"Podrobna razlaga sestave in zahtev servo sistema za obdelovalne centre"
I. Sestava servo sistema za obdelovalne centre
V sodobnih obdelovalnih centrih ima servo sistem ključno vlogo. Sestavljen je iz servo vezij, servo pogonskih naprav, mehanskih prenosnih mehanizmov in aktuatorjev.
Glavna funkcija servo sistema je sprejemanje signalov za hitrost podajanja in premik, ki jih oddaja numerični krmilni sistem. Najprej servo pogonsko vezje izvede določeno pretvorbo in ojačanje moči teh ukaznih signalov. Nato se prek servo pogonskih naprav, kot so koračni motorji, enosmerni servo motorji, izmenični servo motorji itd., in mehanskih prenosnih mehanizmov poganjajo aktuatorji, kot sta delovna miza obdelovalnega stroja in vreteno, da se doseže podajanje obdelovanca in hitro gibanje. Lahko rečemo, da je pri numerično krmiljenih strojih CNC naprava kot "možgani", ki izdaja ukaze, medtem ko je servo sistem izvršilni mehanizem, kot "okončine" numerično krmiljenega stroja, in lahko natančno izvaja ukaze gibanja iz CNC naprave.
V primerjavi s pogonskimi sistemi splošnih obdelovalnih strojev se servo sistemi obdelovalnih centrov bistveno razlikujejo. Natančno lahko nadzorujejo hitrost gibanja in položaj aktuatorjev v skladu z ukaznimi signali ter uresničujejo trajektorijo gibanja, ki jo sintetizira več aktuatorjev, ki se premikajo po določenih pravilih. To zahteva visoko stopnjo natančnosti, stabilnosti in hitrega odzivanja servo sistema.
V sodobnih obdelovalnih centrih ima servo sistem ključno vlogo. Sestavljen je iz servo vezij, servo pogonskih naprav, mehanskih prenosnih mehanizmov in aktuatorjev.
Glavna funkcija servo sistema je sprejemanje signalov za hitrost podajanja in premik, ki jih oddaja numerični krmilni sistem. Najprej servo pogonsko vezje izvede določeno pretvorbo in ojačanje moči teh ukaznih signalov. Nato se prek servo pogonskih naprav, kot so koračni motorji, enosmerni servo motorji, izmenični servo motorji itd., in mehanskih prenosnih mehanizmov poganjajo aktuatorji, kot sta delovna miza obdelovalnega stroja in vreteno, da se doseže podajanje obdelovanca in hitro gibanje. Lahko rečemo, da je pri numerično krmiljenih strojih CNC naprava kot "možgani", ki izdaja ukaze, medtem ko je servo sistem izvršilni mehanizem, kot "okončine" numerično krmiljenega stroja, in lahko natančno izvaja ukaze gibanja iz CNC naprave.
V primerjavi s pogonskimi sistemi splošnih obdelovalnih strojev se servo sistemi obdelovalnih centrov bistveno razlikujejo. Natančno lahko nadzorujejo hitrost gibanja in položaj aktuatorjev v skladu z ukaznimi signali ter uresničujejo trajektorijo gibanja, ki jo sintetizira več aktuatorjev, ki se premikajo po določenih pravilih. To zahteva visoko stopnjo natančnosti, stabilnosti in hitrega odzivanja servo sistema.
II. Zahteve za servo sisteme
- Visoka natančnost
Numerični krmilni stroji obdelujejo samodejno po vnaprej določenem programu. Zato mora biti za obdelavo visoko natančnih in visokokakovostnih obdelovancev sam servo sistem visoko natančen. Na splošno naj bi natančnost dosegla raven mikronov. To je zato, ker so v sodobni proizvodnji zahteve glede natančnosti obdelovancev vse višje. Zlasti na področjih, kot so vesoljska in vesoljska industrija, avtomobilska industrija in proizvodnja elektronske opreme, lahko že majhna napaka povzroči resne posledice.
Za doseganje visoko natančnega krmiljenja mora servo sistem uporabljati napredne senzorske tehnologije, kot so dajalniki in ravnila z rešetkami, za spremljanje položaja in hitrosti aktuatorskih komponent v realnem času. Hkrati mora imeti servo pogon tudi visoko natančen algoritem krmiljenja za natančen nadzor hitrosti in navora motorja. Poleg tega ima natančnost mehanskega prenosnega mehanizma pomemben vpliv na natančnost servo sistema. Zato je pri načrtovanju in izdelavi obdelovalnih centrov treba izbrati visoko natančne prenosne komponente, kot so kroglična vretena in linearna vodila, da se zagotovijo zahteve glede natančnosti servo sistema. - Hiter odziv
Hiter odziv je eden pomembnih znakov dinamične kakovosti servo sistema. Zahteva, da ima servo sistem majhno napako sledenja po ukaznem signalu, hiter odziv in dobro stabilnost. Natančneje, zahteva se, da sistem po danem vhodu doseže ali obnovi prvotno stabilno stanje v kratkem času, običajno v 200 ms ali celo več deset milisekundah.
Hitra odzivnost pomembno vpliva na učinkovitost in kakovost obdelave obdelovalnih centrov. Pri visokohitrostni obdelavi je čas stika med orodjem in obdelovancem zelo kratek. Servo sistem se mora biti sposoben hitro odzvati na ukazni signal in prilagoditi položaj ter hitrost orodja, da se zagotovi natančnost obdelave in kakovost površine. Hkrati se mora servo sistem pri obdelavi obdelovancev kompleksnih oblik hitro odzvati na spremembe ukaznih signalov in izvajati večosno krmiljenje povezav, da se zagotovi natančnost in učinkovitost obdelave.
Za izboljšanje hitre odzivnosti servo sistema je treba uporabiti visokozmogljive servo pogonske naprave in krmilne algoritme. Na primer, uporaba AC servo motorjev, ki imajo hitro odzivno hitrost, velik navor in široko območje regulacije hitrosti, lahko izpolni zahteve obdelovalnih centrov za visokohitrostno obdelavo. Hkrati lahko uporaba naprednih krmilnih algoritmov, kot so PID krmiljenje, mehko krmiljenje in krmiljenje nevronskih mrež, izboljša odzivno hitrost in stabilnost servo sistema. - Veliko območje regulacije hitrosti
Zaradi različnih rezalnih orodij, materialov obdelovancev in zahtev obdelave mora imeti servo sistem zadostno območje regulacije hitrosti, da lahko numerično krmiljeni stroji v vseh okoliščinah dosežejo najboljše pogoje rezanja. Lahko zadosti tako zahtevam za visokohitrostno obdelavo kot tudi zahtevam za nizkohitrostno podajanje.
Pri visokohitrostni obdelavi mora servo sistem zagotavljati visoko hitrost in pospešek za izboljšanje učinkovitosti obdelave. Pri nizkohitrostnem podajanju mora servo sistem zagotavljati stabilen navor pri nizki hitrosti, da se zagotovi natančnost obdelave in kakovost površine. Zato mora območje regulacije hitrosti servo sistema običajno doseči več tisoč ali celo deset tisoč vrtljajev na minuto.
Za doseganje širokega območja regulacije hitrosti je treba uporabiti visokozmogljive servo pogonske naprave in metode regulacije hitrosti. Na primer, uporaba tehnologije regulacije hitrosti z izmenično spremenljivo frekvenco lahko doseže brezstopenjsko regulacijo hitrosti motorja s širokim območjem regulacije hitrosti, visoko učinkovitostjo in dobro zanesljivostjo. Hkrati lahko uporaba naprednih krmilnih algoritmov, kot sta vektorsko krmiljenje in neposredno krmiljenje navora, izboljša delovanje regulacije hitrosti in učinkovitost motorja. - Visoka zanesljivost
Stopnja delovanja numerično krmiljenih strojev je zelo visoka in pogosto delujejo neprekinjeno 24 ur. Zato se od njih zahteva zanesljivo delovanje. Zanesljivost sistema pogosto temelji na povprečni vrednosti dolžine časovnih intervalov med okvarami, torej na povprečnem času brez okvare. Daljši kot je ta čas, bolje je.
Za izboljšanje zanesljivosti servo sistema je treba uporabiti visokokakovostne komponente in napredne proizvodne procese. Hkrati je potrebno strogo testiranje in nadzor kakovosti servo sistema, da se zagotovi njegovo stabilno in zanesljivo delovanje. Poleg tega je treba uporabiti redundantno zasnovo in tehnologije za diagnosticiranje napak, da se izboljša toleranca napak in zmogljivosti diagnosticiranja napak sistema, tako da ga je mogoče pravočasno odpraviti, ko pride do napake, in zagotoviti normalno delovanje obdelovalnega centra. - Velik navor pri nizki hitrosti
Numerično krmiljeni stroji pogosto izvajajo težko rezanje pri nizkih hitrostih. Zato mora imeti servo sistem podajanja velik navor pri nizkih hitrostih, da se izpolnijo zahteve obdelave rezanja.
Med težkim rezanjem je rezalna sila med orodjem in obdelovancem zelo velika. Servo sistem mora biti sposoben zagotoviti zadosten navor, da premaga rezalno silo in zagotovi nemoten potek obdelave. Za doseganje visokega navora pri nizki hitrosti je treba uporabiti visokozmogljive servo pogonske naprave in motorje. Na primer, uporaba sinhronih motorjev s trajnimi magneti, ki imajo visoko gostoto navora, visok izkoristek in dobro zanesljivost, lahko izpolni zahteve obdelovalnih centrov za nizko hitrost in visok navor. Hkrati lahko uporaba naprednih krmilnih algoritmov, kot je neposredno krmiljenje navora, izboljša zmogljivost navora in učinkovitost motorja.
Skratka, servo sistem obdelovalnih centrov je pomemben del strojev z numeričnim krmiljenjem. Njegova zmogljivost neposredno vpliva na natančnost obdelave, učinkovitost in zanesljivost obdelovalnih centrov. Zato je treba pri načrtovanju in izdelavi obdelovalnih centrov v celoti upoštevati sestavo in zahteve servo sistema ter izbrati napredne tehnologije in opremo za izboljšanje zmogljivosti in kakovosti servo sistema ter zadovoljevanje razvojnih potreb sodobne proizvodnje.