"Detaljeret forklaring af sammensætningen og kravene til servosystemer til bearbejdningscentre"
I. Sammensætning af servosystem til bearbejdningscentre
I moderne bearbejdningscentre spiller servosystemet en afgørende rolle. Det består af servokredsløb, servodrev, mekaniske transmissionsmekanismer og aktuatorkomponenter.
Servosystemets hovedfunktion er at modtage de signaler for fremføringshastighed og forskydning, der udstedes af det numeriske styresystem. Først udfører servodrevkredsløbet en vis konvertering og effektforstærkning på disse kommandosignaler. Derefter drives aktuatorkomponenter som maskinværktøjets arbejdsbord og spindelhoved gennem servodrevenheder såsom steppermotorer, DC-servomotorer, AC-servomotorer osv. og mekaniske transmissionsmekanismer for at opnå arbejdsfremføring og hurtig bevægelse. Man kan sige, at i numeriske styrede maskiner er CNC-enheden som "hjernen", der udsteder kommandoer, mens servosystemet er den udøvende mekanisme, ligesom "lemmerne" af den numeriske styremaskine, og kan udføre bevægelseskommandoerne fra CNC-enheden præcist.
Sammenlignet med drivsystemerne i generelle maskinværktøjer har servosystemet i bearbejdningscentre væsentlige forskelle. Det kan nøjagtigt styre bevægelseshastigheden og positionen af aktuatorkomponenter i henhold til kommandosignaler og kan realisere den bevægelsesbane, der syntetiseres af flere aktuatorkomponenter, der bevæger sig i henhold til bestemte regler. Dette kræver, at servosystemet har en høj grad af nøjagtighed, stabilitet og hurtig reaktionsevne.
I moderne bearbejdningscentre spiller servosystemet en afgørende rolle. Det består af servokredsløb, servodrev, mekaniske transmissionsmekanismer og aktuatorkomponenter.
Servosystemets hovedfunktion er at modtage de signaler for fremføringshastighed og forskydning, der udstedes af det numeriske styresystem. Først udfører servodrevkredsløbet en vis konvertering og effektforstærkning på disse kommandosignaler. Derefter drives aktuatorkomponenter som maskinværktøjets arbejdsbord og spindelhoved gennem servodrevenheder såsom steppermotorer, DC-servomotorer, AC-servomotorer osv. og mekaniske transmissionsmekanismer for at opnå arbejdsfremføring og hurtig bevægelse. Man kan sige, at i numeriske styrede maskiner er CNC-enheden som "hjernen", der udsteder kommandoer, mens servosystemet er den udøvende mekanisme, ligesom "lemmerne" af den numeriske styremaskine, og kan udføre bevægelseskommandoerne fra CNC-enheden præcist.
Sammenlignet med drivsystemerne i generelle maskinværktøjer har servosystemet i bearbejdningscentre væsentlige forskelle. Det kan nøjagtigt styre bevægelseshastigheden og positionen af aktuatorkomponenter i henhold til kommandosignaler og kan realisere den bevægelsesbane, der syntetiseres af flere aktuatorkomponenter, der bevæger sig i henhold til bestemte regler. Dette kræver, at servosystemet har en høj grad af nøjagtighed, stabilitet og hurtig reaktionsevne.
II. Krav til servosystemer
- Høj præcision
Numerisk styrede maskiner bearbejder automatisk i henhold til et forudbestemt program. Derfor skal selve servosystemet have høj præcision for at kunne bearbejde emner med høj præcision og høj kvalitet. Generelt set skal præcisionen nå mikronniveau. Dette skyldes, at præcisionskravene til emner i moderne produktion bliver højere og højere. Især inden for områder som luftfart, bilproduktion og elektronisk udstyr kan selv en lille fejl føre til alvorlige konsekvenser.
For at opnå højpræcisionsstyring skal servosystemet anvende avancerede sensorteknologier såsom encodere og gitterlinjer for at overvåge positionen og hastigheden af aktuatorkomponenter i realtid. Samtidig skal servodrevenheden også have en højpræcisionsstyringsalgoritme for nøjagtigt at styre motorens hastighed og drejningsmoment. Derudover har præcisionen af den mekaniske transmissionsmekanisme også en vigtig indflydelse på servosystemets præcision. Derfor er det nødvendigt at vælge højpræcisionstransmissionskomponenter såsom kugleskruer og lineære føringer ved design og fremstilling af bearbejdningscentre for at sikre servosystemets præcisionskrav. - Hurtig responshastighed
Hurtig respons er et af de vigtige tegn på servosystemets dynamiske kvalitet. Det kræver, at servosystemet har en lille følgefejl efter kommandosignalet, og at det har hurtig respons og god stabilitet. Specifikt kræves det, at systemet efter et givet input kan nå eller genoprette den oprindelige stabile tilstand på kort tid, generelt inden for 200 ms eller endda snesevis af millisekunder.
Den hurtige reaktionsevne har en vigtig indflydelse på bearbejdningseffektiviteten og bearbejdningskvaliteten i bearbejdningscentre. Ved højhastighedsbearbejdning er kontakttiden mellem værktøjet og emnet meget kort. Servosystemet skal kunne reagere hurtigt på kommandosignalet og justere værktøjets position og hastighed for at sikre bearbejdningspræcision og overfladekvalitet. Samtidig skal servosystemet, når der bearbejdes emner med komplekse former, kunne reagere hurtigt på ændringer i kommandosignaler og realisere flerakset koblingsstyring for at sikre bearbejdningsnøjagtighed og effektivitet.
For at forbedre servosystemets hurtige reaktionsevne skal der anvendes højtydende servodrev og styrealgoritmer. For eksempel kan brugen af AC-servomotorer med hurtig reaktionshastighed, stort drejningsmoment og bredt hastighedsreguleringsområde opfylde bearbejdningscentres krav til højhastighedsbearbejdning. Samtidig kan anvendelsen af avancerede styrealgoritmer som PID-styring, fuzzy-styring og neural netværksstyring forbedre servosystemets reaktionshastighed og stabilitet. - Stort hastighedsreguleringsområde
På grund af forskellige skæreværktøjer, emnematerialer og bearbejdningskrav skal servosystemet have et tilstrækkeligt hastighedsreguleringsområde for at sikre, at numeriske styrede maskiner kan opnå de bedste skæreforhold under alle omstændigheder. Det kan opfylde både krav til højhastighedsbearbejdning og krav til lav tilspænding.
Ved højhastighedsbearbejdning skal servosystemet kunne levere høj hastighed og acceleration for at forbedre bearbejdningseffektiviteten. Ved lavhastighedsfremføring skal servosystemet kunne levere et stabilt drejningsmoment ved lav hastighed for at sikre bearbejdningspræcision og overfladekvalitet. Derfor skal servosystemets hastighedsreguleringsområde generelt nå flere tusinde eller endda titusindvis af omdrejninger i minuttet.
For at opnå et stort hastighedsreguleringsområde skal der anvendes højtydende servodrev og hastighedsreguleringsmetoder. For eksempel kan brugen af AC-hastighedsreguleringsteknologi med variabel frekvens opnå trinløs hastighedsregulering af motoren med et bredt hastighedsreguleringsområde, høj effektivitet og god pålidelighed. Samtidig kan anvendelsen af avancerede styringsalgoritmer som vektorstyring og direkte momentstyring forbedre motorens hastighedsreguleringsydelse og effektivitet. - Høj pålidelighed
Numeriske styrede maskiners driftshastighed er meget høj, og de arbejder ofte kontinuerligt i 24 timer. Derfor er det et krav, at de fungerer pålideligt. Systemets pålidelighed er ofte baseret på gennemsnitsværdien af tidsintervallerne mellem fejl, det vil sige den gennemsnitlige tid uden fejl. Jo længere denne tid er, desto bedre.
For at forbedre servosystemets pålidelighed skal der anvendes komponenter af høj kvalitet og avancerede fremstillingsprocesser. Samtidig er der behov for streng testning og kvalitetskontrol af servosystemet for at sikre dets stabile og pålidelige ydeevne. Derudover skal der anvendes redundant design og fejldiagnoseteknologier for at forbedre systemets fejltolerance og fejldiagnosefunktioner, så det kan repareres i tide, når der opstår en fejl, og bearbejdningscentrets normale drift sikres. - Stort drejningsmoment ved lav hastighed
Numerisk styrede maskiner udfører ofte tung skæring ved lave hastigheder. Derfor skal fødeservosystemet have et stort momentudtag ved lave hastigheder for at opfylde kravene til skæreprocessen.
Under kraftig skæring er skærekraften mellem værktøjet og emnet meget stor. Servosystemet skal kunne yde tilstrækkeligt drejningsmoment til at overvinde skærekraften og sikre en jævn bearbejdning. For at opnå lavhastigheds-højmomentudgang skal der anvendes højtydende servodrev og motorer. For eksempel kan brugen af permanentmagnetsynkronmotorer, der har høj momenttæthed, høj effektivitet og god pålidelighed, opfylde kravene til højmomentudgang ved lav hastighed i bearbejdningscentre. Samtidig kan anvendelse af avancerede styrealgoritmer såsom direkte momentstyring forbedre motorens drejningsmomentudgang og effektivitet.
Afslutningsvis er servosystemet i bearbejdningscentre en vigtig del af numeriske styrede maskiner. Dets ydeevne påvirker direkte bearbejdningscentrenes præcision, effektivitet og pålidelighed. Derfor skal servosystemets sammensætning og krav tages fuldt ud i betragtning ved design og fremstilling af bearbejdningscentre, og avancerede teknologier og udstyr skal vælges for at forbedre servosystemets ydeevne og kvalitet og imødekomme udviklingsbehovene i moderne produktion.