«Детальний опис складу та вимог до сервосистеми для обробних центрів»
I. Склад сервосистеми для обробних центрів
У сучасних обробних центрах сервосистема відіграє вирішальну роль. Вона складається з сервосхем, сервоприводів, механічних передавальних механізмів та виконавчих елементів.
Основна функція сервосистеми полягає в отриманні сигналів команд швидкості подачі та переміщення, що видаються системою числового програмного забезпечення (ЧПК). Спочатку схема сервоприводу виконує певне перетворення та посилення потужності цих сигналів команд. Потім, за допомогою сервоприводів, таких як крокові двигуни, серводвигуни постійного струму, серводвигуни змінного струму тощо, та механічних передавальних механізмів, виконавчі компоненти, такі як робочий стіл верстата та шпиндельна бабка, приводяться в рух для забезпечення робочої подачі та швидкого руху. Можна сказати, що у верстатах з числовим програмним забезпеченням ЧПК є подібним до «мозку», який видає команди, тоді як сервосистема є виконавчим механізмом, подібним до «кінцівок» верстата з числовим програмним забезпеченням, і може точно виконувати команди руху від пристрою ЧПК.
Порівняно з приводними системами загальних верстатів, сервосистема обробних центрів має суттєві відмінності. Вона може точно контролювати швидкість руху та положення виконавчих елементів відповідно до командних сигналів, а також реалізувати траєкторію руху, синтезовану кількома виконавчими елементами, що рухаються за певними правилами. Це вимагає від сервосистеми високого ступеня точності, стабільності та швидкої реакції.
У сучасних обробних центрах сервосистема відіграє вирішальну роль. Вона складається з сервосхем, сервоприводів, механічних передавальних механізмів та виконавчих елементів.
Основна функція сервосистеми полягає в отриманні сигналів команд швидкості подачі та переміщення, що видаються системою числового програмного забезпечення (ЧПК). Спочатку схема сервоприводу виконує певне перетворення та посилення потужності цих сигналів команд. Потім, за допомогою сервоприводів, таких як крокові двигуни, серводвигуни постійного струму, серводвигуни змінного струму тощо, та механічних передавальних механізмів, виконавчі компоненти, такі як робочий стіл верстата та шпиндельна бабка, приводяться в рух для забезпечення робочої подачі та швидкого руху. Можна сказати, що у верстатах з числовим програмним забезпеченням ЧПК є подібним до «мозку», який видає команди, тоді як сервосистема є виконавчим механізмом, подібним до «кінцівок» верстата з числовим програмним забезпеченням, і може точно виконувати команди руху від пристрою ЧПК.
Порівняно з приводними системами загальних верстатів, сервосистема обробних центрів має суттєві відмінності. Вона може точно контролювати швидкість руху та положення виконавчих елементів відповідно до командних сигналів, а також реалізувати траєкторію руху, синтезовану кількома виконавчими елементами, що рухаються за певними правилами. Це вимагає від сервосистеми високого ступеня точності, стабільності та швидкої реакції.
II. Вимоги до сервосистем
- Висока точність
Верстати з числовим програмним керуванням обробляють деталі автоматично за заздалегідь визначеною програмою. Тому для обробки високоточних та високоякісних заготовок сама сервосистема повинна мати високу точність. Загалом кажучи, точність повинна досягати мікронного рівня. Це пояснюється тим, що в сучасному виробництві вимоги до точності заготовок стають дедалі вищими. Особливо в таких галузях, як аерокосмічна промисловість, автомобілебудування та виробництво електронного обладнання, навіть невелика помилка може призвести до серйозних наслідків.
Для досягнення високоточного керування сервосистема повинна використовувати передові сенсорні технології, такі як енкодери та ґратчасті лінійки, для контролю положення та швидкості виконавчих компонентів у режимі реального часу. Водночас, сервопривід також повинен мати високоточний алгоритм керування для точного контролю швидкості та крутного моменту двигуна. Крім того, точність механічного механізму передачі також має важливий вплив на точність сервосистеми. Тому під час проектування та виробництва обробних центрів необхідно вибирати високоточні компоненти передачі, такі як кулькові гвинтові передачі та лінійні напрямні, щоб забезпечити вимоги до точності сервосистеми. - Швидка реакція
Швидка реакція є однією з важливих ознак динамічної якості сервосистеми. Вона вимагає, щоб сервосистема мала невелику похибку слідування за командним сигналом, а також мала швидку реакцію та добру стабільність. Зокрема, потрібно, щоб після певного вхідного сигналу система могла досягти або відновити початковий стабільний стан за короткий час, зазвичай протягом 200 мс або навіть десятків мілісекунд.
Швидка реакція має важливий вплив на ефективність та якість обробки обробних центрів. При високошвидкісній обробці час контакту між інструментом та заготовкою дуже короткий. Сервосистема повинна мати можливість швидко реагувати на командний сигнал та регулювати положення та швидкість інструменту, щоб забезпечити точність обробки та якість поверхні. Водночас, під час обробки заготовок складної форми сервосистема повинна мати можливість швидко реагувати на зміни командних сигналів та реалізувати багатоосьове керування зв'язком, щоб забезпечити точність та ефективність обробки.
Для покращення швидкості реагування сервосистеми необхідно використовувати високопродуктивні сервоприводи та алгоритми керування. Наприклад, використання серводвигунів змінного струму, які мають високу швидкість реагування, великий крутний момент і широкий діапазон регулювання швидкості, може задовольнити вимоги високошвидкісної обробки обробних центрів. Водночас, використання вдосконалених алгоритмів керування, таких як ПІД-керування, нечітке керування та нейронно-мережеве керування, може покращити швидкість реагування та стабільність сервосистеми. - Великий діапазон регулювання швидкості
Через різні ріжучі інструменти, матеріали заготовок та вимоги до обробки, щоб забезпечити найкращі умови різання на верстатах з числовим програмним керуванням за будь-яких обставин, сервосистема повинна мати достатній діапазон регулювання швидкості. Вона може задовольнити вимоги як високошвидкісної обробки, так і низькошвидкісної подачі.
При високошвидкісній обробці сервосистема повинна забезпечувати високу швидкість і прискорення для підвищення ефективності обробки. У той же час при низькошвидкісній подачі сервосистема повинна забезпечувати стабільний крутний момент на низькій швидкості, щоб забезпечити точність обробки та якість поверхні. Тому діапазон регулювання швидкості сервосистеми зазвичай повинен досягати кількох тисяч або навіть десятків тисяч обертів за хвилину.
Для досягнення широкого діапазону регулювання швидкості необхідно використовувати високопродуктивні сервоприводи та методи регулювання швидкості. Наприклад, використання технології регулювання швидкості змінного струму зі змінною частотою може реалізувати безступінчасте регулювання швидкості двигуна з широким діапазоном регулювання швидкості, високою ефективністю та хорошою надійністю. Водночас, використання вдосконалених алгоритмів керування, таких як векторне керування та пряме керування крутним моментом, може покращити продуктивність регулювання швидкості та ефективність двигуна. - Висока надійність
Швидкість роботи машин з числовим програмним керуванням дуже висока, і вони часто працюють безперервно протягом 24 годин. Тому від них вимагається надійна робота. Надійність системи часто базується на середньому значенні тривалості часових інтервалів між відмовами, тобто середньому часі без відмов. Чим довший цей час, тим краще.
Для підвищення надійності сервосистеми необхідно використовувати високоякісні компоненти та застосовувати передові виробничі процеси. Водночас, необхідні суворі випробування та контроль якості сервосистеми, щоб забезпечити її стабільну та надійну роботу. Крім того, необхідно впроваджувати резервне проектування та технології діагностики несправностей, щоб покращити відмовостійкість та можливості діагностики несправностей системи, щоб її можна було вчасно усунути у разі виникнення несправності та забезпечити нормальну роботу обробного центру. - Великий крутний момент на низькій швидкості
Верстати з числовим програмним керуванням часто виконують важке різання на низьких швидкостях. Тому сервосистема подачі повинна мати великий вихідний крутний момент на низьких швидкостях, щоб задовольнити вимоги обробки різанням.
Під час інтенсивного різання сила різання між інструментом та заготовкою дуже велика. Сервосистема повинна бути здатною забезпечувати достатній крутний момент для подолання сили різання та забезпечення плавного ходу обробки. Для досягнення високого крутного моменту на низькій швидкості необхідно використовувати високопродуктивні сервоприводи та двигуни. Наприклад, використання синхронних двигунів з постійними магнітами, які мають високу щільність крутного моменту, високий ККД та добру надійність, може задовольнити вимоги обробних центрів до високого крутного моменту на низькій швидкості. Водночас, використання вдосконалених алгоритмів керування, таких як пряме керування крутним моментом, може покращити здатність до виходу крутного моменту та ККД двигуна.
На завершення, сервосистема обробних центрів є важливою частиною машин із числовим програмним керуванням. Її продуктивність безпосередньо впливає на точність обробки, ефективність та надійність обробних центрів. Тому під час проектування та виробництва обробних центрів необхідно повністю враховувати склад та вимоги сервосистеми, а також вибирати передові технології та обладнання для покращення продуктивності та якості сервосистеми та задоволення потреб розвитку сучасного виробництва.