Электропривод вращения шпинделя (токарный режим) реверсивный и осуществляется от асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором 4-М1 типа 1PH7163-2NF00-0BC0 30 кВт 1500 об/мин с воздушным охлаждением и встроенным инкрементальным датчиком sin/cos 1Vpp, 2048 имп./об. Управляется электродвигатель преобразователем SIMODRIVE 611 D 6SN1118-0DJ23-0AA0 с одноосевым силовым модулем 6SN1123-1AA01-0FA1 (4-A1). Управление электроприводом осуществляется по приводной шине (Х141) от ЧПУ (задание и обмен сигналами состояния) и командами ПЛК через периферию контроллера. Приборная шина обеспечивает электронику привода необходимыми напряжениями (Х35).
В SINUMERIK 840D привод главного движения представляет собой непрерывную ось вращения. Для этого определены MD 35000=1 (ось вращения), MD 30310=1 (ось вращения с Modulo программированием), MD30320=1 (дисплей, реферированный на 360 град.), MD 35000=1 (объявление оси как первого шпинделя). По структуре электроприводы SIMODRIVE 611 D представляют собой системы автоматического управления, замкнутые по положению, скорости и току. Контроллер тока и скорости устанавливается и настраивается указанием типа двигателя при конфигурации привода в HMI.
Логика формирования импульсов переключает 6 силовых транзисторов с целью получения вращающегося магнитного поля. Изменением частоты вращения осуществляется способом частотного управления, т.е. с помощью регулирования частоты и величины напряжения статора двигателя переменного тока (метод широтно-импульсной модуляции).
Рис. 1 Силовое преобразование в SIMODRIVE 611.
Компоненты силового преобразователя частоты, имея на входе напряжение фиксированной частоты сети 50 Гц, выдают напряжение, плавно изменяемое в требуемых пределах. На рисунке 1 показана схема работы силового инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный с плавно регулируемой частотой. Между выпрямителем и инвертором существует промежуточное звено, под которым подразумевается наличие цепи постоянного тока (-600В) между выпрямителем и инвертором. Среднее значение выпрямленного напряжения Uzk на выходе выпрямителя неизменно по величине. Инвертор через свои транзисторные ключи питает обмотки двигателя импульсами тока. Примененный способ синусоидальной ШИМ заключается в том, что ширина импульсов от периода к периоду несущей частоты изменяется по синусоидальному закону. Кривая средних величин напряжения периодов несущей частоты за период выходной частоты формируется по синусоиде.
Для работы основных приводов в автоматическом режиме (AUTO) или режиме преднабора (MDA) необходим выезд осей в нуль в наладочном режиме JOG-REF. В токарном режиме обязательно обнуление осей X и Z, во фрезерном режиме необходимо обнуление и оси С. Оси шпинделя Sp и AW обнуляется по первому движению.
Пуск электродвигателя шпинделя (Sp) в ручном или автоматическом режиме возможен лишь после включения станка, включения станции смазки (при этом датчик давления смазки должен выдавать на ПЛК сигнал деблокировки осей), наличия сигнала деблокировки от патрона (в режимах MDA и AUTO) и двери зоны резания (в автоматическом режиме). При этом ось должна быть объявлена как главный шпиндель, а сам шпиндель должен находиться в токарном режиме, т.е. ось С отведена от шпинделя (контроль по сигналу от бесконтактного датчика 2-S18) и активна функция М71 (LED индикация над соответствующей клавишей пульта). Кроме того, необходимо разрешение регулятора, разрешение импульсов и активация системы измерения положения. Эти разрешения устанавливаются по нажатию кнопки пульта «Привод шпинделя включить». По выполнению этих условий и нажатию клавиши «Spindle Start» становится возможным вращение шпинделя в различных режимах работы. Соответствующий индикатор LED горит, пока «Запуск шпинделя» деблокирован. Блокируется шпиндель клавишей «Spindle Stop» с соответствующей индикацией. Помимо этого при работе в токарном режиме необходимо выбор значения подач функцией G95 (круговая подача в мм/об) и выбор активной плоскости обработки G18 (Z/X).
Возможны следующие режимы работы:
- Управление шпинделем толчком и в ручном режиме (JOG). Выбор оси для перемещения осуществляется нажатием клавиши на станочном пульте. Направление вращения шпинделя выбирается кнопками «+» (по часовой стрелке) и «-» (против часовой стрелки). Вращение продолжается пока нажата кнопка направления. Индикация текущего направления вращения осуществляется с помощью светодиодов над соответствующими кнопками. Скорость вращения в толчковом режиме 25 об/мин. Клавишей «Rapid» возможно наложение ускоренного хода (60 об/мин);
- Управление в автоматическом режиме и режиме преднабора – с помощью команд М3 (Шпиндель вправо/ по часовой стрелке), М4 (шпиндель влево/ против часовой стрелки) – лицом от шпинделя и слова S (обороты). По нажатию клавиши «Cycle-Start» скорость шпинделя устанавливается на значение предварительно установленное в программе. Позиционирование шпинделя осуществляется по функции SPOS=(угол поворота). Диапазон скоростей вращения в пределах от 5 до 3500 об/мин. Останов осуществляется с помощью команд М5, М2 или М30, а также по нажатию клавиш пульта управления «Spindle Stop» и «Reset». По нажатию аварийного грибка двигатель шпинделя тормозится быстро с максимально крутой характеристикой торможения. По нажатию клавиши «Привод шпинделя выключить» происходит неуправляемый останов на самовыбеге.
Изменение скоростей вращения реализовано в пределах одной механической ступени. Во всех режимах скорость вращения может ступенчато регулироваться с помощью поворотного переключателя «Процентовка частоты вращения шпинделя» расположенного на станочном пульте. Диапазон регулирования от 50% до 120% запрограммированной скорости.
Управление патроном шпинделя описано в соответствующем разделе данного руководства. В случае, если деталь не зажата (контроль полного открытия патрона бесконтактными датчиками 2-S14 и 2-S15), вращение шпинделя блокируется. Разжим детали в патроне возможен только при остановленном шпинделе.
Для согласования движения приводов подач с приводом шпинделя в режиме резьбонарезания используется оптический датчик положения шпинделя 4В1 (TTL 1024 имп./об), соединенный со шпиндельной бабкой зубчатым ремнем.