Hiện nay, máy khắc đã dần trở thành công cụ chuyên nghiệp thiết yếu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Với sự phát triển và ứng dụng công nghệ CNC kết hợp với bộ điều khiển biến tần hiệu suất cao và thiết bị truyền động servo trong nhiều ngành sản xuất khác nhau, máy khắc CNC đã trở thành cấu hình chủ đạo trong ngành công nghiệp khắc hiện nay. Hệ thống truyền động chính của máy công cụ khắc CNC chủ yếu sử dụng biến tần vô cấp. Hệ thống biến tần vô cơ chủ yếu bao gồm hai loại: hệ thống trục chính biến tần và hệ thống trục chính servo. Do hiệu quả chi phí cao của biến tần nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các máy công cụ. Hệ thống trục chính là một thành phần quan trọng của máy khắc CNC và hiệu suất của nó có tác động quyết định đến hiệu suất tổng thể của máy khắc CNC. Là trái tim của hệ thống trục chính, bộ biến tần là một thành phần chủ chốt không thể thiếu. Bài viết này giới thiệu ứng dụng của bộ biến tần dòng Dongli Kechuang CT100 trong hệ thống truyền động trục chính của máy khắc CNC.
Giới thiệu về nguyên lý điều khiển điện của máy khắc CNC
Cấu tạo của hệ thống điều khiển điện cho máy khắc CNC
Hệ thống điều khiển điện của máy khắc CNC chủ yếu bao gồm ba bộ phận: hệ thống điều khiển số CNC, hệ thống định vị trục chính và hệ thống quay trục chính. Chức năng của từng bộ phận như sau:
Hệ thống điều khiển số CNC: Thiết kế và bố trí mẫu được thực hiện thông qua phần mềm điêu khắc chuyên dụng được cấu hình trong máy tính. Thông tin thiết kế và bố trí được truyền đến bộ điều khiển máy khắc thông qua máy tính, sau đó bộ điều khiển chuyển đổi thông tin này thành tín hiệu xung để điều khiển động cơ bước hoặc động cơ servo. Hệ thống định vị hoàn thiện mô hình thiết kế và bố trí mẫu bằng cách nhận tín hiệu xung để định vị.
Hệ thống định vị servo: Ba trục vuông góc với nhau có thể được sử dụng để hoàn thành việc định vị ba trục trong không gian ba chiều. Do đó, ba bộ hệ thống định vị servo nhận tín hiệu xung từ hệ thống điều khiển số CNC để thực hiện khắc và định vị dụng cụ trên các trục X, Y và Z, do đó hoàn thành bất kỳ mô hình mẫu nào trong không gian ba chiều.
Hệ thống gia công trục chính: Hệ thống định vị servo hoàn tất việc lấy mẫu mô hình hoa văn, và công việc chạm khắc tương ứng cần được hoàn thành tại vị trí lấy mẫu tương ứng để hoàn thiện bố cục hệ thống điều khiển số CNC cho các chi tiết được chạm khắc. Do đó, trục chính cần quay với tốc độ cao để hoàn thành công việc chạm khắc. Các vật liệu chạm khắc khác nhau và độ chính xác chạm khắc khác nhau đòi hỏi hệ thống quay phải có chức năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt.
Yêu cầu điều khiển của bộ biến tần cho hệ thống gia công trục chính máy khắc
Yêu cầu về hiệu suất của hệ thống biến tần
(1) Phạm vi tốc độ rộng, tốc độ hoạt động thường nằm trong khoảng 0-24000 vòng/phút.
(2) Biến động tốc độ nhỏ trong toàn bộ phạm vi tốc độ;
(3) Mô-men xoắn tốc độ thấp lớn, có thể đảm bảo cắt tốc độ thấp;
(4) Cố gắng giữ thời gian tăng tốc và giảm tốc càng ngắn càng tốt.
Yêu cầu chức năng của hệ thống biến tần
(1) Chế độ điều khiển được chọn là điều khiển V/F để thích ứng với các yêu cầu điều khiển về phạm vi tốc độ rộng, tính chất từ tính yếu, độ ổn định lái tốt, v.v.
(2) Điều khiển đầu cuối khởi động dừng, thực hiện khởi động dừng từ xa và chuyển đổi tiến/lùi;
(3) Tần số hoạt động cài đặt tương tự, có khả năng chấp nhận điện áp đầu ra 0-10VDC;
(4) Phạm vi tốc độ là 0-2400 vòng/phút và tần số hoạt động của bộ biến tần được chuyển đổi thành 0-400Hz (động cơ tốc độ cao thứ cấp);
(5) Thời gian tăng tốc và giảm tốc ngắn, thường trong vòng 3-5 giây. Do tốc độ hoạt động cao nên cần phải sử dụng biến tần có bộ phận hãm;
(6) Cần có tín hiệu đầu ra lỗi để đảm bảo bảo vệ hệ thống kịp thời trong trường hợp trục chính bị hỏng; Cần có tín hiệu đặt lại lỗi để đảm bảo đặt lại và khởi động lại từ xa khi lỗi được giải quyết.
Phương pháp khởi động dừng của biến tần là khởi động dừng đầu cuối, nghĩa là các đầu cuối đầu vào kỹ thuật số của hệ thống điều khiển số CNC được sử dụng để đưa lệnh DI1/DI2 tới biến tần để đạt được khởi động dừng và chuyển đổi tiến/lùi của động cơ trục chính. Xét đến việc có thể cần phanh nhanh trong trường hợp hệ thống khẩn cấp bị hỏng để tránh hư hỏng cơ học, chức năng dừng khẩn cấp được thực hiện thông qua DI3 làm đầu cuối. Tín hiệu lỗi của biến tần được đưa ra thông qua đầu cuối rơle có thể lập trình và hệ thống nhận tín hiệu lỗi để tránh hư hỏng cơ học do thao tác sai khi biến tần bị hỏng. Sau khi lỗi được xóa, khóa lỗi có thể được nhả thông qua đầu cuối đặt lại. Phương pháp điều chỉnh tốc độ hệ thống là chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự của hệ thống điều khiển số. Biến tần nhận tín hiệu điện áp 0-10V từ hệ thống điều khiển số dưới dạng tín hiệu tần số và tự động điều chỉnh tốc độ khắc.
Tính năng kỹ thuật
◆ Tự học thông số động cơ chính xác: Tự học chính xác các thông số động cơ quay hoặc đứng yên, dễ dàng gỡ lỗi, vận hành đơn giản, cung cấp độ chính xác điều khiển và tốc độ phản hồi cao hơn
Điều khiển V/F vectơ hóa: bù sụt áp stato tự động và bù trượt, đảm bảo phản ứng động mô-men xoắn cao tần số thấp và mô-men xoắn tuyệt vời ngay cả ở chế độ điều khiển VF
◆ Chức năng giới hạn dòng điện và điện áp bằng phần mềm: Giới hạn điện áp và dòng điện tốt, hạn chế hiệu quả các thông số điều khiển chính để giảm nguy cơ hỏng biến tần
◆ Nhiều chế độ phanh: Cung cấp nhiều chế độ phanh để đảm bảo hệ thống tắt máy ổn định, chính xác và nhanh chóng
◆ Khả năng thích ứng với môi trường mạnh mẽ: điểm quá nhiệt tổng thể cao, thiết kế ống dẫn khí độc lập, xử lý sơn ba lớp dày, phù hợp hơn cho những trường hợp ô nhiễm bột kim loại và dầu nặng trong ngành công cụ máy móc
◆ Chức năng khởi động lại theo dõi tốc độ: giúp động cơ quay khởi động trơn tru mà không bị va đập
◆ Chức năng điều chỉnh điện áp tự động: Khi điện áp lưới thay đổi, nó có thể tự động duy trì điện áp đầu ra không đổi
Bảo vệ lỗi toàn diện: quá dòng, quá áp, thiếu áp, quá nhiệt, mất pha, quá tải và các chức năng bảo vệ khác
Phần kết luận
Bộ phận truyền động trục chính của máy khắc CNC có vẻ đơn giản, nhưng thực tế, hiệu suất và độ ổn định của bộ biến tần được kiểm tra nghiêm ngặt do tốc độ tần số cao, đầu ra tần số thấp lớn và môi trường vận hành khắc nghiệt.