Електроніка для верстатів з ЧПУ

Що входить в електроніку верстата з ЧПУ

Електроніка для верстатів з ЧПУ з’єднує комп’ютер або автономний контролер з механікою верстата. Контролер читає керувальну програму і видає сигнали кроку й напрямку, драйвери перетворюють їх на струм обмоток двигунів, блоки живлення живлять драйвери і керувальні кола, частотний перетворювач запускає шпиндель і задає його оберти. Датчики повідомляють контролеру положення осей та інструмента, а кнопки, реле і роз’єми роблять роботу верстата безпечною і зручною в обслуговуванні.

Контролери і плати оптичної розв’язки

Контролер це центр керування верстатом. Плати оптичної розв’язки підключають до комп’ютера через порт LPT або USB, і вони працюють з програмою керування на комп’ютері. Оптрони на платі відокремлюють кола комп’ютера від силової частини верстата, тому завади й аварії в силовій частині не доходять до комп’ютера. Автономні контролери з пультом працюють без комп’ютера: програму завантажують у контролер, а осями і шпинделем керують з пульта.

Для невеликих верстатів, граверів і саморобних проєктів застосовують плати на основі Arduino з платою розширення, на яку ставлять драйвери. До контролерів підключають екрановані кабелі LPT і USB, а феритові фільтри на кабелі зменшують завади, через які зв’язок з комп’ютером може обриватися.

Драйвери крокових двигунів

Драйвер отримує від контролера сигнали кроку й напрямку і подає струм на обмотки крокового двигуна. На драйвері перемикачами виставляють робочий струм і дроблення кроку: струм задають за струмом фази двигуна з його документації, а дроблення впливає на плавність ходу і роздільну здатність переміщення. Напругу живлення драйвера вибирають у межах, зазначених у його документації.

Блоки живлення

Імпульсні блоки живлення дають постійну напругу для драйверів, контролера, датчиків і вентиляторів. Блоки з активним охолодженням оснащені вентилятором, блоки з пасивним охолодженням відводять тепло корпусом і працюють без шуму. Потужність блока підбирають за сумарним споживанням драйверів та інших пристроїв за їхньою документацією із запасом. Знижувальні перетворювачі DC-DC отримують з основної напруги меншу для живлення контролера, датчиків або реле.

Частотні перетворювачі для шпинделя

Частотний перетворювач живить шпиндель і керує його обертами, плавно розганяє і гальмує його. Оберти задають з пульта перетворювача або сигналом від контролера верстата. Потужність перетворювача вибирають не меншою за потужність шпинделя, а параметри двигуна шпинделя вводять у перетворювач за документацією шпинделя і перетворювача. Шпиндель підключають екранованим кабелем.

Кінцеві датчики і датчики висоти інструмента

Кінцеві датчики обмежують хід осей і слугують для пошуку нульової точки. Механічні датчики спрацьовують під час натискання на важіль або штовхач. Індуктивні датчики спрацьовують без контакту, коли до них підходить металева деталь, тому не зношуються і не бояться пилу. Індуктивні датчики бувають з виходом NPN і PNP, нормально відкриті й нормально закриті: тип виходу підбирають під входи контролера за його документацією.

Датчик висоти інструмента, або Z-щуп, визначає положення кінчика фрези відносно заготовки або столу. Інструмент опускають до дотику до майданчика датчика, і контролер записує координату, тому після зміни фрези нуль по осі Z виставляється автоматично.

Твердотільні реле і терморегулятори

Твердотільне реле вмикає навантаження за сигналом від контролера або терморегулятора без механічних контактів, тому воно працює безшумно і не іскрить. Реле відрізняються типом керувального сигналу і навантаження: DA керується постійним струмом і комутує змінний, AA керується змінним струмом. Струм навантаження підбирають за документацією реле із запасом, а за великого навантаження реле ставлять на радіатор.

Терморегулятори підтримують задану температуру нагрівача або вимикають навантаження в разі перегріву. ПІД-регулятори плавно підтримують температуру за сигналом термопари і керують навантаженням через вбудоване реле або зовнішнє твердотільне реле. Термопару і тип виходу регулятора підбирають за документацією регулятора.

Кнопки, роз’єми і проводка

Кнопка аварійної зупинки з грибоподібним штовхачем одразу вимикає рух верстата і фіксується в натиснутому положенні до ручного скидання. Кнопки ставлять у корпуси на пульті або на станині. Циліндричні роз’єми дають змогу від’єднувати двигуни, датчики і шпиндель без розбирання проводки, а штекери для шпинделя підключають його до перетворювача.

Для проводки до рухомих частин верстата використовують гнучкий багатожильний кабель, який витримує багаторазові згини в кабель-каналі. Екранований кабель захищає сигнали датчиків і контролера від завад, які створюють кабелі двигунів і шпинделя. Для зон з мастилом і ЗОР підходить оливостійкий кабель.

Вимірювальні прилади і модулі зв’язку

У розділі є лічильники мотогодин з вольтметром для контролю напрацювання обладнання, вимірювачі потужності радіосигналу й атенюатори для налаштування радіопередавачів, а також перетворювачі інтерфейсу UART в Ethernet для підключення пристроїв до мережі.

Як підібрати електроніку

• Контролер вибирайте за кількістю осей, способом підключення до комп’ютера і програмою керування.
• Струм драйвера має відповідати струму фази двигуна, а напруга блока живлення допустимому діапазону драйвера за документацією.
• Потужність блока живлення рахуйте за сумарним споживанням усіх драйверів і пристроїв із запасом.
• Частотний перетворювач підбирайте за потужністю і напругою живлення шпинделя.
• Тип виходу кінцевих датчиків (NPN або PNP) і напругу їхнього живлення звіряйте з входами контролера.
• Струм твердотільного реле вибирайте із запасом відносно струму навантаження і передбачте радіатор.

Монтаж і захист від завад

• Розміщуйте електроніку в металевій шафі з вентиляцією, блоки живлення і драйвери ставте так, щоб повітря вільно проходило через радіатори.
• Заземліть корпус шафи, станину, шпиндель і екрани кабелів.
• Прокладайте силові кабелі двигунів і шпинделя окремо від сигнальних дротів датчиків і кабелів зв’язку з комп’ютером.
• Використовуйте екрановані кабелі LPT і USB та феритові фільтри, якщо зв’язок з комп’ютером обривається.
• Підключайте кнопку аварійної зупинки так, щоб після натискання рух верстата й обертання шпинделя припинялися.