„Explicație detaliată a compoziției și cerințelor servosistemului pentru centrele de prelucrare”
I. Compoziția unui sistem servo pentru centre de prelucrare
În centrele de prelucrare moderne, sistemul servo joacă un rol crucial. Acesta este compus din circuite servo, dispozitive de acționare servo, mecanisme de transmisie mecanică și componente de acționare.
Funcția principală a sistemului servo este de a recepționa semnalele de comandă pentru viteza de avans și deplasare emise de sistemul de control numeric. Mai întâi, circuitul de acționare servo va efectua anumite conversii și amplificari de putere pe aceste semnale de comandă. Apoi, prin intermediul dispozitivelor de acționare servo, cum ar fi motoarele pas cu pas, servomotoarele de curent continuu, servomotoarele de curent alternativ etc., și mecanismelor de transmisie mecanică, componentele de acționare, cum ar fi masa de lucru a mașinii-unelte și capul arborelui principal, sunt acționate pentru a realiza avansul piesei și mișcarea rapidă. Se poate spune că în mașinile cu control numeric, dispozitivul CNC este ca „creierul” care emite comenzi, în timp ce sistemul servo este mecanismul executiv, ca „membrele” mașinii cu control numeric, și poate executa cu precizie comenzile de mișcare de la dispozitivul CNC.
Comparativ cu sistemele de acționare ale mașinilor-unelte generale, sistemul servo al centrelor de prelucrare prezintă diferențe esențiale. Acesta poate controla cu precizie viteza de mișcare și poziția componentelor de acționare în funcție de semnalele de comandă și poate realiza traiectoria de mișcare sintetizată de mai multe componente de acționare care se mișcă conform anumitor reguli. Acest lucru necesită ca sistemul servo să aibă un grad ridicat de precizie, stabilitate și capacitate de răspuns rapid.
În centrele de prelucrare moderne, sistemul servo joacă un rol crucial. Acesta este compus din circuite servo, dispozitive de acționare servo, mecanisme de transmisie mecanică și componente de acționare.
Funcția principală a sistemului servo este de a recepționa semnalele de comandă pentru viteza de avans și deplasare emise de sistemul de control numeric. Mai întâi, circuitul de acționare servo va efectua anumite conversii și amplificari de putere pe aceste semnale de comandă. Apoi, prin intermediul dispozitivelor de acționare servo, cum ar fi motoarele pas cu pas, servomotoarele de curent continuu, servomotoarele de curent alternativ etc., și mecanismelor de transmisie mecanică, componentele de acționare, cum ar fi masa de lucru a mașinii-unelte și capul arborelui principal, sunt acționate pentru a realiza avansul piesei și mișcarea rapidă. Se poate spune că în mașinile cu control numeric, dispozitivul CNC este ca „creierul” care emite comenzi, în timp ce sistemul servo este mecanismul executiv, ca „membrele” mașinii cu control numeric, și poate executa cu precizie comenzile de mișcare de la dispozitivul CNC.
Comparativ cu sistemele de acționare ale mașinilor-unelte generale, sistemul servo al centrelor de prelucrare prezintă diferențe esențiale. Acesta poate controla cu precizie viteza de mișcare și poziția componentelor de acționare în funcție de semnalele de comandă și poate realiza traiectoria de mișcare sintetizată de mai multe componente de acționare care se mișcă conform anumitor reguli. Acest lucru necesită ca sistemul servo să aibă un grad ridicat de precizie, stabilitate și capacitate de răspuns rapid.
II. Cerințe pentru sistemele servo
- Precizie ridicată
Mașinile cu comandă numerică prelucrează automat conform unui program predeterminat. Prin urmare, pentru a procesa piese de înaltă precizie și de înaltă calitate, sistemul servo în sine trebuie să aibă o precizie ridicată. În general, precizia ar trebui să atingă nivelul micronilor. Acest lucru se datorează faptului că în industria prelucrătoare modernă, cerințele de precizie pentru piesele de prelucrat sunt din ce în ce mai mari. În special în domenii precum industria aerospațială, producția de automobile și echipamentele electronice, chiar și o mică eroare poate duce la consecințe grave.
Pentru a obține un control de înaltă precizie, sistemul servo trebuie să adopte tehnologii avansate de senzori, cum ar fi encodere și rigle cu rețea de acționare, pentru a monitoriza poziția și viteza componentelor de acționare în timp real. În același timp, dispozitivul de acționare servo trebuie să aibă și un algoritm de control de înaltă precizie pentru a controla cu precizie viteza și cuplul motorului. În plus, precizia mecanismului de transmisie mecanică are, de asemenea, un impact important asupra preciziei sistemului servo. Prin urmare, la proiectarea și fabricarea centrelor de prelucrare, este necesar să se selecteze componente de transmisie de înaltă precizie, cum ar fi șuruburile cu bile și ghidajele liniare, pentru a asigura cerințele de precizie ale sistemului servo. - Răspuns rapid
Răspunsul rapid este unul dintre semnele importante ale calității dinamice a unui servosistem. Acesta necesită ca servosistemul să aibă o eroare de urmărire mică după semnalul de comandă și să aibă un răspuns rapid și o stabilitate bună. Mai exact, este necesar ca, după o anumită intrare, sistemul să poată atinge sau restaura starea stabilă inițială într-un timp scurt, în general în 200 ms sau chiar zeci de milisecunde.
Capacitatea de răspuns rapid are un impact important asupra eficienței și calității prelucrării centrelor de prelucrare. În prelucrarea de mare viteză, timpul de contact dintre sculă și piesa de prelucrat este foarte scurt. Sistemul servo trebuie să poată răspunde rapid la semnalul de comandă și să ajusteze poziția și viteza sculei pentru a asigura precizia prelucrării și calitatea suprafeței. În același timp, la prelucrarea pieselor de prelucrat cu forme complexe, sistemul servo trebuie să poată răspunde rapid la schimbările semnalelor de comandă și să realizeze controlul legăturii multiaxe pentru a asigura precizia și eficiența prelucrării.
Pentru a îmbunătăți capacitatea de răspuns rapid a sistemului servo, este nevoie să se adopte dispozitive de acționare servo de înaltă performanță și algoritmi de control. De exemplu, utilizarea servomotoarelor de curent alternativ, care au o viteză de răspuns mare, un cuplu mare și o gamă largă de reglare a vitezei, poate satisface cerințele de prelucrare de mare viteză ale centrelor de prelucrare. În același timp, adoptarea unor algoritmi de control avansați, cum ar fi controlul PID, controlul fuzzy și controlul rețelei neuronale, poate îmbunătăți viteza de răspuns și stabilitatea sistemului servo. - Interval mare de reglare a vitezei
Datorită diferitelor scule de tăiere, materiale ale pieselor de prelucrat și cerințe de prelucrare, pentru a se asigura că mașinile cu comandă numerică pot obține cele mai bune condiții de tăiere în orice circumstanțe, sistemul servo trebuie să aibă un interval de reglare a vitezei suficient. Acesta poate îndeplini atât cerințele de prelucrare la viteză mare, cât și cerințele de avans la viteză mică.
În prelucrarea de mare viteză, servosistemul trebuie să poată oferi viteză mare și accelerație pentru a îmbunătăți eficiența procesării. În timp ce în alimentarea la viteză mică, servosistemul trebuie să poată oferi un cuplu stabil la viteză mică pentru a asigura precizia procesării și calitatea suprafeței. Prin urmare, intervalul de reglare a vitezei servosistemului trebuie, în general, să atingă câteva mii sau chiar zeci de mii de rotații pe minut.
Pentru a obține o gamă largă de reglare a vitezei, este nevoie să se adopte dispozitive de servomotorizare de înaltă performanță și metode de reglare a vitezei. De exemplu, utilizarea tehnologiei de reglare a vitezei cu frecvență variabilă de curent alternativ poate realiza o reglare continuă a vitezei motorului, cu o gamă largă de reglare a vitezei, eficiență ridicată și fiabilitate bună. În același timp, adoptarea unor algoritmi avansați de control, cum ar fi controlul vectorial și controlul direct al cuplului, poate îmbunătăți performanța și eficiența reglării vitezei motorului. - Fiabilitate ridicată
Rata de funcționare a mașinilor cu comandă numerică este foarte mare, acestea funcționând adesea continuu timp de 24 de ore. Prin urmare, este necesar să funcționeze în mod fiabil. Fiabilitatea sistemului se bazează adesea pe valoarea medie a intervalelor de timp dintre defecțiuni, adică pe timpul mediu fără defecțiuni. Cu cât acest timp este mai lung, cu atât mai bine.
Pentru a îmbunătăți fiabilitatea sistemului servo, trebuie adoptate componente de înaltă calitate și procese de fabricație avansate. În același timp, sunt necesare teste stricte și control al calității sistemului servo pentru a asigura performanța sa stabilă și fiabilă. În plus, trebuie adoptate tehnologii redundante de proiectare și diagnosticare a defecțiunilor pentru a îmbunătăți toleranța la defecțiuni și capacitățile de diagnosticare a defecțiunilor ale sistemului, astfel încât acesta să poată fi reparat la timp atunci când apare o defecțiune și să asigure funcționarea normală a centrului de prelucrare. - Cuplu mare la turație mică
Mașinile cu comandă numerică efectuează adesea așchieri grele la viteze mici. Prin urmare, sistemul servo de avans trebuie să aibă un cuplu de ieșire mare la viteze mici pentru a îndeplini cerințele procesării așchierii.
În timpul așchierii grele, forța de așchiere dintre sculă și piesa de prelucrat este foarte mare. Sistemul servo trebuie să fie capabil să furnizeze un cuplu suficient pentru a depăși forța de așchiere și a asigura o desfășurare lină a prelucrării. Pentru a obține o putere de ieșire mare și la viteză redusă, trebuie adoptate dispozitive de acționare servo și motoare de înaltă performanță. De exemplu, utilizarea motoarelor sincrone cu magneți permanenți, care au o densitate mare de cuplu, o eficiență ridicată și o fiabilitate bună, poate satisface cerințele centrelor de prelucrare la viteză redusă și cuplu mare. În același timp, adoptarea unor algoritmi avansați de control, cum ar fi controlul direct al cuplului, poate îmbunătăți capacitatea de ieșire a cuplului și eficiența motorului.
În concluzie, sistemul servo al centrelor de prelucrare este o parte importantă a mașinilor cu comandă numerică. Performanța sa afectează direct precizia de prelucrare, eficiența și fiabilitatea centrelor de prelucrare. Prin urmare, la proiectarea și fabricarea centrelor de prelucrare, trebuie luate în considerare pe deplin compoziția și cerințele sistemului servo și trebuie selectate tehnologii și echipamente avansate pentru a îmbunătăți performanța și calitatea sistemului servo și a satisface nevoile de dezvoltare ale producției moderne.