fonctionnement efficace.

Lorsque le moteur fonctionne en mode générateur, l'énergie électrique produite est renvoyée au bus CC via la diode côté onduleur. Lorsque la tension du bus CC dépasse un certain seuil, le dispositif de récupération d'énergie électrique IPC-PGC se met en marche, convertissant le courant continu en courant alternatif et réinjectant l'énergie électrique dans le réseau. Ce processus repose sur la régulation de la phase et de l'amplitude de la tension du dispositif de récupération d'énergie électrique, permettant ainsi des économies d'énergie.

Les principales caractéristiques techniques du dispositif de rétroaction à économie d'énergie à onde sinusoïdale IPC-PGC sont les suivantes :

Indicateurs techniques :

Puissance maximale de récupération d'énergie mécanique : 12 kW

Rendement de conversion de l'énergie mécanique : 70 % - 95 %

Qualité de l'alimentation : onde sinusoïdale pure, DHT < 5 % à pleine charge

Temps de réponse : 10 ms (0,01 seconde)

Moteurs compatibles : système de moteur de broche, système de servomoteur

Temps d'arrêt maximal : 0,3 seconde

Temps d'arrêt normal : 1 à 4 secondes

Tension d'alimentation : 360 V-460 V, 50/60 Hz, triphasé

Normes de sécurité et de compatibilité électromagnétique : EN50178-1997, EN12015-2004, EN12016-2004, EN61000

4 réacteurs et filtres intégrés, prêt à l'emploi

PGC adopte une conception structurelle intégrée, avec réacteurs et filtres intégrés, ce qui évite aux utilisateurs d'avoir à les acheter séparément.

5 remplacent complètement le freinage par résistance

Le PGC peut remplacer intégralement le freinage par résistance, transformant les composants consommateurs d'énergie en composants défectueux et permettant d'économiser plus de 60 % d'espace d'installation.

6. Facile à utiliser, réduisant les coûts d'installation et de formation

Avant sa sortie d'usine, chaque produit PGC est préconfiguré avec des paramètres techniques répondant à plus de 90 % des exigences, ce qui le rend immédiatement opérationnel. Par ailleurs, pour s'adapter à des conditions d'utilisation complexes, il suffit d'ajuster le seuil de déclenchement pour une fonctionnalité optimale. Ainsi, même sans être un expert technique, vous pouvez rapidement prendre en main les produits PGC.

7. Utiliser les fréquences du réseau mondial sans restrictions géographiques pour les applications

Le produit PGC répond aux normes de filtrage internationales en matière de distorsion harmonique totale (THD) ; sa conformité aux normes de compatibilité électromagnétique (CEM/EMI) est conforme à la norme EN55022 classe A ; il fonctionne de manière stable sur des fréquences de réseau comprises entre 45 Hz et 65 Hz. Par conséquent, l’utilisation des produits PGC est totalement indépendante des contraintes géographiques.