Что входит в электронику станка с ЧПУ
Электроника для станков с ЧПУ связывает компьютер или автономный контроллер с механикой станка. Контроллер читает управляющую программу и выдаёт сигналы шага и направления, драйверы превращают их в ток обмоток двигателей, блоки питания питают драйверы и управляющие цепи, частотный преобразователь запускает шпиндель и задаёт его обороты. Датчики сообщают контроллеру положение осей и инструмента, а кнопки, реле и разъёмы делают работу станка безопасной и удобной в обслуживании.
Контроллеры и платы опторазвязки
Контроллер это центр управления станком. Платы опторазвязки подключают к компьютеру через порт LPT или USB и работают с программой управления на компьютере. Оптроны на плате отделяют цепи компьютера от силовой части станка, поэтому помехи и аварии в силовой части не доходят до компьютера. Автономные контроллеры с пультом работают без компьютера: программу загружают в контроллер, а оси и шпиндель управляются с пульта.
Для небольших станков, граверов и самодельных проектов применяют платы на основе Arduino с платой расширения, на которую ставят драйверы. К контроллерам подключают экранированные кабели LPT и USB, а ферритовые фильтры на кабеле снижают помехи, из-за которых связь с компьютером может обрываться.
Драйверы шаговых двигателей
Драйвер получает от контроллера сигналы шага и направления и подаёт ток на обмотки шагового двигателя. На драйвере переключателями выставляют рабочий ток и дробление шага: ток задают по току фазы двигателя из его документации, а дробление влияет на плавность хода и разрешение перемещения. Напряжение питания драйвера выбирают в пределах, указанных в его документации.
Блоки питания
Импульсные блоки питания дают постоянное напряжение для драйверов, контроллера, датчиков и вентиляторов. Блоки с активным охлаждением оснащены вентилятором, блоки с пассивным охлаждением отводят тепло корпусом и работают без шума. Мощность блока подбирают по суммарному потреблению драйверов и остальных устройств по их документации с запасом. Понижающие преобразователи DC-DC получают из основного напряжения меньшее для питания контроллера, датчиков или реле.
Частотные преобразователи для шпинделя
Частотный преобразователь питает шпиндель и управляет его оборотами, плавно разгоняет и тормозит его. Обороты задают с пульта преобразователя или сигналом от контроллера станка. Мощность преобразователя выбирают не меньше мощности шпинделя, а параметры двигателя шпинделя вводят в преобразователь по документации шпинделя и преобразователя. Шпиндель подключают экранированным кабелем.
Концевые датчики и датчики высоты инструмента
Концевые датчики ограничивают ход осей и служат для поиска нулевой точки. Механические датчики срабатывают при нажатии на рычаг или толкатель. Индуктивные датчики срабатывают без контакта, когда к ним подходит металлическая деталь, поэтому не изнашиваются и не боятся пыли. Индуктивные датчики бывают с выходом NPN и PNP, нормально открытые и нормально закрытые: тип выхода подбирают под входы контроллера по его документации.
Датчик высоты инструмента, или Z-щуп, определяет положение кончика фрезы относительно заготовки или стола. Инструмент опускают до касания площадки датчика, и контроллер записывает координату, поэтому после смены фрезы ноль по оси Z выставляется автоматически.
Твердотельные реле и терморегуляторы
Твердотельное реле включает нагрузку по сигналу от контроллера или терморегулятора без механических контактов, поэтому оно работает бесшумно и не искрит. Реле различаются типом управляющего сигнала и нагрузки: DA управляется постоянным током и коммутирует переменный, AA управляется переменным током. Ток нагрузки подбирают по документации реле с запасом, а при большой нагрузке реле ставят на радиатор.
Терморегуляторы поддерживают заданную температуру нагревателя или отключают нагрузку при перегреве. ПИД-регуляторы плавно поддерживают температуру по сигналу термопары и управляют нагрузкой через встроенное реле или внешнее твердотельное реле. Термопару и тип выхода регулятора подбирают по документации регулятора.
Кнопки, разъёмы и проводка
Кнопка аварийной остановки с грибовидным толкателем сразу отключает движение станка и фиксируется в нажатом положении до ручного сброса. Кнопки ставят в корпуса на пульте или на станине. Цилиндрические разъёмы позволяют отсоединять двигатели, датчики и шпиндель без разборки проводки, а штекеры для шпинделя подключают его к преобразователю.
Для проводки к подвижным частям станка используют гибкий многожильный кабель, который выдерживает многократные изгибы в кабель-канале. Экранированный кабель защищает сигналы датчиков и контроллера от помех, которые создают кабели двигателей и шпинделя. Для зон с маслом и СОЖ подходит маслостойкий кабель.
Измерительные приборы и модули связи
В разделе есть счётчики моточасов с вольтметром для контроля наработки оборудования, измерители мощности радиосигнала и аттенюаторы для настройки радиопередатчиков, а также преобразователи интерфейса UART в Ethernet для подключения устройств к сети.
Как подобрать электронику
- Контроллер выбирайте по числу осей, способу подключения к компьютеру и программе управления.
- Ток драйвера должен соответствовать току фазы двигателя, а напряжение блока питания допустимому диапазону драйвера по документации.
- Мощность блока питания считайте по суммарному потреблению всех драйверов и устройств с запасом.
- Частотный преобразователь подбирайте по мощности и напряжению питания шпинделя.
- Тип выхода концевых датчиков (NPN или PNP) и напряжение их питания сверяйте с входами контроллера.
- Ток твердотельного реле выбирайте с запасом относительно тока нагрузки и предусмотрите радиатор.
Монтаж и защита от помех
- Размещайте электронику в металлическом шкафу с вентиляцией, блоки питания и драйверы ставьте так, чтобы воздух свободно проходил через радиаторы.
- Заземлите корпус шкафа, станину, шпиндель и экраны кабелей.
- Прокладывайте силовые кабели двигателей и шпинделя отдельно от сигнальных проводов датчиков и кабелей связи с компьютером.
- Используйте экранированные кабели LPT и USB и ферритовые фильтры, если связь с компьютером обрывается.
- Подключайте кнопку аварийной остановки так, чтобы при нажатии движение станка и вращение шпинделя прекращались.
