Utilizarea motoarelor pas cu pas în construcția de mașini-unelte

Raspandirea tehnicii numerice la nivelul introducerii, compararii, prelucrarii si masurarii datelor a pus problema solutionarii elementului de executie, care ramasese inca la functionarea analogica. Ca urmare, a aparut o noua familie de elemente de executie special adaptate tehnicii numerice: motoarele pas cu pas (MPP), motoarele de curent continuu de inertie redusa, motoarele electrohidraulice etc. Aceste elemente de executie au proprietatea fundamentala ca transforma informatia discreta, sub forma de impulsuri, direct in deplasare discontinua sau incrementala. In acest fel, miscarea unui subansamblu al masinii-unelte este cuantificata in deplasari discontinue, in stricta concordanta cu evolutia semnalelor discrete de comanda. Sistemele de comanda si reglare automata incrementala a pozitiei sunt caracterizate prin conversia electromecanica discreta atat a informatiei cat si a energiei.

Fig. 1 - Sistem de reglare incrementala a pozitiei

Schema generala a sistemului de reglare incrementala a pozitiei este prezentata in fig. 1. Elementul definitoriu ale sistemului este motorul pas cu pas (MPP) care are miscare incrementala. Pozitia, ca marime de iesire, are un caracter discontinuu si este cuantificat de un traductor numeric de pozitie (TNP). Blocul de comanda numerica (BCN) are mai multe functiuni specifice tehnicilor digitale, dintre care se remarca cea de comparare si prelucrare numerica a abaterii. Semnalele acestui bloc sunt transmise, printr-un amplificator de putere (AP), catre motorul pas cu pas.

Miscarea incrementala a elementului de executie a fost impusa de o serie de aplicatii in care sistemul reglat (mese de lucru, role, tambure, ventile etc.) trebuie sa execute deplasari scurte si rapide, compuse din incremente care definesc rezolutia miscarii.

2. Structura si functionarea motoarelor pas cu pas electrice

Motoarele electrice pas cu pas sunt comandate prin impulsuri si functioneaza in sisteme de lucru in circuit deschis. La fiecare impuls arborele motorului se roteste cu un pas unghiular constant. Un mecanism surub cu bile - piulita transforma miscarea de rotatie in translatie iar organului de masina i se imprima o miscare rectilinie. Astfel, motorul pas cu pas functioneaza ca un sumator de incremente similar cu un convertor numeric-analogic. Asadar, daca unui impuls ii corespunde un increment de miscare de 0,01 mm, pentru a realiza o viteza de 6 m/min sunt necesare 10.000 impulsuri/s. In acest scop, sunt utilizate generatoare de impulsuri a caror frecventa de lucru se regleaza in raport cu viteza de avans dorita.

Motorul pas cu pas are un rotor care nu este bobinat dar este prevazut cu dinti pe suprafata periferica. Statorul are acelasi numar de dinti dar este bobinat astfel incat acestia formeaza poli alternanti. Pozitia de echilibru stabil a motorului este caracterizata de reluctanta minima, caz in care dintii rotorului sunt aliniati cu cei ai statorului. Pentru a reduce incrementul unghiular, pe rotorul motorului se monteaza n pachete de tole care au un pas al danturii ? si sunt intre ele cu fractiunea ?/n. Daca se excita succesiv infasurarile celor n pachete statorice, nedecalate, atunci arborele motorului se va roti pentru fiecare impuls cu pasul unghiular ?/n. In practica sunt utilizate, in mod uzual, motoare cu 3, 4, 5 pachete de tole respectiv infasurari ale statorului.

In figura 2 este prezentata structura unui motor electric pas cu pas care are trei pachete de tole. Infasurarile fiecarui pachet din stator sunt inseriate intre ele si formeaza, din punct de vedere electric o singura infasurare.

Fig. 2 - Structura unui motor electric pas cu pas (MPP)

In exemplul prezentat, fiecare pachet statoric are un numar de 24 de dinti. Pachetele sunt coaxiale, egal distantate si cu dantura pe aceeasi generatoare. Inelele rotorului sunt decalate intre ele cu ?/3. Daca printr-un comutator static se aplica