„Podrobné vysvetlenie zloženia a požiadaviek na servosystém pre obrábacie centrá“
I. Zloženie servosystému pre obrábacie centrá
V moderných obrábacích centrách zohráva servosystém kľúčovú úlohu. Skladá sa zo servoobvodov, servopohonných zariadení, mechanických prevodových mechanizmov a akčných komponentov.
Hlavnou funkciou servosystému je prijímať signály rýchlosti posuvu a posuvu vydávané numerickým riadiacim systémom. Najprv obvod servopohonu vykoná určitú konverziu a zosilnenie výkonu týchto signálov. Potom sa prostredníctvom servopohonných zariadení, ako sú krokové motory, jednosmerné servomotory, striedavé servomotory atď., a mechanických prevodových mechanizmov poháňajú ovládacie komponenty, ako je pracovný stôl obrábacieho stroja a vreteník, aby sa dosiahol pracovný posuv a rýchly pohyb. Dá sa povedať, že v numericky riadených strojoch je CNC zariadenie ako „mozog“, ktorý vydáva príkazy, zatiaľ čo servosystém je výkonný mechanizmus, podobne ako „končatiny“ numericky riadeného stroja, a dokáže presne vykonávať pohybové príkazy z CNC zariadenia.
V porovnaní s pohonnými systémami všeobecných obrábacích strojov má servosystém obrábacích centier podstatné rozdiely. Dokáže presne riadiť rýchlosť pohybu a polohu akčných komponentov podľa povelových signálov a dokáže realizovať trajektóriu pohybu syntetizovanú niekoľkými akčnými komponentmi pohybujúcimi sa podľa určitých pravidiel. To vyžaduje, aby servosystém mal vysoký stupeň presnosti, stability a rýchlu odozvu.
V moderných obrábacích centrách zohráva servosystém kľúčovú úlohu. Skladá sa zo servoobvodov, servopohonných zariadení, mechanických prevodových mechanizmov a akčných komponentov.
Hlavnou funkciou servosystému je prijímať signály rýchlosti posuvu a posuvu vydávané numerickým riadiacim systémom. Najprv obvod servopohonu vykoná určitú konverziu a zosilnenie výkonu týchto signálov. Potom sa prostredníctvom servopohonných zariadení, ako sú krokové motory, jednosmerné servomotory, striedavé servomotory atď., a mechanických prevodových mechanizmov poháňajú ovládacie komponenty, ako je pracovný stôl obrábacieho stroja a vreteník, aby sa dosiahol pracovný posuv a rýchly pohyb. Dá sa povedať, že v numericky riadených strojoch je CNC zariadenie ako „mozog“, ktorý vydáva príkazy, zatiaľ čo servosystém je výkonný mechanizmus, podobne ako „končatiny“ numericky riadeného stroja, a dokáže presne vykonávať pohybové príkazy z CNC zariadenia.
V porovnaní s pohonnými systémami všeobecných obrábacích strojov má servosystém obrábacích centier podstatné rozdiely. Dokáže presne riadiť rýchlosť pohybu a polohu akčných komponentov podľa povelových signálov a dokáže realizovať trajektóriu pohybu syntetizovanú niekoľkými akčnými komponentmi pohybujúcimi sa podľa určitých pravidiel. To vyžaduje, aby servosystém mal vysoký stupeň presnosti, stability a rýchlu odozvu.
II. Požiadavky na servosystémy
- Vysoká presnosť
Numericky riadené stroje spracovávajú automaticky podľa vopred určeného programu. Preto na spracovanie vysoko presných a kvalitných obrobkov musí mať samotný servosystém vysokú presnosť. Vo všeobecnosti by presnosť mala dosiahnuť mikrónovú úroveň. Je to preto, že v modernej výrobe sú požiadavky na presnosť obrobkov čoraz vyššie. Najmä v oblastiach ako letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel a výroba elektronických zariadení môže aj malá chyba viesť k vážnym následkom.
Na dosiahnutie vysoko presného riadenia musí servosystém využívať pokročilé senzorové technológie, ako sú enkodéry a mriežkové pravítka, na monitorovanie polohy a rýchlosti ovládaných komponentov v reálnom čase. Zároveň musí mať servopohon aj vysoko presný riadiaci algoritmus na presné riadenie rýchlosti a krútiaceho momentu motora. Okrem toho má presnosť mechanického prevodového mechanizmu tiež dôležitý vplyv na presnosť servosystému. Preto je pri navrhovaní a výrobe obrábacích centier potrebné vybrať vysoko presné prevodové komponenty, ako sú guľôčkové skrutky a lineárne vedenia, aby sa zabezpečili požiadavky na presnosť servosystému. - Rýchla odozva
Rýchla odozva je jedným z dôležitých znakov dynamickej kvality servosystému. Vyžaduje si, aby servosystém mal malú odchýlku sledovania po povelovom signále, rýchlu odozvu a dobrú stabilitu. Konkrétne sa vyžaduje, aby systém po danom vstupe dokázal dosiahnuť alebo obnoviť pôvodný stabilný stav v krátkom čase, zvyčajne do 200 ms alebo dokonca desiatok milisekúnd.
Rýchla odozva má dôležitý vplyv na efektivitu a kvalitu spracovania obrábacích centier. Pri vysokorýchlostnom obrábaní je kontaktný čas medzi nástrojom a obrobkom veľmi krátky. Servosystém musí byť schopný rýchlo reagovať na povelové signály a upraviť polohu a rýchlosť nástroja, aby sa zabezpečila presnosť spracovania a kvalita povrchu. Zároveň pri spracovaní obrobkov so zložitými tvarmi musí byť servosystém schopný rýchlo reagovať na zmeny povelov a realizovať riadenie viacosových prepojení, aby sa zabezpečila presnosť a efektivita spracovania.
Na zlepšenie rýchlej odozvy servosystému je potrebné prijať vysokovýkonné servopohony a riadiace algoritmy. Napríklad použitie striedavých servomotorov, ktoré majú rýchlu odozvu, veľký krútiaci moment a široký rozsah regulácie rýchlosti, môže splniť požiadavky na vysokorýchlostné obrábanie obrábacích centier. Zároveň použitie pokročilých riadiacich algoritmov, ako je PID riadenie, fuzzy riadenie a riadenie neurónovými sieťami, môže zlepšiť rýchlosť odozvy a stabilitu servosystému. - Veľký rozsah regulácie rýchlosti
Vzhľadom na rôzne rezné nástroje, materiály obrobkov a požiadavky na spracovanie, aby sa zabezpečilo, že numericky riadené stroje dokážu dosiahnuť najlepšie rezné podmienky za každých okolností, musí mať servosystém dostatočný rozsah regulácie rýchlosti. Dokáže splniť požiadavky na vysokorýchlostné obrábanie aj požiadavky na nízkorýchlostné posuvy.
Pri vysokorýchlostnom obrábaní musí byť servosystém schopný zabezpečiť vysokú rýchlosť a zrýchlenie, aby sa zlepšila efektivita spracovania. Pri nízkorýchlostnom podávaní musí byť servosystém schopný zabezpečiť stabilný krútiaci moment pri nízkych otáčkach, aby sa zabezpečila presnosť spracovania a kvalita povrchu. Preto by rozsah regulácie rýchlosti servosystému mal vo všeobecnosti dosiahnuť niekoľko tisíc alebo dokonca desaťtisíc otáčok za minútu.
Na dosiahnutie širokého rozsahu regulácie rýchlosti je potrebné prijať vysokovýkonné servopohony a metódy regulácie rýchlosti. Napríklad použitie technológie regulácie rýchlosti s premenlivou frekvenciou striedavého prúdu umožňuje plynulú reguláciu rýchlosti motora so širokým rozsahom regulácie rýchlosti, vysokou účinnosťou a dobrou spoľahlivosťou. Zároveň použitie pokročilých riadiacich algoritmov, ako je vektorové riadenie a priame riadenie krútiaceho momentu, môže zlepšiť výkon regulácie rýchlosti a účinnosť motora. - Vysoká spoľahlivosť
Prevádzková rýchlosť numericky riadených strojov je veľmi vysoká a často pracujú nepretržite 24 hodín. Preto sa od nich vyžaduje spoľahlivá prevádzka. Spoľahlivosť systému je často založená na priemernej hodnote dĺžky časových intervalov medzi poruchami, teda na priemernom čase bez poruchy. Čím dlhší je tento čas, tým lepšie.
Na zlepšenie spoľahlivosti servosystému je potrebné prijať vysokokvalitné komponenty a pokročilé výrobné procesy. Zároveň je potrebné prísne testovanie a kontrola kvality servosystému, aby sa zabezpečil jeho stabilný a spoľahlivý výkon. Okrem toho je potrebné prijať redundantný dizajn a technológie diagnostiky porúch, aby sa zlepšila odolnosť systému voči poruchám a jeho schopnosti diagnostikovať poruchy, aby bolo možné ho včas opraviť v prípade poruchy a zabezpečiť normálnu prevádzku obrábacieho centra. - Veľký krútiaci moment pri nízkych otáčkach
Numericky riadené stroje často vykonávajú ťažké rezanie pri nízkych rýchlostiach. Preto sa od servopohonu posuvu vyžaduje veľký krútiaci moment pri nízkych rýchlostiach, aby sa splnili požiadavky na rezanie.
Počas ťažkého rezania je rezná sila medzi nástrojom a obrobkom veľmi veľká. Servosystém musí byť schopný poskytnúť dostatočný krútiaci moment na prekonanie reznej sily a zabezpečenie plynulého priebehu obrábania. Na dosiahnutie vysokého krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach je potrebné použiť vysokovýkonné servopohony a motory. Napríklad použitie synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi, ktoré majú vysokú hustotu krútiaceho momentu, vysokú účinnosť a dobrú spoľahlivosť, môže splniť požiadavky obrábacích centier na nízkych otáčkach a vysoký krútiaci moment. Zároveň použitie pokročilých riadiacich algoritmov, ako je priame riadenie krútiaceho momentu, môže zlepšiť schopnosť výstupného krútiaceho momentu a účinnosť motora.
Záverom možno povedať, že servosystém obrábacích centier je dôležitou súčasťou numericky riadených strojov. Jeho výkon priamo ovplyvňuje presnosť spracovania, účinnosť a spoľahlivosť obrábacích centier. Preto je potrebné pri navrhovaní a výrobe obrábacích centier plne zvážiť zloženie a požiadavky servosystému a vybrať pokročilé technológie a zariadenia, aby sa zlepšil výkon a kvalita servosystému a splnili potreby vývoja modernej výroby.